GPS结合测深仪水下地形测量原理分析与应用

GPS-RTK技术配合数字测深仪进行水下地形测量方法的应用魏大泉【摘要】在进行水下地形测量的过程中，采用GPS-RTK技术是比较常见的。

主要是由于这种技术类型本身的先进性比较强，可以相关的数字测深仪设备相互结合。

操作方式比较简单，而且准确性比较突出。

在具体的应用中，工作人员可以严格地按照设计的原则来进行水下的地形的特点进行掌握。

采用这种先进的测量技术作为辅助，可以将相关的数据直接应用到制图软件当中，不仅保证了数据采集的精准度，还推进了测量设备的高效应用，本文中，笔者主要对GPS-RTK技术在水下地形测量工作中的应用情况进行深入介绍，仅供参考。

【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2015(000)025【总页数】1页(P109-109)【关键词】GPS-RTK测量技术;数字测深仪;水下地形测量【作者】魏大泉【作者单位】黑龙江省航务勘察设计院，黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文具体来说，水下地形测量工作的主要工作内容包含两个方面的内容，第一是定位，第二是测深。

从传统的测量方式中可以看出，主要是采用全站仪等设备来对水下的地形进行测量，进而获得科学准确的坐标，然后根据测深杆设备的测量来获得具体的深度数据。

然后根据相对比较明确的位置来对水下的高程进行明确。

现如今，随着GPS技术的高效发展，水下地形测量效果也得到了高效地改进，最终成图的精准度也比较大。

1 水下地形测量作业系统的组成从水下地形测量工作中可以看出，在整个测量系统中涉及到的设备较多，其中包括GPS-RTK测量接收机，数字化测深仪和便携式的计算机设备等。

具体的测量工作主要包括几个不同的阶段，第一是测前的准备，第二是数据的采集测量，第三是水下地形图的设计。

2 测前准备在这一阶段中，工作人员的主要工作内容就是求得转换参数。

在具体的准备工作中，主要是应用测区内部的几个平面位置，相关的高程控制点和相关的经纬度参数。

在实际的测量工作中，主要采用的是RTK软件来获得具体的参数，这些参数是测深仪在测量的过程中所需要的主要参数。

852020.12|3水下地形测量3.1准备工作水下测量前，对基准站、流动站仪器进行初始化，得到固定解后开始观测。

以测回间平面坐标误差小于40m m 、大地高差小于40m m 为标准，取3次测量均值作为最终观测结果。

根据《水运工程测量规范》对测深定位点误差限值、深度误差限制进行校对（如表1所示）。

校正G P S 主机及测深仪后，将测区坐标系统转换参数输入测深仪及G P S 接收机内。

图2　测深仪与GPS天线安装位置示意图测深仪换能器保持同一轴线，R T K接收机与测深仪数据按等时间间差调整测量船航向。

由于本工程部分区域存在礁石，导致水下地方法，并及时输入水深文件中修正，确保水下测量数据准确性、业地形图软件中进行建模，剔除异常测点数据后生成水下地形图1m m范围内水深点深度比互差应小于0.4m，为校核、验证测深查线，共计检查266点，发现有4点差值超过粗差，粗差率为1.5%要求。

制：①将测深线文件导入测深仪内，及时调整测量船航向，确保持轴线统一；③船体横摇、纵倾时，对换能器瞬时高程进行多，选择风力小于4级，测量船行驶速度小于0.9m/s，浪高大于0.4m[1]何广源，吴迪军，李剑坤.GPS无验潮多波束水下地形测量技术的分析与应用[J].地理空间信息，2013(02)；[2]杨玉光.关于水下地形测量中GPS-RTK技术的应用探讨[J].江西测绘，2013(03)；[3]李峰.浅析水下地形测量技术[J].中国新技术新产品，2015(24)。

