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RTK GPS技术在水下地形测量中的应用【摘要】本文主要介绍RTK GPS技术进行水下地形测量的基本方法及一些注意事项，在水深测量中使用RTK技术越来越得到成熟而广泛的应用。
【关键词】RTK；GPS；水下地形测量一、引言GPS技术的出现，带来了测量方法的革新，在大地控制测量、精密工程测量及变形监测、海洋测绘等应用中形成了具有很大优势的实用化方案。
尤其是GPS RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度，为工程放样、地形测图、地籍及房地产测量、水下地形测量等带来了新的作业方法，极大地提高了野外作业效率，是GPS应用的里程碑。
特别是利用RTK技术进行水下地形测量，使得水上测量可以采用GPS无验潮方式进行工作（RTK方式）成为可能。
大大减少了测量人员的劳动强度，自动化程度高，省工省时，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程变得更经济。
二、RTK GPS技术的基本原理高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。
如下图1所示，在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。
流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS 观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。
流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。
在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。
三、水下地形测量原理水下测量需要动态GPS测量，这就要进行基准台到移动台数据链的传播；为了实现GPS的相位差分功能，在施工前首先要建立施工平面和施工高程控制----GPS控制网。
![无验潮模式下的GPS水下地形测量的应用[]](https://img.taocdn.com/s1/m/f3f9e6c23186bceb19e8bb54.png)
无验潮模式下的GPS水下地形测量的应用[]摘要：本文介绍了无验潮模式下GPS水下地形测量的工作原理，着重分析了船体姿态对测量精度影响，归纳总结了该模式下水下地形测量的工作流程和提高测量精度的相关措施，同时结合工程实例验证了无验潮模式下的GPS水下地形测量符合绘制大比例尺地形图的精度要求。
关键词：无验潮模式；GPS；水下地形测量；精度分析1 引言传统的水下地形测量为了获得每一时刻的潮位，需设立验潮站以进行验潮观测，将观测的潮位资料进行内插，以作为水下地形点高程的起算面。
此方法工作量大，并且当测区超出验潮站的有效作用范围时将难以获得水下地形高程数据。
随着OTF技术的日益成熟, 整周模糊度可以在很短的时间内被精确确定, 从而保证了GPS载波相位实时差分技术（RTK）能够在动态环境下获得厘米级的水平定位精度和高程定位精度[1]。
这使得在无验潮模式下采用GPS-RTK进行水下地形测量成为可能。
本文通过不同水域的工程实例论证采用GPS-RTK作业方式的可行性与可靠性，并且详细叙述了水下地形测量的作业步骤。
2 无验潮模式的水下地形测量原理与方法2.1 工作原理在无验潮模式下，在已知点上架设基准站，同时将GPS流动站架设于换能器正上方，利用GPS差分测量精确获取流动站相对基准站的相对高差，并通过该相对高差反求流动站的GPS相位中心的高程，利用测量所得的GPS高程以及测深数据，从而求出水底地面高程[2]。
测量原理如图1所示，图1中，已知点的正常高为，基准站天线高，流动站天线高（GPS天线相位中心到换能器的垂距），测深数据为，基准站GPS天线处的大地高和正常高分别为，，流动站GPS天线处的大地高和正常高分别为，，高程异常为。
由图1可知，基准站、流动站天线相位中心的正常高为：(2)式中为换能器相对于高程基准面的瞬时高程。
当基准站与流动站之间的距离不是很远(30KM以内) 时，则下式成立(3)顾及式(1)、(2)，则为(4)故水底地面的高程为(5)上述测量方法摒弃了传统的潮位观测，实施操作起来简单、快捷，大大提高了工作效率。
GPS RTK无验潮测深在水下地形测量中的应用摘要：gps rtk无验潮测深在水下地形测量中的应用，大大减少了测量人员的劳动强度，自动化程度高，省工省时，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程变得更经济。
本文首先阐述了gps rtk 技术水下地形测量的原理，其次，分析了rtk无验潮水深测量时的注意事项。
