网络RTK支持下的无验潮水深测量方法及其应用
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三、结束语
本文构建的基于网络 ＲTK 的无验潮水深测量 方法，不受距离和验潮站的影响，无需人工设立水尺 进行水位观测，节约了成本； 可进行全天候作业，不 受昼夜影响，提高了作业效率； 有效地消除了动吃水 及波浪上下等因素影响； 避免了由于潮位观测带来 的水位改正误差，可得到即时水位。
无验潮水位与验潮站水位相比，水位互差波动范 围均在 15 cm 之内，平均值为 6． 6 cm，该差值中包含了 涌浪误差、ＲTK 高程误差、高程转换误差，以及无验潮 系统与验潮站水位系统之间的系统偏差，说明有验潮 和无验潮两种水下地形内业处理结果具有较好的一 致性。因此，本文所构建的基于网络 ＲTK 的无验潮水 深测量方法可在水深测量中推广普及应用。
航行基准面水位每半小时数据为： 4． 74、4． 70、 4． 77、4． 68、4． 66 m。 测 试 时 间 为 上 午 9： 29： 39— 10： 35： 41，采样率为 2 s，一共 1981 个历元。将水位 数据根据时间内插，结果如图 2 所示。
图 4 网络 ＲTK 无验潮水位
从图 4 可以看出，无验潮水位波动在 20 cm 之 内。其值中包 含 了 涌 浪 及 潮 汐 对 水 位 的 影 响，可 见 无验潮水深测量能克服涌浪及潮汐对高精度水深测 量的影响。
高，可在外业观测前测得。因此只要已知 ζ 值，则可
实时获得水下地形点的理论基准面下的深度 H。
图 1 水深测量高程示意图
二、精度测试
1． 试验方案
为检验本文中网络 ＲTK 无验潮水深测量方法的 精度，于 2014 年 9 月在江面上进行了精度测试试验。
测试仪器： 天宝 Ｒ8 接收机，HD-310 测深仪。 测试内容： 在外业采集数据时记录网络 ＲTK 定 位水深数据（ 平面定位数据、水深数据、WGS-84 高程 数据） ，分别采用有验潮水位改正和无验潮的方式来 处理水深数 据，进 而 比 较 本 文 构 建 的 无 验 潮 水 深 测 量方法的精度。 测试目的： 以无验潮的方式来反算水位数据，与 验潮站播发的实时水位数据比较分析； 分别采用有验 潮和无验潮两种处理数据方式得到水底高程数据，比
摘要： 现有水深测量设备已具有很高的精度，但船只动态吃水、涌浪、潮位等因素影响垂直方向的精度，制约了水深测量精度的提
高。本文提出了一种基于网络 ＲTK 的无验潮水深测量方法，通过对网络 ＲTK 定位结果进行高程异常修正，无需水位数据直接得 到水底高程。通过江面试验与传统有验潮作业模式进行水位对比，结果表明，本文提出的方法有效消除了船只动态吃水及涌浪等 因素对测深结果的影响，显著提高了水深测量精度，具有工程普及应用价值。
测点海底高程 = 1985 年国家高程基准潮位 － 水深（ 测深仪测量）
无验潮方式无需水位数据，采用自编软件，首先 得到区域内 高 程 异 常 改 正 模 型，再 结 合 原 理 对 实 测 数据进行高 程 异 常 改 正 及 航 基 面 基 准 转 换，得 到 水 底高程或反推出水位信息。
3． 精度分析
140
测绘通报
2016 年 第 12 期
天宝测绘解决方案专栏
网络 ＲTK 支持下的无验潮水深测量方法及其应用
张国利1 ，时小飞2，3 ，杨开伟2，3 ，崔 磊4
（ 1． 92941 部队，辽宁 葫芦岛 125000； 2． 中国电子科技集团公司第 54 研究所，河北 石家庄 050081； 3． 卫星导航系统与装备技术国家重点实验室，河北 石家庄 050081； 4． 北京市测绘设计 研究院，北京 100038）
2016 年 第 12 期
张国利，等： 网络 ＲTK 支持下的无验潮水深测量方法及其应用
141
较它们的差异以评定本文中无验潮系统的精度。
2． 数据处理
