RTK技术在水下地形测量中的应用

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RTK技术在水下地形测量中的应用
[摘要] 本文以漠阳江的水下地形测量为例，重点介绍了RTK技术及其水下地形测量
基本原理、水下地形测量工作流程及精度控制等内容，并简单介绍了水下测量中的几个注意
事项。

[关键词]RTK；测深仪
[Abstract] this article to desert the underwater topographic survey of Yangjiang
as an example, introduced the RTK technology and underwater topographic survey,
basic principle of underwater topographic survey work process and precision control
etc, and simply introduces the underwater measurement in several matters needing
attention.
Key words ]RTK; sounding instrument

1 工程概况
漠阳江位于广东省西南部，是广东省径流系数最大的河流，它发源于广东省云浮市途经
阳江市的北津流入南海。由于过度采砂导致河底深坑增多、水位深浅不一，水下地形十分复
杂。此次的测量范围为阳江市至北津出海口，全长30公里，宽度从200米到2000米左右不
等。
此次测量平面坐标采用1954年北京坐标系，高斯正形投影3°分带，而高程则采用1985
年国家高程基准，水下地形图比例尺为1:1000。
2 技术原理
2.1 GPS RTK基本原理
RTK(Real Time Kinematic)测量技术即载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相
位观测量的差分方法。RTK有常规RTK与网络RTK之分，常规RTK系统主要由一个参考站（基
准站）、若干个流动站及数据通讯系统组成。在常规RTK作业模式下，一个临时建立的基准
站对所有可见的GPS卫星进行连续观测，并通过数据通讯系统将其观测值和测站坐标信息直
接传送给流动站，流动站采集GPS观测数据的同时，通过数据通讯系统接收来自基准站的信
息，并组成差分观测值进行实时处理，得到厘米级定位结果。它由基准站接收机、数据链、
流动站接收机组成。
网络RTK也称多基准站RTK。它由基准站网、数据处理中心、数据通讯链路和用户部分
组成。基准站GPS接收机按一定采样率进行连续观测，通过数据通讯链路实时将观测数据传
送给数据处理中心，数据处理中心首先对各个站的数据进行预处理和质量分析，然后对整个
基准站网数据进行统一解算，实时估计出网内的各种系统误差的改正项（电离层、对流层和
轨道误差），建立误差模型。
2.2 测深仪工作原理
测深仪是一种单波束测深设备，工作原理是利用换能器在水中发出声波，当声波遇到障
碍物而反射回换能器时，根据声波往返的时间和所测水域中声波传播的速度，就可以求得障
碍物与换能器之间的距离。按照使用声波频率的个数，可分为单频和双频。单频测深仪仅用
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于一般的水深测量，双频测深仪可以同时测量淤泥表面深度和积岩深度，从而获得淤泥厚度，
故后者还可以用于淤泥土方计算。
3 工程作业基本流程及注意事项
3.1工作原理
RTK结合测深仪进行水下地形图测量是利用RTK技术的快速、高效及其全天候作业和测
深仪的测量水深的准确性结合起来的一种全新的水下测量方式。他的原理是利用RTK提供
WGS-84坐标经过测深仪求得的坐标参数改正结合水深改正通过处理后得到正确的坐标高
程。
3.2工程实施流程
仪器设备：两台双频GPS中海达V30 GNSS RTK,一套南方灵舟SDE-28测深仪，两个12V
铅酸电池（其中一个备用），测量船只一条，救生设备若干。
首先施测了一个E级的GPS静态网和一个四等水准，以此在河道的两旁建立了一个由7
个E级点组成的平高控制网。利用阳江市国土局提供的三个D级GPS点和三个二等水准点求
出7个静态点的北京54坐标和1985国家高程。由于测区呈线状，宽度较窄而长度却很长，
为了提高精度两个E级点之间的距离最好保证在12KM以内。在测区中间选择一个开阔、地
势较高的地方架设基准站，并虚拟得到这个点的WGS-84坐标。另一台作为移动站并通过机
身自带的GPRS的通讯模块接收基准站的差分信号，固定后测量出E级点的WGS-84坐标。
利用测深仪自带的程序进行坐标转换，在测深仪中打开自由者测量软件，并在系统设置
里面设置好中央子午线、坐标系统，在坐标转换选项中输入移动站测出的WGS-84坐标和相
对的静态求的北京54坐标和四等水准求得的85高程，添加完7个E级点后选择解算求出参
数，如果符合规范则保存并退出。
上船后把换能器和GPS都固定在测深仪配套的连杆上，把联杆垂直固定于测量船的一
侧，接通仪器后开机并设置好参数，按照垂直于河边方向15米间隔测量一排点，平行于河
边方向15米间隔测量一排点，点位间隔为5米进行水下测量。测完之后通过测深仪自带软
件进行无验潮数据改正，改正之后就可以得到”*.dat”格式水下数据文件，可直接在南方
CASS软件里展出。
3.3 注意事项
3.3.1和已知点比对三维坐标
上船之前和测量完成之后都要和已知点进行比对，以确定经过测深仪参数改正后得到的
成果是否正确。由于事先已求好参数解算，因此连接好GPS后在测深仪屏幕上可以实时显示
当前位置的当地坐标，所以只要把天线放在已知点上设置好天线高等就可以检查坐标高程精
度。在船上也要时不时利用标杆错略检查下测深仪的测深精度以防仪器出错。
3.3.2基准站坐标精度
当基准站坐标精度较低时，流动站得到的三维位置都带有系统偏差，即流动站具有与基
准站相同或低于基准站的精度。另外基准站的坐标精度也直接影响到转换参数确定的精度。
同时求坐标转换时至少需要三个已知点，但是如果有只有三个点无法在测深仪里面看到精
度，所以要有三个以上的控制点来求取转换参数。
3.3.3风浪对水下地形测量精度的影响
由于GPS天线与测深仪换能器之间联杆的长度为一固定值，因此测深船的垂直起伏不会
给水下地形测量的精度带来影响。但测深船的摇摆会造成GPS天线与测深仪换能器之间联杆
的倾斜。联杆的倾角为β，联杆长为L，其引起平面定位的误差△P为：△P=Lsinβ。其引
起垂直方向上的误差△H为：△H = L- H = L(1-cosβ)，可见△P和△H的大小主要取决于
L及β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2米或以下，这两项误差影响可完全忽略。
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4 结语
随着RTK技术越来越成熟，RTK的应用范围会更广泛。RTK结合测深仪进行水下地形测
量具有高效、准确的优点，但其也存在着致命的缺点，即基线超过一定
长度，RTK的精度将无法得到保障，还有河边的树木、高山等也影响了RTK的精度。不
过随着CORS技术的发展，水下测量会正式步入RTK时代。

