珠江口水域1︰1万水下地形测量及成图的主要技术方法

珠江口水域1︰1万水下地形测量及成图的主要技术方法

摘要：从实际生产实践出发，阐述差分GPS定位技术在水下地形测量中的应用，以及第二代1︰1万地形图成图的主要技术方法。

关键词：珠江口；差分GPS；水下地形测量

一．概述

广东省现有水深5米以内的浅海及滩涂面积共7600多平方公里，其中珠江口1800平方公里。珠江口北面接广州、东莞，东面是深圳、香港，西面频邻番禺、中山、珠海和澳门，是发展沿海经济和开发海洋资源的重要地带。珠江三角洲陆地部分于近几年采用1980年西安坐标系及1985国家高程基准已经进行更新，但对于现势性好、比例尺较大、坐标系一致、内容完善的浅海滩涂地形图仍是几乎空白，所以我队（国家测绘局水下地形测量队）于1998年开始承担广东省国土厅下达的珠江口水域1︰1万滩涂测量任务，至2000年8月，已完成珠江口约1560平方公里的大面积水下地形测量（其中1997年用经纬仪交会测量了240平方公里）。

二. 外业测量工作及主要技术方法

1. 准备工作

1). 硬件选用徕卡GPS 340三台套,两部便携式电脑，日产的PS-10E型测深仪及GPS数字化器，和无锡SDH-13D型测深仪。软件采用南方测绘仪器公司的导航测量软件、成图软件。

2).由于整个过程采用电脑数字化，所以把岸线以及测区范围输入电脑，并且沿用旧海图，把礁石、沉船、蚝场等取点输入电脑。对1︰1万比例尺来说，垂直航道方向，布设100～120米测线是比较合理的，而考虑风向、水流情况，可考虑能表示出航道来布线，点间隔取100米。

3). 测量方式的选用：码差分定位，其原理是在已知点位置设一基准站，通过用GPS仪器接收卫星信号监测GPS的系统误差，并按规定的时间间隔，定时把误差校正量等数据通过电台数据链（RTCM格式）送给移动台，从而对观测值进行改正，消除星历误差，星钟误差，大气层延迟误差等公共误差。1998年、1999年采用35W+2W电台形式建立自己的电台数据链（450MHz～480MHz），通过在珠江口沿岸布设控制点，并设置基准站于控制点上。

由于我国交通部安全监督局“九五”计划分三期在我国沿海地区共建立了同台址的20座RBN/DGPS台站（283.5KHz～325.0KHz）。南海沿海及北部湾包括鹿屿、三灶岛、硇洲岛、抱虎角、三亚、洋浦、防城以及香港的RBN/DGPS台站（下简称信标站），其坐标系统采用WGS-84坐标系。珠江口近邻香港、三灶台站，实际定位中可接收信标站的信号，而无须再设置基准站。

4).测量控制点及水准点的布设：由于测区范围较大，考虑差分信号的接收、施测的方便、潮汐变化情况、岸线修测，以及测量与成图过程中的不同坐标系的转换、精度检验。我们在番禺十八涌，中山横门，珠海唐家湾、香洲、九洲，深圳平洲、福永、赤湾等地布设控制点与验潮站。

2. 测量过程

1). 整个测区1954年北京坐标系与1980西安坐标系之间的坐标差值最大不超过±0.30米，根据珠江口沿岸其它控制点，采用广义平差法拟合转换参数，转换后检查已知坐标，最大不超过±0.10米，所以转换参数完全符合精度要求。

统一采用1954年北京坐标系施测，基准站输入北京坐标的大地经纬度值，采用通用的RTCM CODE CORR格式发送信号；同时在验潮站读取水位。船上按照布设的测线开船，通过PCMCIA串口卡，把GPS差分数据与水深数据存入电脑。在发现有浅点的地方进行加密，碰到有露出的岛、礁、沉船、浮标、灯桩等，应靠近测出范围（有必要时测出露出水面的高度），记录测线号、点号、时间信息。

2). 岸线的修测：由于采用GPS布设的控制点远远不够，采用RTK技术进行加密控制点，用全站仪测量岸线；在低潮的时候同时也测量用船测量不了的浅滩、岛礁，并记录时间，以备内业进行水位改正计算高程。

3). 采用信标进行测量时，其接收的是WGS-84的经纬坐标值，而电脑显示的直角坐标是把WGS-84的经纬坐标值采用高斯正算公式换算的结果。通过在测区选择均匀控制点，观测足够时间，每秒记录一个数据，算得的数学平均值与实际点位坐标差值，便可作为两套坐标转换的依据。至于时间的长短，视信号的稳定、均方差大小等决定，一般来说，1～2个小时可满足精度要求（有必要时应采用不同天的观测值）。

4). 经检验，GPS码差分的定位精度为±0.5米，符合精度要求。

3 . 内业处理

1）. 根据控制点的不同坐标系的关系，把水深文件、定位文件，及其它有关数据，进行转换，统一为1980年西安坐标。注意不同高程基准面的关系，统一归算在1985国家高程基准面上。

2）.在成图软件上，水深采用“取浅不取深”原则，在每条测线断面上按照100米间距进行取点，变化大的地方适当加密，取点于拐点上；输入水位数据，分区进行潮位改正；按照图式要求编辑水深，勾绘等深线；把礁石、岛屿、浮标、沉船等的范围、位置在图上表示出来，要求高程的应比对时间记录，加入潮位改正；岸线、其它地物都表示到图上。最后输出DXF文件。

3). 采用AUTOCAD软件，按照第二代1︰1万地形图的要求，计算四个图廓点的西安坐标，进行分幅，然后对图进行编辑、整饰，最终成为在1980西安坐标系统下的地形图，注意把地貌至于不同的一个层次上。

4）. 图上加注54图廓的方法：由于54系与80系应用椭球参数不一致，只需求出图幅的DX、DY后（采用国家测绘大地测量数据处理中心提供的软件计算），将公里网西移|DY|，南移|DX|即可转换为54图廓线。

图廓点的定义：因为54、80的图廓点并非同一个同名点（即地面上位置不统一），不能直接从54系上一个图廓点，按DX、DY 与80系另一个图廓点相互求得。而应先把图廓点的经纬度值按照54的高斯正算公式计算出（X54，Y54），并展入图内，根据DX、DY，移动点（X54，Y54），移动后的位置即为54图廓点在图上的位置。

三 . 结束语

1）. GPS应用于水下地形测量，由于采用电脑自动接收信号，自动记录、存储、计算数据，和信号传播不需通视等优越性，其测量人数由原来常规的7～8人减少到2～3人，外业测量方便、轻松，内业处理1～2人处理即可。整个工期差不多缩短一半。特别是采用接收信标台方式测量时，外业工作更轻松自由。

2）. 由于GPS配件繁多，而海水含无机盐以及风浪关系，所以对于GPS、电脑及其附件的保养尤为重要。

参考文献：

[1] CH2001-1992全球定位系统（GPS）测量规范[S]。1992。

[2] 许其凤.GPS卫星导航与精密定位[M].北京；解放军出版社。