有验潮方式需要已知水位站的水位数据（ 水位 高程基准为最终成图结果的高程基准） ，因此首先获 取测区上下游水位站实时播发的水位数据（ 采样率 可为 15 min、30 min、1 h） ，然后根据位置和时间来内 插水位数据，进行水位改正后再进行格式转换，转换 成南方 CASS5． 0 格式文件并进行内业成图，即为普 通的有验潮处理方式。具体计算公式为
泥面相对于参考椭球面的高程为
H泥 = H大地高 － L － H吃水 － H水深
（ 1）
泥面相对于理论深度基准面的高程为
H = H理 － H泥 = H理 － （ H大地高 － L － H吃水 － H水深 ） =
（ H理 － H大地高 ） + L + H吃水 + H水深
（ 2）
若将式（ 2） 中的理论深度基准面当作似大地水
关键词： 网络 ＲTK； 无验潮； 高程异常； 水深测量
在海面上进行水深测量受到波浪、潮汐的影响， 原始 水 深 数 据 需 要 经 过 换 能 器 吃 水、声 速、涌 浪、水 位等归算改正才能得到相对于某一固定基面的图载 水深（ 理论深度基准面） 。无论是单波束还是多波束 等测深方式，使用传统有验潮测量方式，水深测量的 最终 精 度 受 换 能 器 动 态 吃 水、实 测 水 深、涌 浪、潮 位 等因素影响垂直方向的精度。这几项误差严重制约 了水深测量精度的提高。
一、无验潮水深测量原理
网络 ＲTK 技术可实时得到厘米级的 GPS 天线
的三维坐标，但高程数据为 WGS-84 大地高，而在深
水航道治理工程中采用吴淞高程系统。如果能够将
WGS-84 大地高程转换成吴淞高程系统正常高，则可
直接确定泥面的标高而无需验潮数据，即为 ＲTK 无
验潮水深测量，具体原理如图 1 所示。
随着水下测 量 定 位 技 术 的 发 展，近 年 来 提 出 了 无验潮水深测量方式。无验潮无需人工设立水尺进 行水位观测，节约成本； 可进行全天候作业，不受昼 夜影响，提高作业效率； 有效地消除了动吃水及波浪 上下等因素影响； 避免了由于潮位观测带来的水位 改正误差，可得到即时水位。
网络 ＲTK 可为区域范围内提供 24 h 全天候高 精度定位服务，但网络 ＲTK 测量方式测出的高程是 WGS-84 大地高，在无验潮水深测量中需要的高度基 准是 1985 国家高程基准正常高，因此需要进行高程 转换。目前小区域范围内使用的都是七参数转换来 进行坐标系统与高程系统的精确转换。高程基准转 换问题限制 了 无 验 潮 测 深 技 术 的 广 泛 大 力 应 用，因 此需要结合区域似大地水准面精化来开展无验潮测 深技术。
图 3 网络 ＲTK 江面 WGS-84 高程 将采集 到 的 无 验 潮 数 据 按 照 本 文 方 法 进 行 处 理，得到无 验 潮 基 于 航 行 基 准 面 的 水 位。 具 体 结 果 如图 4 所示。
网络 ＲTK 水位与水位站水位互差波动在 15 cm 之内，平均值为 6． 6 cm，该差值中包含了涌浪误差、网 络 ＲTK 高程误差及高程转换误差。可见无验潮水深 测量方法可以有效消除水深测量中船舶的涌浪误差。
将水位站水位数据与网络 ＲTK 无验潮水位数据 根据时间匹配作差，得到水位差值，如图 5 所示。
图 5 水位差值
图 2 水位站水位内插数据 由于 江 面 上 船 只 较 多 且 波 浪 较 大，因 此 江 面 WGS-84 高程的抖动比较剧烈，且由于江面上通信信 号不佳，出现网络 ＲTK 无法固定的情况。其中网络 ＲTK 固定历元数为 1596 个，固定率为 80． 6% ，江面 高程的中误差为 3． 75 cm，可见江面水浪波动较大， 具体如图 3 所示。
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（ 本专栏由天宝测量部和本刊编辑部共同主办）
准面，H理 就 是 似 大 地 水 准 面 与 椭 球 面 之 间 的 高 程 差，即高程异常值 ζ，因此式பைடு நூலகம் 2） 可写为
H = L + H吃水 + H水深 － H大地高 + ζ
（ 3）
