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差分GPS与RTK无验潮在水下地形测量中比较

摘要：GPS技术不断成熟和发展，如何在海洋测绘中充分利用GPS技术，
使测绘事业更好、更快的发展是不断研究的问题。

本文首先介绍了差分GPS，接着介绍了DGPS、RTK定位技术的原理以
及工作组成部分，然后介绍了RTK无验潮情况下的水下地形测量工作原理和方
法，最后分析比较了RTK无验潮与DGPS在测量水深中的优劣。

关键词：差分GPS，RTK，水下地形测量，海洋测绘，潮汐改正，无验
潮

1前言

RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时定位技术,能够实时提供测
量点在指定坐标系中的三维定位结果,并能够达到厘米级精度,是GPS应用的重大
里程碑。目前水深测量比较普遍的是使用DGPS定位技术,需要验潮水位对测深
数据进行水位改正。如果使用RTK技术加数字测深仪,那么就使得水上测量可以
采用RTK无验潮方式进行,既提高测量自动化程度,又可提高测量精度,而且可实
现全天候测量。

本文通过比较两种不同的定位技术优劣，对不同条件下的水深测量，可
选择不同设备进行测量提供参照。

2差分GPS定位

差分GPS定位是利用基准站和流动站两台GPS接收机同时测量来自相
同GPS卫星的定位信号，用以联合确定用户的精确位置。

载波相位差分

载波相位差分技术简称RTK技术，是建立在实时处理两个测站的载波相
位基础上的，它能以厘米级的精度实时提供测站的三维坐标。对载波相位精度引
入的误差只有lmm。基准站传送的数据是伪距和相位的原始观测量。用户接收到
基准站和本机观测的数据后，利用静态相对测量处理方法对基线处理方法对基线
进行求解，然后推算出测量点的坐标，在求解中最棘手的问题是如何求解相位整
周模糊度。求解相位整周模糊度方法很多，最常见的有：三差法，模糊度函数法，
频率综合法，快速逼近法等。这些方法用于RTK技术可分为两大类：有初始化
方法和无初始化方法。

初始化后，保持卫星信号不失锁。一旦信号失锁，需返回起算点重新捕
获和锁定。采用双频接收机将有效地克服这一缺陷。

3RTK水下地形测量基本原理

3.1RTK简介

RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时
地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。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，数
据量比较大，一般都要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。

3.2无验潮水下地形测量基本原理

当前GPS实时动态相位差分（RTK）的定位精度普遍为：平面10mm+1ppm，
高程20mm+1ppm。无验潮水下地形测量的基本原理是利用RTK测得的GPS天
线精确的三维坐标（X，Y，H），其中X、Y确定定位点的平面位置，RTK高程
结合由测深仪同步测得的水深换算出同一平面位置的水下泥面的高程或水深值，
从而获得水下地形数据，如图：

用户可以测得的数据：

h：GPS天线到水面的高度

H：GPS接收机测得的高程（水准高）

S：测深仪测得的水面到水底的深度

用户需要得到的最终数据：

B：水底到水准面的距离

即通常说的水深值

C：水准面到水底的距离

即通常说的水底高程

由图得出：C=(H–h)–S；B=S–(H–h)

3.3无验潮水下地形测量作业时应该注意的问题

3.3.1有关岸台的问题

(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：

①选择地势较高、较开阔的控制点架设岸台，电台天线要尽量高

②电源电量要充足，否则也将影响到作业距离

③RTK作业应尽量避开雷雨天气,为减小电离层干扰应该尽量避开中午
时间

④RTK作业前要进行严格的卫星预报,选择卫星分布好和数量多的时段
进行测量

(2)RTK高程要保证精度，所以要精确量取天线高，并设入岸台中

(3)岸台中输入根据已知点坐标转换出来的WGS-84坐标，输入已知点
高程

3.3.2有关流动站的问题

(1)记录要限制为RTK固定解

(2)精确量取天线高（天线至水面的高度），测深仪吃水改正参考同一水
面线

(3)差分天线最好使用高增益天线,天线姿态要尽量保持垂直，差分天线
要尽可能的高

(4)RTK观测中,应确保流动站不受电磁干扰

3.3.3有关绘图水位的问题

水位变化较大的区域，每公里约变化0.2m,，所以水深数据换算时分段处
理，内插绘图水位数据，保证段与段之间的绘图水位差值小于0.1m，这样每个
绘图水位控制的换算范围约为500m。

3.4无验潮水下地形测量的优劣性