作者简介周尚伟（1986-），男，福建福鼎人，大学本科，工程师，现主要从事工程变形监测和86|CHINA HOUSING FACILITIES。

GPS结合测深仪河道水下地形测量原理与应用分析摘要：由于具有实时定位、精度高、速度快等优点，GPS-RTK技术得以迅猛发展。

在水下地形的测量过程中，采用GPS技术使得测量更为准确，受人为干预较少，自动化程度高。

本文首先对GPS结合测深仪技术测量河道水下的地形原理进行分析，然后阐述在湘桂线扩能改造中河道水下地形测量中的应用和作业过程，并结合广西省的水文地质，探讨了实际应用中应注意的相关问题。

关键词：GPS；水下地形测量；测深仪；测量精度1.前言河道水下的地形测量是一项对水下地形的起伏和地物的测量工作。

GPS - RTK作为一种实时动态技术，不容易受到河流状况的影响，具有较高的测量效率和准确度，可以实现观测的同步性。

目前所采用的对河流、水库等水域的水下地形测量方法都是采用高精度的GPS定位和数字测深技术相结合的地下测量系统，可以快速而又准确地实现水下地形点的三维坐标测定，同时也能测出地面部分的水深，将采集到的平面位置和高度信息同时输出，并经处理转化成图像信息。

2.GPS系统的组成和工作原理2.1GPS系统的组成水下地形测量作业系统主要由基准站和流动站两部分组成，GPS接收机和数据链组成基准站，GPS 接收机、数据链测深仪、计算机、测量软件以及计算机外部设备组成了流动站。

本次水深测量采用数字化测深仪结合GPS-RTK方式进行水深数据采集，平面定位采用南方测绘公司GPS灵锐S82系列，测深仪采用S48超声波测深仪。

2.2GPS结合测深仪河道水下地形测量基本原理水下地形的测量主要分为定位和水深测量两大部分。

在测量过程中，GPS 可以实现水位测量的定位和水面高程的测量。

S48超声波测深仪可以实现水深的测量。

它依靠声波发射器发出声波，遇到水下地形的阻碍，声波开始返回来，利用声波反射回来的信息就能计算出声波发生器与水底之间的距离，然后依据吃水的标准修正测量结果。

根据平面控制网布设及其控制高程的测量成果，通过测量水深和测时库水位，推求水下测点高程，并经过数据处理和按要求在一定比例图上描绘成图得出库区水下地形测绘成果。

GPS-RTK结合测深仪在水下地形测量中的应用摘要随着GPS技术的快速发展，应用于工程测量越来越普及，使用移动测量的用户空间越来越大，方便快捷、高精度和定位准确的性能愈显其优越性，将GPS技术与测深仪技术相结合，是水下地形测量技术的一次飞跃，是先进的科学技术在生产活动中的重要应用。

关键词地下地形测量；测深仪；GPS-RTK1 概述1.1 水下地形测量的重要性随着工程建设的需要和工程开发，越来越多的需要进行水下地形测量，掌握规划、设计的资料，为工程建设提供技术支撑。

在水利建设中的河道、港口开发、水库库容复核等都要进行水下地形测量，随着社会对海洋的开发利用，海域测量同样越来越多。

在水下地形测量中对质量要求同样越来越高，这就需要在进行水下地形测量中使用新仪器、新技术，来减轻工作人员的劳动强度。

测量工作在防洪减灾中发挥重要作用，具有很大的社会效益和经济效益。

1.2 GPS-RTK技术简介GPS-RTK系统主要由基准站、流动站、数据通讯系统3部分组成。

GPS-RTK 是以载波相位观测量为依据的实时差分测量技术，它实时地获得测站点在特定坐标系中的三维坐标。

流动站是在获得固定解后接收基准站的数据，能够迅速及时的获得所需点的坐标，测量精度达到厘米级，能够满足设计和规划的精度要求。

这样就极大地扩展了作业距离，提高工作效率。

1.3 测深仪技术简介测深仪利用水声换能器发出超声波在均匀介质中直线传播，在遇到不同的介质反射的原理。

在测量时需将换能器发在水下一定位置，垂直向下发射声波并接收水底回波，根据声速和回波时间来确定被测点的水深，通过测得水深获得水下地形、地貌的基本情况，通常情况下水下地形测量采用与陆上统一基准面和坐标系。

