GPS RTK在海洋测深中的应用(无验潮模式)

RTK 技术在水深测量中的应用初探  

　　一、引言

　　RTK技术在陆地测量和放样的应用中已经比较成熟，在海洋测量和海洋工程中的应用也已经兴起。以往的水深测量多采用交会定位，故测量工作受气象的影响较大，精度难以保证，测量工作难度大，外业测量人员也很艰苦，且成图时间长。使用GPS技术后，这些困扰水上测量工作的问题就迎刃而解了。随着GPS技术的不断发展，特别是RTK技术的出现，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、无验潮水深测量的理论基础（基本原理）

　　如图A所示，h为测深仪探头吃水线到GPS天线的高度，Z0为设定吃水，Z为测得的水深度。Zm为绘图水深，H为RTK测得的高程。则：

　　水深水位=H+h

　　Z m =Z-水位=Z-(H+h) （1）

　　当水面由于潮水或者波浪升高时，H增大，相应地Z也增加相同的值，根据（1）式，Zm将不变。因此从理论上讲，RTK无验潮测深将消除波浪和潮位的影响，是一种理想的水上测量方法。

　　三、水深测量的基本作业步骤

　　水深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。测量作业分三布来进行，即测前的准备、外业的数据采集测量作业和数据的后处理形成成果输出。

　　1、测前的准备

　　1.1求转换参数

　　(1)将GPS基准站架设在已知点A上，设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、发射间隔及最大卫星使用数，关闭转换参数和七参数，输入基准站坐标（该点的单点84坐标）后设置为基准站。

　　（2）将GPS移动站架设在已知点B上，设置好参考坐标系、投影参数、差分电文数据格式、接收间隔，关闭转换参数和七参数后，求得该点的固定解（84坐标）。

（3）通过A、B两点的84坐标及当地坐标，求得转换参数。\

 

　　1.2建立任务，设置好坐标系、投影、一级变换及图定义。

　　1.3作计划线。如果已经有了测量断面就要重新布设，但可以根据需要进行加密。

　　2、外业的数据采集

　　（1）架设基准站在求转换参数时架设的基准点上，且坐标不变。

　　（2）将GPS接收机、数字化测深仪和便携机等连接好后，打开电源。设置好记录设置、定位仪和测深仪接口、接受机数据格式、测深仪配置、天线偏差改正及延迟校正后，就可以进行测量工作了。

　　3、数据的后处理

　　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，形成所需要的测量成果——水深图及其统计分析报告等，所有测量成果可以通过打印机或绘图机输出。

　　四、影响水深测量精度的几种因素及相应对策

　　在实际的使用无验潮方式进行水深测量时，测量结果精度会由于船体的摇摆、采样速率、同步时差及RTK高程的可靠性等因素造成的误差的影响，这些误差远远大于RTK定位误差，从而成为无验潮方式水深测量精度提高的瓶颈因素。

　　4.1船体摇摆姿态的修正

　　船的姿态可用电磁式姿态仪进行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿态仪可输出船的航向、横摆、纵摆等参数，通过专用的的测量软件接入进行修正。

　　4.2采样速率和延迟造成的误差

　　GPS定位输出的更新率将直接影响到瞬时采集的精度和密度，现在大多数RTKGPS都可以最高输出率达20HZ，而测深仪的输出速度各种品牌差别很大，数据输出的延迟也各不相同。因此，定位数据的定位时刻和水深数据的测量时刻的时间差造成定位延迟。对于这项误差可以在延迟校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返测量结果计算得到，也可以采用以往的经验数据。

　　4.3 RTK高程可靠性的问题

　　RTK高程用于测量水深，其可信度问题是倍受关注的问题。在作业之前可以把使用RTK测量的水位与人工观测的水位进行比较，判断起可靠性，实践证明RTK高程是可靠的。为了确保作业无误，可从采集的数据中提取高程信息绘制水位曲线（由专用软件自动完成）。根据曲线的圆滑程度来分析RTK高程有没有产生个别跳点，然后使用圆滑修正的方法来改善个别错误的点。

[page_break] 　五、作业时应该注意的若干问题 

　　5.1有关基准站的问题

　　（1）因为RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值）及已知数据传输给流动站接收机。所以：

　　a.电台天线要尽量高。如果距离教远，则要使用高增益天线；否则将影响到作业距离。

　　b.电源电量要充足，否则也将影响到作业距离。

　　（2）设站时要限制最大卫星使用数，一般为8颗。如果太多，则影响作业距离；太少，则影响RTK初始化。

　　（3）如果不是使用七参数，则在设置基准站时要使Transform ToWGS84（转换到WGS84坐标系）处于off（关闭）状态。

　　（4）如果使用七参数，则△X、△Y、△Z都小于±100较好，否则重求。

　　（5）在求转换参数前，要使参数转换和七参数关闭。

　　（6）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。基准站和移动站必须要保持四颗以上相同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；所以有时偶尔RTK没有固定解也是很正常的。

　　5.2有关流动站的问题

　　（1）解的模式要使用RTK Extrap（外推）模式。

　　（2）数据链接受间隔要与基准站设置的发射间隔一致，都要为1。

　　（3）如果使用海洋测量软件导航、定位，则：

　　a. 记录限制要为RTK固定解。

　　b. 高程改正要在天线高里去改正。

　　（4）差分天线要尽可能的高。

　　5.3有关求转换参数的问题

　　已知两点在测程及测区内要尽量远。同时，这两点不能在同一条经线或同一条纬线上。

　　六、结束语

　　利用RTK技术进行水深测量，使得水深测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、高效、经济，所以不失为一种先进的测量技术，必将得到更加广泛的应用