同时，以一应用实例为例，对其进行深入的探讨，具有一定的参考价值。
关键词：gps rtk；无验潮测深；水下地形测量1．前言无验潮水下地形测量是利用gps rtk技术结合数字测深仪测量水深的一种方法。
该方法可按距离或时间间隔，自动采集rtk确定的三维位置及水深数据，只要将gps天线高量至水面，对测深仪进行吃水深度改正，便可高精度、实时、高效地测定水下地形点的三维坐标。
不用进行验潮改正大大减少了测量人员的劳动强度，自动化程度高，省工省时，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程变得更经济。
2．gps rtk技术水下地形测量的原理gps rtk(real time rinematic)实时动态定位技术是一项以载波相位观测为基础的实时差分gps测量技术,它是利用2台或2台以上的gps接收机同时接收卫星信号,其中1台安置在一个固定的地方以作为基准站,其它作为流动站,这样基准站的电台连续发射差分数据,流动站上连续接收数据,流动站上就可实时计算出其准确位置,通过计算机中软件获取测深仪的数据,并自动滤波,形成水下地形原始数据,这种方法测量的平面位置精度能够达到厘米级,高程精度一般能够达到小于10 cm,对于测量水底地貌完全足够。
3．rtk无验潮水深测量时的注意事项rtk无验潮测深技术虽已逐步被使用，但是要想得到精确的水深测量图成果，需要考虑诸多因素的影响，只有有效控制每一项影响精度的因素，最终的成果质量才能得到保障。
在使用rtk进行无验潮水深测量时有以下几点注意事项：（1）内河进行无验潮水深测量时应沿河道在已知控制网点上进行比测。
GPS-RTK定位技术在航道水深测量中的应用摘要：本文介绍应用GPS-RTK 技术进行无验潮航道水深测量的基本方法、思路及精度分析，对实践操作中的一些误差来源进行分析。
关键词：GPS RTK技术；航道水深测量；无验潮；中图分类号:O353.5 文献标识码：A一、引言水下地形测量就是测定水下地形点的平面坐标和高程（本文指航道水深测量）。
传统的水下地形测量采用常规仪器或GPS 测定水下地形点的平面坐标，而水下地形点的高程数据则需要通过测深数据和水面高程数据求得。
水面高程数据由测区内2—3 把水尺的水位数据通过内插的方式求得。
随着先进的高精度测量仪器和测绘技术的引进，实时动态测量（RTK）GPS 定位技术瞬时获得GPS 天线盘的坐标，平面和高程精度可达2—5 厘米。
正是因为RTK 技术的高精度，同时又具有全球性、全天候、方便快捷等特点。
我们可以在航道测量中采用RTK 技术进行无验潮水下地形测量。
无验潮水下地形测量的最大特点在于水下地形点的高程的获取不需要水位数据，而直接采用RTK 测得的高程值和测深数据求得。
二、无验潮航道测量的理论基础现场测量作业时，GPS 天线与测深仪换能器在同一垂线位置，即测深点与定位位置的平面坐标完全重合。
如图所示。
h 为测深仪探头吃水线到GPS 天线的高度，Zo 为设定吃水，Z 为测得的水深值。
Zm 为测量点水深，H 为RTK 测得的高程，Hs 为水底高程。
则：Zm=Z+Zo --------（式1）Hs=H-Z-h--------（式2）当水面由于潮水或者波浪升高时，测深仪探头吃水线到GPS 天线的高度h 不变，RTK 测得的高程H 增大，相应地测得的水深值Z 也增加相同的值，根据式（1），测量点水深Zm也增加相同的值，根据式（2），测量的水底高程Hs 将不变。
GPS 的主要功能有三个方面：定位、导航、授时。
这三方面在航道领域均有运用。
目前GPS 系统的平面定位的精度越来越高，高程定位的精度在一定程度上也在实践操作应用中得到验证。
第４７卷增刊（１）２０１６年６月人 民 长 江Ｙａｎｇｔｚｅ ＲｉｖｅｒＶｏｌ．４７，Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ（Ⅰ）Ｊｕｎｅ，２０１６收稿日期：２０１６－０４－２０作者简介：魏凌飞，男，工程师，主要从事水文测量方面的工作。
Ｅ－ｍａｉｌ：４２８６６９３５＠ｑｑ．ｃｏｍ 文章编号：１００１－４１７９（２０１６）Ｓ１－００５６－０３无验潮模式水下地形测量技术应用研究魏凌飞，魏 为（长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局，湖北武汉４３００３３）摘要：２０１３年，长江委水文局长江中游水文水资源勘测局批准了《无验潮模式水下地形测量应用研究》的课题。
针对长江中游、汉江中下游辖区的特点，结合试验数据，阐述了无验潮水下地形测量技术的应用情况，包括工作原理、精度控制及改正。
介绍了测量前的准备工作和数据后处理分析，最后提出了使用ＲＴＫ进行简易无验数潮水下地形测量时的注意事项。
可为以后无验潮水下地形测量的可行性借鉴。