1.4 RTK结合测深仪工作机制RTK结合测深仪作业模式就是既采用RTK实时采集的坐标、高程又采用测深仪测得的水深，即H=H0-（h+hi），式中，H为河底高程，H0为水面高程，h 为换能器吃水深，hi为换能器底部到河底的水深。

水库水下地形测量中GPS结合测深仪应用摘要：随着GPS技术的不断发展，RTK技术的出现和计算机技术的飞速发展，平面定位技术实现了高精度、自动化、数字化和实时化。

随着探测技术的数字化和自动化，为水下地形测量数字化、自动化和水利测量提供了基础，为测绘提供了先进的手段。

文章介绍GPS结合测深仪在水下地形测量中的实际应用、测深设备的基本工作原理，以及在测量过程中会遇到的问题及处理方法。

关键词：水下地形测量；GPS；测深仪0引言水下地形测量在许多工程建设项目上有着重要的作用，它可以为桥梁、码头、水库、港口等工程建设项目提供必要的基础数据，是现代水利工程中的一项重要工程技术。

由于传统水下测量模式存在着诸多弊端，譬如测量难度大、数据不精确、不能反映真实水下地形等问题。

现代的“GPS+数据处理软件+测深仪”的测量模式逐步取代传统的测量模式。

1控制测量水下地形测量应与地面上的国家控制点或高级控制点构成统一整体，只在需求的情况下单独建立水下地形测量的高程和平面控制。

2水下地形测量2.1数字测深仪的工作原理数字测深仪是利用声波的传导特性，实现水下地形测量的仪器。

数字测深仪的原理是通过振荡器发出超声波后遇到障碍物，再通过接收器接收反射回的声波，通过时间差t，求出距离D=Ct/2，C为超声波波速。

2.2水下地形测量系统组成水下地形测量利用GPSRTK和数字测深仪、计算机联合使用作业。

作业人员应在测量前将测区的范围图导入计算机，按规范要求在测量前设计好测线，测量时应按照测线进行测量活动。

利用RTK的定位定向功能指导船只航行。

利用计算机的测深软件实时观测船只的航向、航速、船只的平面坐标、水深及RTK的解状态。

声波在水中传播速度受到水温、水深、水的盐度等因素的影响，因此要进行相关参数的修改，同时可以利用声抛仪辅助修改相关参数，用以获得准确的测深数据。

2.3水下地形测量工作原理用测深仪专用连接杆连接测深仪与RTK，再将连接好的连接杆安装在船只上，将测深仪没入水下，连接杆要始终保持垂直于水面，并保持连接杆与船只的相对位置不变，RTK可以实时的获得平面坐标与高程坐标，由RTK所获得的高程减去RTK距水面的高度。

GPS-RTK结合测深仪在水下地形测量中的应用探讨摘要：GPS －RTK技术的发展及其在测绘中的应用，给测绘工作带来了前所未有的大变革。

不仅提高了工作效率，也大大提高了成果的精度。

本文阐述GPS －RTK与数字测深仪组成的水下地形测量系统的工作原理，探讨分析了GPS －RTK 配合测深仪对水下地形测量的精度控制中具有的问题及应对措施。

关键词：GPS－RTK; 测深仪;水下地形测量;引言测绘工作是经济建设、社会发展的基础事业，随着社会的飞速发展，测绘工作的作用越来越重要，同时测量方法和测量仪器也发生了重大的变革。

