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浅谈GPSRTK在水下地形测量中的应用
王磊韩立州
河北建设勘察研究院有限公司
摘要：介绍GPSRTK技术在水下地形测量中的应用，并结合南方测深仪在工程中的应用，通过对RTK技术与测深仪在水下地形测量中影响精度因素的分析，提出了相应的应对措施，从而对质量进行有效控制。
关键词：GPSRTK水下地形测深仪
引言
水下地形测量的目的是求得水底的高程，并根据高程点绘制地形图及断面图，在水域工程中发挥着重要的作用。传统的水深测量工具主要有测深绳或测深杆、单波束回声测深仪、双波束回声测深仪和多波束测深仪。目前在我国大量使用的是单波束回声测深仪，基本原理是利用声波的反射时间来计算该点的水深。而水下地形测量分为两部分测深和定位，主要有全站仪定位和GPSRTK定位。目前在我国大部分的测绘单位所用的是无验潮模式的水下地形图测绘，即GPSRTK+数字化测深仪，它不但满足大比例尺水下地形图的测图要求，而且方便灵活，自动化程度高，精度高。
无验潮模式的水下地形图测绘原理
传统的水下地形测量模式是利用GPS测定待测点的平面位置，利用测深仪测定带测点的深度，根据瞬时潮位资料，最终获得点位的高程。这种模式给测量带来了一定的困难，为了化解这一困难，简化工作流程，提高测量的精度，提出了不用专门测定潮位，而直接利用GPSRTK技术的无验潮模式测量水下地形图的原理。

图一无验潮模式下水下地形测量原理
图中、分别表示测深仪换能器所测水深和换能器的瞬时高程
当参考站与流动站不是很远时（小于20km）不考虑大地水准面的变化，认为各点的高程异常相等，则由换能器瞬时高程可求得海底点的正常高，即
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水下地形测量的应用
工程概况
为满足对大唐吕四港电厂海底隧道的安全施工提供技术支持，特对其隧道上方的海底地形进行了1：500的水下地形测量。通过绘制等深线和纵断面图反映由隧道施工对海底地形的影响，并根据每次测量结果分析隧道上方海底地貌是否塌方，通过相邻两次测得的成果分析塌方行进的方向及塌方程度，并做出安全预警，保障海底隧道的施工安全。采用的仪器设备为南方S86GPS两台（参考站+移动站），南方SDE-28测深仪及相关水深处理软件。
测前准备
测线的设计
以两条海底隧道中心线为基准，向隧道两边各拓展4条测线，两隧道之间内插3条测线，共计13条测线，测线间距为7米，测线长度依工程进度而定。

图二测线布置图
求转换参数
测量时在C5点架设GPS基准站，以C3点校正，并以C4点予以检核，求得坐标转换参数和高程校正参数。然后在测量船上安置测深仪，并测量探头吃水深度，保持基准站不动，将移动站固定至测深仪换能器的上端，使之和换能器的平面位置中心保持垂直并将数据电缆连接至测深仪。
外业数据采集
打开测深软件自由行，新建工程名称，设置坐标系，投影参数，并输入转换参数和高程校正参数，设置连接端口及所对应的波特率；数据以固定解按距离间隔5米采集瞬时水深；设置测深仪的吃水深度，移动站天线高和声速，开始测量并记录数据，到达测区位置按测线进行水深测量。
数据后处理
采集水深取样处理
浏览整个原始数据，点击自动处理，软件会自动平滑有问题的水深数据，由于数据量大仍有部分水深无法处理，需进行人工检查，发现有不正确的点，根据时间查阅测深仪原始波形数据来判断真实水深值，并对其进行纠正。
数据的综合改正输出
选择无验潮站改正，打开水深文件，选择成图格式，进行改正输出。
绘图分析
选择对应的数据文件，在南方CASS成图软件中根据所测高程点绘制等深线图和纵断面图，通过与上一期测量结果对比分析，得出结论。
影响水深测量精度的几种因素及相应对策
在工程实践中采用无验潮方式进行水深测量时，影响测量结果精度的有以下几点：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，这些误差远远大于RTK定位误差，从而成为制约无验潮模式水深测量精度提高的关键因素。
船体的摇摆的精度控制
船体摇摆幅度最大的地方是船头和船尾，船体中间部分相对最小，将换能器（测深仪探头）固定在船体中间，将船体摇摆所引起的误差减小到最小。必要时可以通过船体姿态仪进行修正。
GPS接收机的天线与测深仪换能器的位置
GPS接收机的相位中心与测深仪换能器应固定安装在同一垂线上,并尽量保持垂直.这样GPS相位中心与测深仪换能器的垂直距离则为一个固定值,可有效地解决了由于船体摇摆，负载、风力、航速、水流等影响而造成的吃水深度变化,从而勿需对这些因素进行改正。
采样速率、同步时差引起的测量误差
GPS定位输出的更新频率将直接影响到瞬时采集的精度，现在大多数GPSRTK都可以最高输出率达20HZ，而测深仪的输出速度和设置上因品牌不同差别较大，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校正参数中加以