关 键 词：水下测量；无验潮；船体姿态；ＲＴＫ中图法分类号：Ｐ３３ 文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．１６２３２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１－４１７９．２０１６．Ｓ１．０１６１ 研究背景当前水下地形测量一般采用ＧＰＳ与测深仪集成系统，ＧＰＳ提供导航与定位，测深仪进行测深，水面高程通过测区水位站或全站仪接测水位进行推算。
水下地形测量实施过程中，水位站布设或水位接测往往花费大量人力物力，而水位观测布设密度与水位推算精度直接联系，一般而言推算出的水位数据很难代表测区水域测点的准确水位。
随着ＧＰＳＲＴＫ－载波相位动态实时差分技术的日益成熟，无验潮测深技术在我国特别是海洋测量中已得到广泛应用，传统的水深测量已逐渐被取代。
在无验潮水下地形测量实施时，需将ＧＰＳ天线高量至水面，再加入运动传感器对测船姿态进行改正，便可高精度、实时、高效地测定水下地形点的三维坐标。
由于该技术能克服传统定点验潮的设站困难和消除潮位模型误差的影响，还能有效地削弱风浪、潮汐、水面倾斜等对水下地形测量的影响，从而广泛地应用于河口、河道、岛礁、海滨等水域的水下地形精密测量中。
GPS—RTK无验潮测深技术在内河水深测量中的应用本文将对GPS-RTK无验潮测深技术的工作原理及其在水深测量中的应用优势进行阐述，并结合案例进行探讨；对影响测量精度的因素进行分析并提出相应的解决对策。
标签：GPS-RTK无验潮测深技术内河水深测量0引言近年来，随着GPS技术在测绘中的应用，GPS-RTK无验潮测深技术在内河水深测量中已被逐渐的应用起来。
传统内河水深测量一般采取交会定位，受到时空等诸多限制，而GPS技术不受时空等限制实现全天数据采集。
在内河水深测量中适宜的工况下应用GPS-RTK无验潮测深技术，大幅提高了作业效率，实现了操作自动化，提升了测量精度，有效降低了测量人员的工作强度。
1内河水深测量的相关概述1.1 GPS-RTK的工作原理GPS通过精准的定位，把实时性的载波进行相位差分并获得实时动态。
基准站需要观测记录GPS数据，并将坐标数据传输至流动站；流动站同步跟踪观测GPS数据，并把收到的基准站数据输入系统进行分析和处理。
对采集和接收的数据进行实时载波相位差分处理，最后计算出精准的定位信息。
差分处理法是RTK 技术中最为主要的数据处理方法。
1.2 GPS-RTK无验潮测深技术无验潮测深技术包括GPS RTK定位系统和测深系统，定位系统负责采集天线相位中心的当前平面坐标，并根据天线相位中心的高程推算换能器底部的高程；数字化测深仪负责测量换能器底部至河床的水深，通过简单的数学运算即可算出河床底部测量点的平面坐标及高程。
便携式计算机用于设置测深、定位设备进行同步观测记录，内业通过改正形成水下地形图。
2GPS-RTK无验潮测深技术在内河水深测量中的优势GPS-RTK无验潮测深技术大大提高了作业效率和测量精度，实现了厘米级的精度。
无验潮测深技术也不用再进行验潮站的水位记录，对潮位起伏大的水域其测量精度和准度更高。
3某内河水深测量分析3.1测区情况某地区为保护居民和行船的安全拟建一座防波提。
无验潮水深测量原理
无验潮水深测量的原理是利用RTK（实时动态差分定位）技术测得的GPS天线精确的三维坐标确定定位点的平面位置，同时结合由测深仪同步测得的水底点水深值，换算出同一平面位置上定位点的水下高程或水深值。
具体来说，无验潮水深测量首先通过RTK技术实时得到厘米级的GPS天线的三维坐标，但高程数据为WGS-84大地高。
而在深水航道治理工程中通常采用吴淞高程系统。
如果能够将WGS-84大地高程转换成吴淞高程系统正常高，则可直接确定泥面的标高而无需验潮数据。
泥面相对于参考椭球面的高程为H泥=H大地高-L-H吃水-H水深。
其中，H大地高可通过RTK接收机测得；L为GPS天线到水面的高，可在外业观测前测得；H吃水为换能器动吃水；H水深可通过测深仪测得。
通过以上公式和测量数据，可以实时获得水下地形点的理论基准面下的深度H。
以上信息仅供参考，建议咨询专业的测量人员获取更准确的信息。
GPS RTK无验潮水下地形测量的应用
姜信东
【期刊名称】《西部探矿工程》
【年(卷),期】2017(029)011
【摘要】介绍了GPS RTK+超声波回声探测仪无验潮水下地形测量的基本原理及作业流程.该方法不用专门测定潮位,直接利用GPS RTK+超声波回声探测仪测量技术,辅之以姿态改正和补偿,从而获得高精度的水底地形点的平面位置和高程.以万科(惠东平海双月湾项目)双月湾内、外海的水下地形测量及内海淤泥厚度的测量工程为例,GPS RTK无验潮+超声波回声探测仪水下地形测量结果进行了分析.结果表明,综合运用GPS RTK无验潮+超声波回声探测仪技术进行水下地形测绘,其精度达到规范要求,工作效率和经济效益明显得到大幅度提高.