以往的传统的方法是采用全站仪结合测深仪进行测量，测量工作受气象等条件的影响较大，精度难以保证。

常规测量，工作难度大，外业测量人员也很艰苦，且成图时间长。

GPS技术的兴起和发展，打破了这一传统方法。

近些年来，随着GPS测量技术的不断发展，其已经应用于进行陆地和水下地形测量。

利用GPS －RTK 配合数字测深仪进行水下地形测量大大减轻了野外作业的劳动强度，提高了内外业工作地效率和精度。

本文对GPS －RTK配合测深仪在水下地形测量上的应用进行了探讨。

一、GPS—RTK和测深仪工作原理1、RTK的基本原理RTK是实时动态载波相位差分。

RTK系统由一个基准站。

若干个流动站及通讯系统组成。

其设备是在两台静态型测量仪器问加上一套无线电数据通讯系统(数据)，将相对独立的GPS信号接收系统连成一个有机整体。

RTK测量时，基准站将观测值和测站坐标信息通过数据链发送给流动站。

流动站通过数据链接收来自基准站的数据，同时采集GPS观测数据。

2、测深仪测量原理测深仪是利用声波反射的信息测量水深的仪器。

回声测深仪的工作原理是根据超声波能在均匀介质中匀速直线传播，遇不同介质面产生反射的原理设计而成的。

测深时将超声波换能器放置于水面下一定位置，换能器到水底的深度可以根据超声波在水中的传播速度和超声波信号发射出去到接收回来的时间间隔计算出来。

GPS-RTK联合测深仪在水下地形测量中的应用摘要:水下地形测量具有测量隐蔽、精度控制难度大等特点，因此，对其测量技术的要求较为严格。

本文就介绍了GPS－RTK联合测深仪在水下地形测量中的应用，阐述了利用GPS－RTK与测深技术测定水下地形的基本原理和水下地形测量的基本实施步骤，并通过结合工程实例，对项目实施、数据比较等做了深入研究，为类似工作的应用进行提供参考。

关键词:GPS－RTK；测深仪；应用；原理随着科学技术的发展，GPS－RTK技术已经得到了广泛的应用，虽然这种技术具有测量速度快，精度高等特点，但是这种无验潮模式下的测量方法还无相关规范和技术标准，所以在与测探仪联合应用中，就要注意其工作的实际情况，从而探究出其是否能满足相关规范要求。

本文通过无验潮和传统验潮两种模式下水下地形测量的原理和两种模式下水深测量的数据进行分析，得出该技术在水下地形测量两种测量模式中均能满足相关规范要求。

1 水下地形测量的原理水下地形测量包括两部分:定位和水深测量。

就目前的水下地形测量的主流技术而言，定位采用的是RTK(Real－time kinematic)实时动态差分法，而水深测量采用的是回声测深仪的方法。

这样就可以确定水底点的高程:Gi=H－(D+ΔD) (1)式中:Gi为水底点高程；H为水面高程；D为测量水深；ΔD为换能器的静吃水。

在观测条件比较好的情况下，考虑RTK具备比较高的高程确定精度，同时严格考虑船姿的影响，无验潮模式下的水底点高程可通过下式确定:Gi=H－D－h－Δa (2)式中:Gi为水底点高程；H为GPS相位中心的高程(通过RTK直接确定)；D 为测量水深；h为GPS接收机天线相位中心距换能器面的垂距；Δa为姿态引起的深度改正。

2GPS-RTK联合测深仪水下地形测量的基本作业步骤水下地形测量作业系统主要由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。

测量作业流程大体分三步来进行，即测前的准备、外业的数据采集和数据的后处理。

GPS—RTK配合测深仪进行水下测量原理及步骤本文就RTK测绘技术配合回声测深仪进行水下地形测量的原理、工作方法、注意事项进行介绍。

标签：GPS-RTK 回声测深仪水下测量随着水利水电工程的大量建设，众多的大型水库、特大型河流、海洋的测量任务越来越多。

传统的河流水下地形测量是在岸边通视条件良好的图根控制点上架设全站仪，用全站仪观测船体的方位，通过计算船体的平面位置，再利用静水水面高程与船体的水深来求得测量点的水下高程。