式中，H水深 可通过测深仪测得； H大地高 可通过 ＲTK 接收
机测得； H吃水 为换能器动吃水； L 为 GPS 天线到水面的
本文构建的基于网络 ＲTK 的无验潮水深测量 方法，不受距离和验潮站的影响，无需人工设立水尺 进行水位观测，节约了成本； 可进行全天候作业，不 受昼夜影响，提高了作业效率； 有效地消除了动吃水 及波浪上下等因素影响； 避免了由于潮位观测带来 的水位改正误差，可得到即时水位。
无验潮水位与验潮站水位相比，水位互差波动范 围均在 15 cm 之内，平均值为 6． 6 cm，该差值中包含了 涌浪误差、ＲTK 高程误差、高程转换误差，以及无验潮 系统与验潮站水位系统之间的系统偏差，说明有验潮 和无验潮两种水下地形内业处理结果具有较好的一 致性。因此，本文所构建的基于网络 ＲTK 的无验潮水 深测量方法可在水深测量中推广普及应用。
航行基准面水位每半小时数据为： 4． 74、4． 70、 4． 77、4． 68、4． 66 m。 测 试 时 间 为 上 午 9： 29： 39— 10： 35： 41，采样率为 2 s，一共 1981 个历元。将水位 数据根据时间内插，结果如图 2 所示。
图 4 网络 ＲTK 无验潮水位
从图 4 可以看出，无验潮水位波动在 20 cm 之 内。其值中包 含 了 涌 浪 及 潮 汐 对 水 位 的 影 响，可 见 无验潮水深测量能克服涌浪及潮汐对高精度水深测 量的影响。
高，可在外业观测前测得。因此只要已知 ζ 值，则可
实时获得水下地形点的理论基准面下的深度 H。
图 1 水深测量高程示意图
二、精度测试
1． 试验方案
为检验本文中网络 ＲTK 无验潮水深测量方法的 精度，于 2014 年 9 月在江面上进行了精度测试试验。
测试仪器： 天宝 Ｒ8 接收机，HD-310 测深仪。 测试内容： 在外业采集数据时记录网络 ＲTK 定 位水深数据（ 平面定位数据、水深数据、WGS-84 高程 数据） ，分别采用有验潮水位改正和无验潮的方式来 处理水深数 据，进 而 比 较 本 文 构 建 的 无 验 潮 水 深 测 量方法的精度。 测试目的： 以无验潮的方式来反算水位数据，与 验潮站播发的实时水位数据比较分析； 分别采用有验 潮和无验潮两种处理数据方式得到水底高程数据，比
摘要： 现有水深测量设备已具有很高的精度，但船只动态吃水、涌浪、潮位等因素影响垂直方向的精度，制约了水深测量精度的提
高。本文提出了一种基于网络 ＲTK 的无验潮水深测量方法，通过对网络 ＲTK 定位结果进行高程异常修正，无需水位数据直接得 到水底高程。通过江面试验与传统有验潮作业模式进行水位对比，结果表明，本文提出的方法有效消除了船只动态吃水及涌浪等 因素对测深结果的影响，显著提高了水深测量精度，具有工程普及应用价值。
测点海底高程 = 1985 年国家高程基准潮位 － 水深（ 测深仪测量）
无验潮方式无需水位数据，采用自编软件，首先 得到区域内 高 程 异 常 改 正 模 型，再 结 合 原 理 对 实 测 数据进行高 程 异 常 改 正 及 航 基 面 基 准 转 换，得 到 水 底高程或反推出水位信息。
3． 精度分析
140
测绘通报
2016 年 第 12 期
天宝测绘解决方案专栏
网络 ＲTK 支持下的无验潮水深测量方法及其应用
张国利1 ，时小飞2，3 ，杨开伟2，3 ，崔 磊4
（ 1． 92941 部队，辽宁 葫芦岛 125000； 2． 中国电子科技集团公司第 54 研究所，河北 石家庄 050081； 3． 卫星导航系统与装备技术国家重点实验室，河北 石家庄 050081； 4． 北京市测绘设计 研究院，北京 100038）
2016 年 第 12 期
张国利，等： 网络 ＲTK 支持下的无验潮水深测量方法及其应用
141
较它们的差异以评定本文中无验潮系统的精度。
2． 数据处理
