摘要：本文以象山縣大塘港水庫為例，主要對GPS-RTK測量技術(shù)及水深測量系統(tǒng)、GPS結(jié)合測深儀的測量原理、測量儀器的配置、GPS結(jié)合測深儀實(shí)施水下地形測量、GPS結(jié)合測深儀測量優(yōu)點(diǎn)以及測量注意事項(xiàng)進(jìn)行了研究和分析。

關(guān)鍵詞：GPS;測深儀;水庫;水下地形測量

引言

在城市建設(shè)中，水下地形測量工作是基礎(chǔ)，它能夠提高城市的防治、航運(yùn)能力等。另外，水下地形測量在水庫工程中也是比較基礎(chǔ)的一項(xiàng)工作。水下地形測量就是利用測量儀器將水地點(diǎn)的三維坐標(biāo)過程確定下來，傳統(tǒng)水下地形測量主要是用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等一些儀器來進(jìn)行，每次測深操作測深開關(guān)的操作都需要操作人員親自來做，同時(shí)向各測站發(fā)送施測信號(hào)主要是通過對講機(jī)來進(jìn)行。各測站受到信號(hào)同時(shí)將其記錄下來，經(jīng)過計(jì)算，描繪成水下地形圖。傳統(tǒng)的這種測量方式需要很多人員的支持和配合，人員較密集，工序較繁瑣，工作人員工作強(qiáng)度大、效率低，并且難以保證精度。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，GPS結(jié)合測深儀成為了水下地形測量的重要工具。本文以象山縣大塘港水庫為例，主要對水庫水下地形測量進(jìn)行分析，為滿足工程可行性研究階段的需要，對庫區(qū)進(jìn)行1∶1 000水下地形圖測量。

1.GPS-RTK測量技術(shù)及水深測量系統(tǒng)

1.1 GPS-RTK測量技術(shù)

GPS-RTK測量技術(shù)是一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，此技術(shù)是建立在載波相位觀測基礎(chǔ)上，對于流動(dòng)站在既定坐標(biāo)系中實(shí)時(shí)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，此技術(shù)能夠給予提供，在一定范圍內(nèi)，精度可達(dá)到厘米級(jí)。GPS-RTK測量系統(tǒng)主要包括基準(zhǔn)站接收機(jī)、電臺(tái)、移動(dòng)站接收機(jī)。如果在CORS基站網(wǎng)絡(luò)服務(wù)范圍內(nèi)有測區(qū)存在，那么測量工作就可以運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)來開展，從而就可以將基準(zhǔn)站接收機(jī)部分省去。

1.2測深系統(tǒng)

測深系統(tǒng)主要的組成部分包括工控電腦、水深采集軟件、測深儀。測深系統(tǒng)為了能夠使換能器產(chǎn)生的蜂鳴噪音得以降低，其具有變頻功能，并且還能夠使回聲強(qiáng)度增強(qiáng)，深測儀的測深性能得以提高。有些測深系統(tǒng)能夠進(jìn)行斷面設(shè)定，其測量可以沿指定斷面航線來進(jìn)行，這主要是由于這些測深系統(tǒng)具有導(dǎo)航測深功能。

2. GPS結(jié)合測深儀的測量原理

GPS-RTK結(jié)合測深儀在水庫水下地形測量定位點(diǎn)坐標(biāo)與高程，直接在測深儀換能器的正上方安裝GPS流動(dòng)站天線，這樣能夠在測量過程中保證GPS測量的點(diǎn)位于測深儀測量的水下點(diǎn)位在同一鉛垂線上。在測量過程中，對換能器底部坐標(biāo)、高程用GPS測定時(shí)，定位點(diǎn)的水深能夠通過測深儀測定出來，水下定位點(diǎn)的高程就是用GPS測量的高程與測深儀測量的水深之差，換能器的坐標(biāo)也就是定位點(diǎn)的坐標(biāo)。在RTK作業(yè)模式下GPS可以將待測點(diǎn)位的坐標(biāo)高程實(shí)時(shí)獲取到，定位精度可達(dá)到厘米級(jí)。目前10Hz為GPS輸出的一般頻率，而其高一般可達(dá)到20Hz，只在很小的程度撒花姑娘延遲了定位位移;通過軟件來控制測深儀的定位時(shí)間與GPS的定位時(shí)間的延遲，控制GPS數(shù)據(jù)采集與測深儀測深的軟件應(yīng)該裝在計(jì)算機(jī)上，從而使GPS數(shù)據(jù)采集與測深儀測深的同步能夠得到控制。在測量過程中，測得的數(shù)據(jù)主要是通過計(jì)算機(jī)顯示在計(jì)算機(jī)顯示器上，采集數(shù)據(jù)的稀疏程度可以通過計(jì)算機(jī)來判別，并且導(dǎo)航還可以根據(jù)相應(yīng)的軟件來進(jìn)行，從而使測量數(shù)據(jù)在測區(qū)范圍內(nèi)得以保障。

3.測量儀器的配置

通過數(shù)據(jù)線將GPS-RTK流動(dòng)站的接收機(jī)與測深儀連接起來，這主要是用于進(jìn)行導(dǎo)航定位并實(shí)時(shí)采集測量點(diǎn)的三維坐標(biāo)。為了平面定位和高程測量精度得以確保，GPS-RTK機(jī)型要選擇性能好的雙頻接收機(jī)。

