GPS RTK技术内河航道测量原理及措施

发布时间：2022-10-05 21:44 热度：

　　摘要:随着内河航运的建设发展,对内河航道测量的要求越来越高,同时对工期的要求也越来越短。本文结合广东省内河航道测量，对GPSRTK技术水下地形测量的原理及步骤进行了探讨，提出了实际应用中的应对措施。
　　关键词:GPSRTK技术；内河航道测量；步骤；原理；措施
　　前言
　　随着时代的飞速发展,测绘技术也在飞速前进,现代测量方法大大提高了生产效率,降低了成本,减轻了劳动强度,其中以GPSRTK配合数字化测深仪为代表的水下地形测量方法,以其简单、快速、高效的特点更是得到了广大测绘工作者的认可，并广泛应用到工程测量中,发挥了不可估量的作用。特别是在内河航道测量中，应用GPSRTK技术进行水下地形测量，可以解决因水位落差而密集布设水位观测站的问题。
　　一．GPSRTK技术水下地形测量的原理
　　GPSRTK（RealtimeKinematic）技术即实时载波相位差分技术，是实时处理两个测点载波相位观测量的差分方法，它分为基准站和流动站。基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等传送给运动中的流动站，流动站通过接收基准站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到每个点的WGS-84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H。随着通信技术的发展，基准站与流动站之间的数据链路从无线电发展为GSM、GPRS。
　　GPSRTK测得的高程对应于测时水位，测深仪测得水面至河底的深度，根据绘图水位和测时水位求得水深改正数，由测量后处理软件处理得到绘图水深。如下图所示，水底高程B=S–(H–h),绘图水深C=B+d
　　
　　二．GPSRTK技术在内河航道测量的特点
　　广东省内河航运覆盖全省大部分地区，内河航运的发展改善了沿江的交通运输条件和投资环境，加快了城镇化进程，促进了经济的发展。航道从规划到整治到维护都需要进行测量，GPSRTK技术的应用为航道的建设贡献了重大力量。
　　1．GPSRTK作业有着极高的精度，观测速度较快，非常适合于大规模的水下地形测量及两岸地形测量等。
　　2.GPSRTK测量可以大大提高成果质量。它不受人为因素的影响，整个作业过程由电脑控制，自动记录、自动数据预处理。
　　3.GPSRTK技术自动化程度高，可以极大地降低劳动作业强度，减少工作量，提高作业效率。
　　4.在测量中，可以直接运用GPSRTK技术进行水深测量、地形测量、低等级控制测量等。
　　5．由于内河水位落差较大，航行基准面（绘图水位）亦随航道变化，要准确测定测时瞬时水位和求算水深改正数传统方法必须布设足够的水位观测站。由于RTK可以实时测量水位，不需要再进行水位观测。
　　6．减少波浪和船倾斜引起的测深误差。由于GPS天线和换能器装在一根杆上，天线到换能器的距离固定，相当于换能器的高程能实时测定，换能器的上下移动不会改变经水深换算的到的河底高程。
　　三．GPSRTK水下地形测量的一般步骤
　　水下地形测量的作业系统主要由GPS接收机、数字化测深仪,数据通信链和便携式计算机及相关软件等组成,水下地形测量作业分三步来进行,即:测前的准备,外业数据采集,数据的后处理形成成果输出。
　　1．测前准备
　　首先在整个测区每间隔约5km建立一个基准站,基准站应选在坚实稳固,有一定的高度,卫星信号好,无线电信号干扰少的地方。因航道中使用国家坐标系坐标，与WGS-84坐标的旋转角较小，采用三参数设置基准站坐标。按照垂直于航道中心线的方向布设测量断面计划线，计划线间隔按照工程需求一般布设为图上1.5—2cm。
　　2．外业数据采集
　　将RTK流动站接收机,测深仪,蓄电池及数据通信电缆等连接后,打开电源,对测深仪需设置参数:声速、发射脉宽、抑制脉宽、吃水深度、灵敏度参数及端口。对水下导航测量软件需设置:投影参数、转换参数、中央子午线、仪器及测深仪选择、数据采集方式、天线高等。导入预先设计好的测量计划线，导航到相应计划线就可以进行水下数据采集。
　　3．数据后处理
　　数据后处理是指利用相应配套的数据处理软件对测量数据进行后期处理。数据处理主要是对所采集的数据进行水深取样分析,剔除GPS或测深仪的跳变误差,合并水深数据和GPS高程数据,形成测图所需要的平面坐标(X、Y)和水深值,将三维数据导入相应的成图软件(如南方CASS软件),自动生成等深线。
　　四．影响水下地形测量精度的因素及应对措施
　　1．基准站的选择
　　GPS定位的数据处理过程是基准站和流动站之间的单基线处理过程,基准站和流动站的观测数据质量好坏,差分信号传播质量好坏对定位结果的影响很大。野外工作时,基准站要远离大功率无线电发射站,变电站、高压线等无线电干扰源,防止GPS信号的多路径效应影响等。
　　2．基准站坐标准确性
　　根据《水运工程测量规范》测深定位点点位中误差限值为图上1mm，以1:500比例尺计算为0.5m，RTK的精度远远高于此值。由RTK的工作原理可知,如果基准站的坐标错误,将直接带给流动站。所以一定要避免基准站坐标错误或者设置错误。为检验基准站坐标和坐标转换误差，在2－3km范围外的其它已知点上进行坐标校对。
　　3．高程精度
　　根据《水运工程测量规范》水深误差限值为±0.2m，考虑到测深精度影响和其它因素影响，RTK实时高程测量误差控制在±0.1m范围内。采用单基站高程改正的方式无法处理高程异常带来的影响，现有水深测量软件一般不能实时处理高程异常问题。因此把作业距离控制在一定范围内是有效的解决办法。在珠三角地区可以控制在5km范围内，边远山区可控制在3km范围内。并且在当次设站控制区域的边缘选择高程控制点进行高程校对，在控制点上进行比对误差要求小于0.05m。
　　4．测深仪的吃水及比对试验
　　测深仪的吃水比对是必须要做的,每天测深前,先量取待测区域的水温,在对测深仪作零位和吃水校正后,再对水深量化器作声速调整,按常规在工前或工后用测试板对测深仪进行水深比测，结果应符合要求。
　　5．GPS接收机的天线与测深仪换能器的位置
　　GPS接收机的天线与测深仪换能器应固定安装在同一垂线上,并尽量保持垂直。这样GPS天线与测深仪换能器的垂直距离则为一个固定值,可有效地解决了由于负载、航速、航向、水流、风力等影响而造成的测量船吃水变化,而这些综合因素的改正量勿需改正。
　　6．采样速度与船速的匹配
　　GPS数据采集频率一般设置为0.5s,太快会引起软件运行停顿，太慢会使船轨迹更新延迟过长，不利用导航。测深仪采集频率一般设最大频率0.1s,保证足够的数据。由于测深仪是根据超声波到达水底后放射回波来确定水深的，如果船速过高,采集的数据表现很大的延时性,也就是说测得的水深数据和实际平面位置出现较大的差距。在工作过程中应该尽量保持船速均速,并且小于8m•s-1速度。
　　结语
　　综上所述，GPS-RTK与数字测深集成技术的应用，不受视线条件限制，适应于内河航道测量数据的外业采集到内业数字化成图的一体化，并缩短了成图周期，具有较好的经济效益和社会效益。另外，在施测过程中，还能实时检验质量控制指标，大大提高了成果资料的正确性。能够在无验潮条件下进行正常的水下地形施测，这对于设立验潮站困难的地区具有实用价值。

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