有验潮方式需要已知水位站的水位数据（ 水位 高程基准为最终成图结果的高程基准） ，因此首先获 取测区上下游水位站实时播发的水位数据（ 采样率 可为 15 min、30 min、1 h） ，然后根据位置和时间来内 插水位数据，进行水位改正后再进行格式转换，转换 成南方 CASS5． 0 格式文件并进行内业成图，即为普 通的有验潮处理方式。具体计算公式为
泥面相对于参考椭球面的高程为
H泥 = H大地高 － L － H吃水 － H水深
（ 1）
泥面相对于理论深度基准面的高程为
H = H理 － H泥 = H理 － （ H大地高 － L － H吃水 － H水深 ） =
（ H理 － H大地高 ） + L + H吃水 + H水深
（ 2）
若将式（ 2） 中的理论深度基准面当作似大地水
关键词： 网络 ＲTK； 无验潮； 高程异常； 水深测量
在海面上进行水深测量受到波浪、潮汐的影响， 原始 水 深 数 据 需 要 经 过 换 能 器 吃 水、声 速、涌 浪、水 位等归算改正才能得到相对于某一固定基面的图载 水深（ 理论深度基准面） 。无论是单波束还是多波束 等测深方式，使用传统有验潮测量方式，水深测量的 最终 精 度 受 换 能 器 动 态 吃 水、实 测 水 深、涌 浪、潮 位 等因素影响垂直方向的精度。这几项误差严重制约 了水深测量精度的提高。
一、无验潮水深测量原理
网络 ＲTK 技术可实时得到厘米级的 GPS 天线
的三维坐标，但高程数据为 WGS-84 大地高，而在深
水航道治理工程中采用吴淞高程系统。如果能够将
WGS-84 大地高程转换成吴淞高程系统正常高，则可
直接确定泥面的标高而无需验潮数据，即为 ＲTK 无
验潮水深测量，具体原理如图 1 所示。
随着水下测 量 定 位 技 术 的 发 展，近 年 来 提 出 了 无验潮水深测量方式。无验潮无需人工设立水尺进 行水位观测，节约成本； 可进行全天候作业，不受昼 夜影响，提高作业效率； 有效地消除了动吃水及波浪 上下等因素影响； 避免了由于潮位观测带来的水位 改正误差，可得到即时水位。
网络 ＲTK 可为区域范围内提供 24 h 全天候高 精度定位服务，但网络 ＲTK 测量方式测出的高程是 WGS-84 大地高，在无验潮水深测量中需要的高度基 准是 1985 国家高程基准正常高，因此需要进行高程 转换。目前小区域范围内使用的都是七参数转换来 进行坐标系统与高程系统的精确转换。高程基准转 换问题限制 了 无 验 潮 测 深 技 术 的 广 泛 大 力 应 用，因 此需要结合区域似大地水准面精化来开展无验潮测 深技术。
图 3 网络 ＲTK 江面 WGS-84 高程 将采集 到 的 无 验 潮 数 据 按 照 本 文 方 法 进 行 处 理，得到无 验 潮 基 于 航 行 基 准 面 的 水 位。 具 体 结 果 如图 4 所示。
网络 ＲTK 水位与水位站水位互差波动在 15 cm 之内，平均值为 6． 6 cm，该差值中包含了涌浪误差、网 络 ＲTK 高程误差及高程转换误差。可见无验潮水深 测量方法可以有效消除水深测量中船舶的涌浪误差。
将水位站水位数据与网络 ＲTK 无验潮水位数据 根据时间匹配作差，得到水位差值，如图 5 所示。
图 5 水位差值
图 2 水位站水位内插数据 由于 江 面 上 船 只 较 多 且 波 浪 较 大，因 此 江 面 WGS-84 高程的抖动比较剧烈，且由于江面上通信信 号不佳，出现网络 ＲTK 无法固定的情况。其中网络 ＲTK 固定历元数为 1596 个，固定率为 80． 6% ，江面 高程的中误差为 3． 75 cm，可见江面水浪波动较大， 具体如图 3 所示。
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准面，H理 就 是 似 大 地 水 准 面 与 椭 球 面 之 间 的 高 程 差，即高程异常值 ζ，因此式பைடு நூலகம் 2） 可写为
H = L + H吃水 + H水深 － H大地高 + ζ
（ 3）
式中，H水深 可通过测深仪测得； H大地高 可通过 ＲTK 接收
机测得； H吃水 为换能器动吃水； L 为 GPS 天线到水面的