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GPS在水下地形测量应用综述
侯淑芬
（华南农业大学信息学院，广州，510642）

摘要：GPS定位具有速度快、精度高、实时性等特点，使水位观测和水下地形点高程的测量变得可靠、简便易行。许多水下地形测量已采用GPSRTK的模式。本文综合介绍利用GPS进行水下地形测量的原理，误差来源与改正，以及其在水库测量、水下淤积测量、航道测量、海洋工程中的具体应用。
关键词：GPS,RTK,水下地形

1、引言
在水利工程中，水下地形测绘具有重要的意义。近几年来,随着GPS载波相位差分技术(RTK)的发展,GPS技术越来越成熟,已被广泛应用到数字化测图中。有时候水利工程建设初期,由于所处测区多为山地,通视困难,地形复杂给传统野外测绘工作带来了一定的困难。利用动态GPS定位技术的优越性,测图速度快和精度高,能消除累积误差,操作简便,用人少等优势取代了原有的平板仪测图及全站仪测图。工作效率和经济效益明显得到大幅度提高。

2、概述
2.1水下地形测量现状
水下地形测量,就是利用测量仪器确定水底点的三维坐标的过程,主要工作包括平面定位和水深测。
目前水下测量技术有如下几种:
1)光学定位法,即光学经纬仪配合测深仪法。这种方法由于地球曲率、通视及测站条件的限制难以满足需要,且精度低,并同时要进行水位测量。
2)地面无线电定位技术配合测深仪法。这种方法设备简单,定位迅速,精度可靠,但仍需进行水位测量。
3)采用测量机器人+双频数字测深仪,极坐标法自动化测量模式。
4)GPS技术在水下地形测量中的应用.这种方法不提高了精度,加快了作业速度,可保证全天候作业。
随着全球定位系统GPS技术的飞跃发展,水下地形测量技术已基本定型于采用GPS获取平面坐标,测深仪获取深度数据的基本模式【1】。
2.2GPS概述
差分GPS(DGPS)是最近几年发展起来的一种新的测量方法。实时动态(RealTimeKinematic）简称RTK)测量技术。实时动态测量的基本思想是,在基准站上安置一台GPS接收机,对所有可见GPS卫星进行连续地观测,并将其观测数据,通过无线电传输设备,实时地发送给用户观测站。在流动站上,GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时,通过无线电接收设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理,实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度【2】。
优点
1）测站之间无需通视，测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。
2）定位精度高。在小于50km的基线上其相对定位精度可达12×10-6，而在100km～500km的基线上可达10-6～10-7。
3）观测时间短全天候作业。在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需5min观测时间即可。
4）提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时。可以精确测定观测站的大地高程。
5）操作简便。GPS测量的自动化程度很高卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成【3】。
2.3测深仪的基本原理
测深仪是利用声波反射的信息测量水深的仪器。回声测深仪的工作原理是利用换能器在水中
发出声波，当声波遇到障碍物而反射回换能器时，根据声波往返的时间和所测水域中声波传播的速度，就可以求得障碍物与换能器之间的距离。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距D=Ct/2，式中的C为超声波波速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理【3】。

3、GPS定位用于水下地形测量
3.1工作原理
将GPS流动站的天线与测深仪的换能器安置在同一平面位置,同时布置在一
条小船上,保证RTK的数据与测深仪数据同步传输到PC,作业时流动站根据基准站通过电台发送的改正数实时改正自身的测量值,获得点位的厘米级精度的平面坐标并实时传送到PC,同时数字测深仪获取该平面位置处的水深数据发送到PC,PC根据观测的水面高程计算出该平面位置处水下点的高程坐标,与RTK获得的平面坐标一起组成水下点的三维坐标。然后将数据导入数字成图软件就可以编辑生成需要的水下地形图【4】。
3.2作业方法
水下地形测量的作业系统主要由GPS接收机、数字化测深仪及相关软件等组成。测量作业分三步来进行，即测前的准备、外业的数据采集和数据的后处理。
1）测量前准备工作
收集与所测航道有关的地图,准备必要的工具、绳索、吊具用来绑扎固定测深杆。测量船驾驶员要选择熟悉航道的有丰富经验的船长。另外,要及时观测水尺或与水文站联系以获取测量时水位资料【2】。
2）求解GPS转换参数，架设好基准站，并检验正确性。将测深仪探头固定在船上，并将GPS接收机、测深仪和笔记本电脑连接