RTK技术在水深测量中的应用

曹金忠

关键词：RTKGPS水深测量

0引言

RTK技术在陆域测绘的应用中已经较为成熟了，在水深测量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，精度难以控制，测量工作难度大，外业测量人员也很艰苦，且内业成图时间长。使用RTK技术后，这些困扰水上测量工作的问题就简单了。随着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。下面针对南方GPS（S80）与南方测深仪结合水深测量过程简单说明。

1无验潮水深测量的理论基础

如（公式1）所示，I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为实际水深，H为RTK测得的高程。则：

水深水位=H-h

S=水位-Z0-Z=(H-I)-Z（公式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（公式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。

2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。

2.1测前的准备

2.1.1根据所测水域情况，见意将GPS基准站架设在任意有利的未知点上，这种架站方式灵活，且受控制点位置影响较小。

2.1.2将GPS移动站分别架设在已知点A，B上，设置好参考坐标系、差分电文数据格式、接收间隔，有了固定解后求得四参数，然后校正求得三参数，设站成功，

2.1.3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

2.2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。

3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。

3.1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。

3.2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。

3.3RTK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。

4作业时应该注意的若干问题

4.1有关基准站的问题

4.1.1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：①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。②电源电量要充足，否则也将影响到作业距离。

4.1.2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。

4.1.3如果不是使用七参数，则在设置基准站时要使TransformToWGS84（转换到WGS84坐标系）处于off（关闭）状态。

4.1.4如果使用七参数，则△X、△Y、△Z都小于±100较好，否则重求。

4.1.5在求转换参数前，要使参数转换和七参数关闭。

4.1.6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。

4.2有关流动站的问题

4.2.1解的模式要使用RTKExtrap（外推）模式。

4.2.2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。

4.2.3如果使用海洋测量软件导航、定位，则①记录限制要为RTK固定解。②高程改正要在天线高里去改正。

4.2.4差分天线要尽可能的高。

4.3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。

5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。