4. GPS結(jié)合測深儀實(shí)施水下地形測量

本工程采用兩臺(tái)Trimble RTK GPS流動(dòng)站及一臺(tái)Trimble RTKGPS基準(zhǔn)站進(jìn)行水上平面定位和水面高程測定，水深測量采用兩臺(tái)中海達(dá)測深儀進(jìn)行，導(dǎo)航軟件采用“Haida海洋測量軟件28”。導(dǎo)航軟件自動(dòng)同步定位、導(dǎo)航和采集水深。為了消除計(jì)算機(jī)和GPS時(shí)鐘誤差，導(dǎo)航軟件的定位、導(dǎo)航和采集水深的時(shí)間統(tǒng)一為GPS的時(shí)鐘時(shí)間。流動(dòng)站天線到水面高和天線偏差每天作業(yè)前均用小鋼尺精確量取，并設(shè)定到導(dǎo)航軟件(在測深儀計(jì)算機(jī)中)和RTK手簿中，同時(shí)岸上用全站儀測定水面高程，與導(dǎo)航軟件測定的水面高和RTK測定的水面高進(jìn)行比對，再用測尺測定水深，與測深儀測定的水深進(jìn)行比對，所有比對結(jié)果一致后才開始作業(yè)。水下數(shù)據(jù)采集為每秒一組，然后內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選。為了保證水面高程測定的精度和可靠性，每天水下測量的同時(shí)在岸邊進(jìn)行全站儀直接驗(yàn)潮，在水下作業(yè)開始前10 min進(jìn)行測定，時(shí)間間隔10 min，一直持續(xù)到水下作業(yè)結(jié)束后10 min。水下地形測量按斷面法進(jìn)行布線，斷面間距100 m，斷面與堤線連線垂直。計(jì)劃測線覆蓋整個(gè)測區(qū)。水下地形測量除按計(jì)劃測線進(jìn)行測量外，還在測區(qū)測量了約75 km的重合或相交測線進(jìn)行水下高程比對，經(jīng)檢核重合區(qū)域的高程較差不大于±10 cm。水下地形測量數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用“Haida海洋測量軟件28”轉(zhuǎn)換成“南方CASS成圖系統(tǒng)”軟件的數(shù)據(jù)格式，與陸地地形合并，進(jìn)行數(shù)字化成圖。

5.GPS結(jié)合測深儀測量優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)的水下測量模式的缺點(diǎn)其實(shí)在本文引言部分已經(jīng)提到，這里不再重復(fù)。與傳統(tǒng)的水下測量模式相比較，GPS結(jié)合測深儀測量模式具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)具有較高的定位精度。GPS結(jié)合測深儀測量模式進(jìn)行測量時(shí)其精度可以達(dá)到厘米級(jí)，要比傳統(tǒng)的水下測量模式高一個(gè)級(jí)別;(2)具有較高的工作效率。傳統(tǒng)的水下測量是一個(gè)人員密集型工作，而GPS結(jié)合測深儀測量模式完成整套數(shù)據(jù)采集工作只需3個(gè)人就可以，并且其還能夠根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行補(bǔ)測;(3)水面變化但是水下地形點(diǎn)高程是不受影響的，其獲取可以通過設(shè)置直接實(shí)現(xiàn)。而傳統(tǒng)的水下測量模式隨著水面變化期高程也會(huì)變化，這樣處理起來比較困難，而且也影響測量精度;(4)GPS結(jié)合測深儀測量模式其工作是不受環(huán)境和時(shí)間限制的，可以實(shí)現(xiàn)全天候的作業(yè)。

6.測量注意事項(xiàng)

(1)在數(shù)據(jù)采集的時(shí)刻，要盡可能保持船體不要傾斜，如果船體傾斜，則會(huì)對測深儀的水深測量、GPS的定位位置與測深儀測量水下點(diǎn)位位置都產(chǎn)生偏差。在水流較緩的河流中，可以減慢船的行駛速度，可保持船體的水平;對于河流流速較大，則最好采用船體自身質(zhì)量大的船只，也能較好的保持船體的水平。(2)在GPS流動(dòng)站工作的開始與結(jié)束，都需要對已知點(diǎn)進(jìn)行檢校，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確;在測深儀開始工作前后，也要對測深儀進(jìn)行檢校，保證水深測量正確性。(3)基準(zhǔn)站架設(shè)位置要求位置較高，但不宜遠(yuǎn)離測區(qū)，并且衛(wèi)星接收機(jī)上方應(yīng)無遮擋，基準(zhǔn)站遠(yuǎn)離高壓電線與通訊塔，以保證船上的流動(dòng)站能夠?qū)崟r(shí)得到固定解。(4)數(shù)據(jù)采集的過程中，只有在RTK為固定解時(shí)，并且測深儀數(shù)據(jù)顯示正常的情況下，才能對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。(5)要求準(zhǔn)備充足的電瓶，在船上，測深儀、計(jì)算機(jī)都需要電源才能正常工作。

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