【总页数】3页(P145-147)
【作者】姜信东
【作者单位】深圳市工勘岩土集团有限公司,广东深圳518057
【正文语种】中文
【中图分类】P22
【相关文献】
1.GPS-RTK无验潮技术在水下地形测量中的应用 [J], 陈奇;周淑波
2.GPS-RTK无验潮水下地形测量技术在牟山湖整治工程中的应用 [J], 郑建;方碧云
3.GPS-RTK无验潮水下地形测量技术在牟山湖整治工程中的应用 [J], 郑建;方碧云
4.GPS RTK无验潮法在水下地形测量中的应用 [J], 汤道运;刘胜华
5.GPS RTK无验潮法在水下地形测量中的应用 [J], 汤道运;刘胜华
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无验潮模式下的GPS RTK 水下地形测量技术
任少华
(浙江省水利河口研究院,浙江杭州 310020)
摘 要:现代的水下地形测量模式是利用G PS 测定海底点的平面位置,利用测深仪测定水底点的深度,附
以瞬时潮位资料,获得点位的高程。
但当验潮条件不具备时,该模式将很难获得测点的高程。
基于这一缺陷,提出一种水下地形测量的无验潮模式。
该模式不须专门测定潮位,而直接利用G PS 的RTK 测量技术而获得高精度的水底点高程。
关键词:测量技术;水下地形测量;G PS RTK
中图分类号:T V22111 文献标识码:B 文章编号:10082701X (2005)022*******
收稿日期:2004209210
作者简介:任少华(1971-),男,工程师,大学本科,主要从事水文测验与海洋测绘工作。
1 问题提出
水下地形测量方法一般用G PS 作为测点定位,回声测深仪测深,根据瞬时潮水位的高程来反算海底点高程的基本模式。
对瞬时潮水位资料获取方式而言,其资料大多来自于设立在岸边的验潮站。
在实际测量海域中,往往验潮站很难设立或者验潮站潮水位数据不能代表测量海域的潮水位,则常规的水下地形测量难以准确地实施。
随着G PS 实时差分技术(RTK )的日益成熟,能够在动态环境下,获得cm 级甚至mm 级的水平定位精度和cm 级的高程定位精度[1]。
这使得人们对G PS 的应用不仅局限于平面定位方面,而且深入到高程领域。
正是在上述理论的基础上,充分应用了G PS RTK 技术下的高程定位数据,提出了一种无验潮模式下的水下地形测量方法,该法不需要传统水下地形测量的潮水位资料,实施起来简单方便,且测量精度优于传统测量模式,从定位和水深测量2方面来详细介绍该工作原理。
2 在无验潮模式下进行水下地形测量的基
本原理
211 RTK 的基本原理
RTK 技术开始20世纪90年代初,是基于载波相位观测
值基础上的实时动态定位技术。
如图1所示,其基本原理是:在已知点上架设基准站,通过数据链(数据电台)将伪距和载波相位观测值及基准站坐标信息一起发给流动站。
流动站通过数据链接收来自基准站数据的同时还采集G PS 的观测数据,在系统内形成载波相位差分观测方程,并实时处理,在运动中初始化求出整周模糊度。
这样就可以保证测船在运动中实时定位,给出达到cm 级精度的该点位置。
RTK 算法比较复杂,其关键是求载波相位的整周模糊度[3]。
212 无验潮模式水下地形测量的基本原理
G PS 差分测量可以非常精确地测定2点之间的相对高
差,小区域范围内,通过该高差便可反算出流动站G PS 相位中心的高程,该高程同基准站具有相同的高程基准面。
在无验潮模式下进行水下地形测量的原理如图2所示。
图2中参考站G PS 天线离已知点高度为ha1,参考站G PS 天线的大地高和正常高分别为Hg1和Hm1;已知点的正常高为ho1;高程异常值为Δh ;流动台G PS 天线到水面的高度为ha2,流动台G PS 天线的大地高和正常高分别为Hg2和
Hm2,测深仪换能器底部的瞬时高程ho2,测深仪换能器底
部到海底水深为hi ;测的海底正常高为H 。
根据图2下列等式成立:
