GPS-RTK技术配合数字测深仪进行水下地形测量方法的应用

卢吉锋，冯雪巍，徐 伟

(1.沧州水利勘测设计院，河北 沧州 061000；2.沧州市测绘院，河北 沧州 061001)

水下地形测量工作主要包括定位和测深。传统的测量方法是利用全站仪等仪器获得水下地形点的平面坐标，利用测深杆和回声测深仪等方法获得该点的水深数据，然后推算相应位置的水下高程，从而确定一点的三维坐标。随着GPS-RTK技术的快速发展，使水下地形测量方法产生了质的飞跃，这种方法是利用GPSRTK技术测定一个点的平面位置、水面高程的同时，利用数字测深仪测量的该点的水深数据，直接计算得到该点的三维坐标，其测量的数据直接应用到绘图软件中成图。

2012年沧州水利勘测设计院承担了北京市水库除险加固工程共16座水库1∶2000地形图测量的任务，在各库区水下地形测量时使用中海达HD370数字测深仪和Trimble GPS-RTK测量库区水下地形，取得了较好的效果。

1 水下地形测量作业系统的组成

水深测量的作业系统主要由GPS-RTK接收机、中海达HD370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。测量作业主要包括测前准备、外业的数据采集测量作业和数据的后处理和最终输出水下地形图。

2 测前准备(求转换参数)

利用测区内的三到四个平面、高程控制点和相应控制点在RTK手薄中的经度、纬度、高度，利用中海达HI-RTK软件求得测深仪测量需要的四参数(dx，dy，旋转参数与尺度参数)——该参数为测深仪用参数。

3 外业数据采集实施布骤

3.1 GPS-RTK基站架设

将GPS基准站架设在已知点控制控制点上，设置好参考坐标系、投影参数、发射间隔及最大卫星使用数。转换四参数(该参数为W GS84坐标与北京63坐标转换参数)，输入基准站坐标后设置为基准站。

3.2 GPS-RTK测量工作检查

将GPS-RTK移动站架设在另外的一个平面、高程控制点上，采集该点的坐标及高程，与已知坐标高程值互差满足规范要求后，准备进行RTK测量。

3.3 中海达HD370测深仪工作设置

3.3.1 建立任务

设置好坐标系、投影、一级变换及图定义。此处需要输入测前准备阶段所求的四参数。

3.3.2 做计划线

根据测量精度要求，每40米布设一条测线。

3.3.3 水面高程校正

首先用GPS-RTK测量所测水域的水面高程，然后将GPS-RTK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、接收机数据格式、测深仪配置、天线偏差改正及延迟校正后，根据测深仪显示的水面高程与GPS-RTK测量所测水域的水面高程进行比较，将其差值改正到吃水深度中，如测深仪显示的水面高程与GPS-RTK测量所测水域的水面高程仍不一致，还需进行校正，直致两次测量水面高程一致。

3.3.4 测量工作开始前检查

正式测量前，在水面静止处将测量船固定，采用测深仪测量该位置的高程，然后用测深杆量此处的水深，根据测设的水面高程求得测杆量测的水下高程，与测深仪量测的高程进行比较，满足《水利水电工程测量规范(规划设计阶段)》[2]要求后进行水下地形采集。

3.4 数据采集

在深测仪与RTK设置、测量工作开始前的检查完成后，即可按计划测线进行外业采集工作。此情况下外业采集的碎部点均已自动完成平面坐标转换、高程改正，其点位成果均为设置的平面和高程系统下的数据，可直接提交内业进行内业处理。

4 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(如CASS9.0)对测量数据进行后期处理，形成所需要的地形图。

5 影响水深测量精度的几种因素及相应对策

在实际应用无验潮方式进行水深测量时，测量结果精度会受船体的摇摆、采样速率、RTK与测深仪采集数据同步时差及RTK高程的可靠性等因素的影响。为保证水下地形测量精度，在测量过程中应进行控制或修正。

5.1 船体摇摆姿态的控制

船体摇摆姿态的控制主要采取在无风或微时作业，作业过程中严格控制船速不超过3～5节，在拐弯处船要求平稳、速度不超过3节。

5.2 RTK定位数据与测深数据不同步造成的误差

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，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。对于这项误差在延迟校正中加以修正，修正量采用中海达公司提供的经验数据。

5.3 吃水改正

吃水改正包括静态吃水和动态吃水。根据换能器相对船体的位置，换能器可按照几何关系求解。动态吃水就是要确定作业船在静态吃水的基础上因航行造成的船体吃水的变化，测量时采用霍密尔公式计算船只动态吃水。

5.4 RTK高程可靠性的问题

为了确保作业无误，可从采集的数据中提取高程数据绘制水下等深线，根据曲线的圆滑程度来分析水下高程有没有产生个别跳点，然后使用圆滑修正的方法来修正个别错误的点。

6 结束语

在北京市水库除险加固工程测量中，我单位采用中海达HD370数字测深仪和Trimble GPS-RTK较成功地完成了水下地形测量，实现了不同厂家生产的测深仪和GPS-RTK的结合，较好地完成了两种设备的互相配合，为以后类似的工程测量项目积累了丰富的工作经验。

[1]CH/T 2009-2010，全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范[S].

[2]SL/197-97，水利水电工程测量规范(规划设计阶段)[S].北京：中国水利水电出版社，1997.

[3]中海达HD370数字测深仪产品说明书.

[4]王广，郭秉义，李洪涛.差分GPS定位技术应用[M ].北京：电子工业出版社，1996.