gps在水下地形测量中的应用探讨

G PS在水下地形测量中的应用探讨董杰顾斌(中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221l16)应用科技哺要】本文阐述了G PS—RTK技术在水下地形测量宁的应用。

随着G P S毒f术的发展，水下地形测量采用G PS荻得平面坐标，回声测深钗获得深度的基本模式。

保证了水下地形测量的准确性和实时性。

从而使得水下测量变得快速精确方便。

巨键词水下地形测量；G PS-R T K；回声探测仪；应用探讨在水利工程中，水下地形测绘具有重要的意义。

传统的水下地形测量方法主要采用全站仪结合测深仪进行测量。

即在岸上架设全站仪，测量目啉的及时点位坐标，在船体上测量水深。

这种方法由于地球曲率、通视及测站条件的限制难以满足需要，目精麈f医，并同时要进行水位测量。

随着G P S技术的发展，G PS技术在水卞地形测量中的应用越来越广泛。

如G PS差分技术就是利用一台G P S接收机固定在已知的基准点上。

其他的接收机置于船体上作为流动站，同时观测卫星。

这种方法不仅提高了精度，而且加快了作业速度全天候作业。

1G PS-R T K的工作原理1．1原理G P S全球定位系统定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知点的起算数据，采用空间距离后方交会的方法来确定待测点的位置。

常规的G P S测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得高精度的测量结果，而R T K(R ea卜币m e K i nem at i c)是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法RT K技术是以载波相位观测为基础的实时差分G P S定位技术。

在R TK作业模式下，基准站和流动站保持同时跟踪至少4颗以上的卫星，基准站通过数据链将其观测值和已知信息一起传送给流动站，流动站将自己采集的G P S观测数据和通过数据链接收来自基准站的数据在系统内组成差分观测方程并进行实时处理，在运动中求解起始相位模糊度值，同时通过输^相应的坐标转换参数，实时得到测点的三维坐标及精度。

RTK技术在水利工程测量中的应用蔡汉周

RTK技术在水利工程测量中的应用蔡汉周摘要：RTK技术具备有精度高、以及实时高效等优点，并在我国目前的测量工作中得到了广泛的应用。

本文就PTK技术的应用特点进行了分析研究，并且就其在水利工程中的具体应用情况进行了简要的探讨。

关键词：RTK技术；水利工程；测量随着科学技术的不断发展，使得我国的水利建设项目也得到了一定程度的增加。

但是水利工程往往都处于比较偏远的山区，其高等级的测量控制点也比较缺乏，这也就导致了水利工程的测量工作受到了很大的阻碍，并且严重影响到了该水利工程的后续施工质量。

随着GPS定位系统的不断发展，使得RTK技术也被广泛应用于水利工程的测量过程中，其测量精准程度较高，并且具备有高效性以及实时性的特点，因此能够进一步提升该水利工程的施工效率以及经济效益。

一、RTK技术进行水利工程测量的基本原理RTK技术也是实时动态测量技术，其属GPS测量技术中的一种，并且是在原本的擦亮技术上进一步完善而产生的。

现阶段的RTK测量技术主要有数据链、基准站接收机以及流动站接收机这三个部分构成，其工作原理如下：现将一台GPS接收机在基准站上进行安全，然后对一切的可见卫星进行持续观察，所观察到的信息借助于无线电传输的模式发射到流动站中，并在流动站GPS接收机的作用下进行相关数据的接收工作。

在此基础上借助于相对定位的特点，来对其三维的坐标进行准确计算，并取得一个良好的水利工程测量结果。

二、水利工程测量过程中RTK技术的实际应用（一）进行河道地形图的测量工作在对河道地形图进行测量时，因为水下的地形比较复杂，借助于人眼也无法进行直接的观察，这也就导致了河道地形的测量成为了水利工程测量工作中的一个难点问题。

河道地形资料的准确程度，其对于水利工程的后需要建设也有着非常重要的意义。

运用传统测量方式来进行河道地形的测量工作时，多是采用三杆分度仪、六分仪以及全站仪来在测深仪的配合下进行测量工作。

但是这些传统的测量技术还存在有测量范围受到限制、测量精度不高以及工作量较大等诸多问题，并使得其具体的测量工作难以得到顺利进行。

无验潮模式下的GPS水下地形测量的应用[]

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。