Hml =h01+hal Hm2=ho2+ha2(1)
根据G PS 差分原理,基准站和流动站间的距离30
km
[1]
,可以认为下式成立:Hg1-Hg2=Hm1-Hm2
(2)
故由(1)和(2)可以得出测深仪换能器底部的瞬时高程为:
Hg1-Hg2=(ho1+ha1)-(ho2+ha2)ho2=(ho1+hal )-ha2-(Hg1-Hg2)
(3)
(3)式中hol 为已知,hal 、ha2可以丈量得到,Hgl 、Hg2可以由G PS 实时接受到,故测深仪换能器底部的瞬时
高程确定后,加上其测量的水深hi 可以实时得到测点的海底高程H :
・
57・第2期 总第138期
2005年3月浙江水利科技Zhejiang Hydrotechnics N o.2 T otal N o.138
March 2005
H =ho2-hi (4
)
图1 RTK
基本原理图
图2 无验潮模式基本原理图
3 精度分析
311 定位和测深关系
水下地形测量是由定位和测深2部分各自独立进行数据采集的,要实现高精度的测点定位,需要进行定位与测深时间同步改正和位置偏移改正。
因为在测量时,平面位置来自G PS ,一般为5H z (1s 5个定位数据),水深值取自测深仪,一般为10HZZ (1s 10个数据),用G PS 定位脉冲触发测深仪工作,那么可以说两者完全同步,不存在时间同步改正;如果G PS 天线与测深仪换能器处于同一垂直面上,则无需进行位置偏差改正;否则就应该根据航向和
G PS 与测深仪的相互关系进行位置偏移改正。
312 潮位、波浪、换能器动态吃水
影响水深测量精度的水文因素很多,主要有潮位、波浪、换能器入水深度的变化等,传统的测深潮位改正时根据测区和潮位涨落规律布置一个或多个潮位站,派专人观测潮位资料,利用该资料,根据所测得水深点时间和位置实施潮水位改正;J T J203-2001规定:当风浪引起的测深仪记录纸测深线起伏变化超过016m (指海域,内河为013
m ),应停止测深,可见波浪对测深影响是较大的;还有作
业船只的负荷、航速、航向等影响测深仪换能器动态变化。
如图3所示,潮位、波浪、换能器动态吃水对测深的影响,联杆的倾角为α,联杆长为L 其引起平面定位的误差ΔS 为:
ΔS =Lsin α
(5)
其引起垂直方向上的误差ΔH 为:ΔH =L -H =L (1-cos α)
(6)
从(5)、(6)2式可以看出,AS 及AH 的大小主要取决于L 及α的大小。
由风浪引起的联杆倾斜对平面定位的精度影响较大,而对高程的精度影响很小。
只要将联杆长度缩短到2m 以下,这2项误差影响可完全忽略。
可以这样认为采用G PS RTK 技术可以综合地有效地解决潮位、波浪、换能器动态吃水对测深的影响。
图3 对水下地形测量精度的影响图
4 结论及建议
(1)当潮位资料不具备,利用传统的水下地形测量方
法将不能获得海底高程,而文中所述方法,无需验潮便可以完成水下地形测量的整个工作,因而,相对传统的测量方法,该法具有方便、快捷和简单等特点。
(2)RTK 技术所确定的高程精度优于潮位观测精度,
该法自动克服了换能器动态吃水对测深的影响,在波浪影响较小情况下,该法精度优于传统方法。
(3)由于该法技术核心是G PS RTK 技术,和其他差分G PS 一样,作用距离不能太远,否则定位精度很难得到保
证,根据浙江省水利河口研究院测验队实践,作用距离控制在10km 为宜,也可以采用多基站方法解决,如杭州湾跨海大桥施工时,在桥址南北两岸各架设不同频率数据电台的基准台。
参考文献:
[1]施品浩.G PS 定位作业模式的探讨[J ].武汉测绘科技大学学
报,1992,17(2):12-15.
[2]周忠谟.G PS 卫星测量原理与应用(修订版)[M].测绘出版
社,1997.
[3]任少华.RTK 技术在杭州湾跨海大桥桥位地形测绘中的应用
[J ].东海海洋,2002.
・
67・ 总第138期・浙江水利科技・2005年第2期 。