这种测量方法显然是把平面位置测量和水深测量是分开进行的，测量精度、效率都不能得到很好的保障。

1测深仪种类测深仪就是测量水深的仪器或装置。

有声学、激光、压力、电磁式测深仪，以及纲缆等机械测深装置，较常用的是回声测深仪，利用声波反射的信息测量水深的仪器。

其中有一类超声波测深儀，所使用的声波频率在2万赫以上回声测深仪的问世，使海深测量技术发生了根本性的变革。

目前已有升沉补偿测深仪、拖曳式测深仪、多波束测深仪等多种不同类型的测深仪器，这些都是由于海洋勘探的需要而发展起来的设备。

人们根据工作深度的不同，设计制造了大小不同的测深仪器。

小型测深仪的工作频率在100千赫兹左右，换能器尺寸较小，可在小艇上使用，用于测量几十米到几百米水深的海洋深度。

而大型测深仪的工作频率为数千赫兹左右，换能器尺寸较大，可测量深达10000米的世界海洋最深处的水深。

此外，还有一种双频测深仪。

所谓双频测深仪就是指能用高、低两种不同频率工作的测深仪器。

这种测深仪适用于测量沉积有稀泥的航道，它能用较低的工作频率探测较硬的真海底，或用较高的工作频率探测稀泥表面。

现在，回声测深仪的显示、记录方式也有多种不同类型。

近代测深仪除用放电或热敏纸记录器记录外，还有数字显示及存储，甚至可以和计算机结合起来而自动绘制海底地形图等多种不同方式。

2工作原理2.1回声探测设备是最早的一类水下声学仪器，这种设备得到了广泛地应用所有这样的设备都有一个共同的特点：它们都利用一组发射换能器在水下发射声波，使声波沿海水介质传播，直到碰到目标后再被反射回来，反射回来的声波被接收换能器接收。

水下地形测量中测深仪与GPS组合运用分析摘要：在我国经济飞速发展的支持下，当前科学技术水平不断提升，也为GPS技术的发展奠定了坚实的基础，而且RTK技术出现之后，我国对于水下地形探测方面实现了自动化、现代化、数字化以及实时化的发展，同时也保证整体测量的准确性以及可靠性。

本文基于此，对水下地形测量中测深仪与GPS组合运用进行探究分析。

关键词：水下地形测量；测深仪；GPS；组合运用引言：随着我国经济社会的发展和进步，当前生产生活对于天然气以及石油等资源的需求逐渐增加，但是其通常会穿过大型河流等，这也为地形探测带来了一定的难度。

但是随着科学技术的发展和进步，当前GPS的出现，解决了一定的难点，并且其与测深仪组合，也在很大程度上保证测量的精度，进而保证了后续工作的有效性以及安全性。

一、水下地形测量中测深仪与GPS组合的基本原理在对水下地形进行测量的过程中，存在一定的难度，而且还会出现测量精准度较低的情况，而将测深仪与GPS组合运用，其不仅降低了整体的工作难度，同时也保证了测量数据的精准性，清楚地了解水下地形的坐标以及高程，其也是我国测量行业的里程碑。

在实际进行组合的过程中，一般是将GPS安装在测深仪上，并保证GPS用于测量的天线安装布置的合理性，为了保证整体测量的精准性，一般将其布置在测深仪换能器的正上方，而这样的位置布置保证了GPS需要测量的点位与测深仪需要测量的点位保持在同一铅垂线上，这样才能保证测量的准确性。

工作人员在实际应用测深仪与GPS组合进行水下地形测量的过程中，测深仪与GPS分工明确，GPS主要负责测定换能器的坐标以及高程，测深仪对水下点位的水深情况进行测量，二者同时进行工作，然后工作人员通过计算得到水下地形的具体情况，其计算公式为H=H1-（H2+H3）[1]，具体如图1所示。

图1 水下测量点高程换算示意图二、水下地形测量中测深仪与GPS组合运用方法（一）岸上工作首先，需要在岸上选择合适的地理位置建设GPS基准站，通常情况下来讲，需要将其建立在较为空旷的位置，进而保证信号的稳定性，不受其他因素的影响。