GPS—RTK配合测深仪进行水下测量原理及步骤

GPS—RTK配合测深仪进行水下测量原理及步骤
本文就RTK测绘技术配合回声测深仪进行水下地形测量的原理、工作方法、注意事项进行介绍。

标签：GPS-RTK 回声测深仪水下测量
随着水利水电工程的大量建设，众多的大型水库、特大型河流、海洋的测量任务越来越多。

传统的河流水下地形测量是在岸边通视条件良好的图根控制点上架设全站仪，用全站仪观测船体的方位，通过计算船体的平面位置，再利用静水水面高程与船体的水深来求得测量点的水下高程。

这种测量方法显然是把平面位置测量和水深测量是分开进行的，测量精度、效率都不能得到很好的保障。

1测深仪种类
测深仪就是测量水深的仪器或装置。

有声学、激光、压力、电磁式测深仪，以及纲缆等机械测深装置，较常用的是回声测深仪，利用声波反射的信息测量水深的仪器。

其中有一类超声波测深儀，所使用的声波频率在2万赫以上回声测深仪的问世，使海深测量技术发生了根本性的变革。

目前已有升沉补偿测深仪、拖曳式测深仪、多波束测深仪等多种不同类型的测深仪器，这些都是由于海洋勘探的需要而发展起来的设备。

人们根据工作深度的不同，设计制造了大小不同的测深仪器。

小型测深仪的工作频率在100千赫兹左右，换能器尺寸较小，可在小艇上使用，用于测量几十米到几百米水深的海洋深度。

而大型测深仪的工作频率为数千赫兹左右，换能器尺寸较大，可测量深达10000米的世界海洋最深处的水深。

此外，还有一种双频测深仪。

所谓双频测深仪就是指能用高、低两种不同频率工作的测深仪器。

这种测深仪适用于测量沉积有稀泥的航道，它能用较低的工作频率探测较硬的真海底，或用较高的工作频率探测稀泥表面。

现在，回声测深仪的显示、记录方式也有多种不同类型。

近代测深仪除用放电或热敏纸记录器记录外，还有数字显示及存储，甚至可以和计算机结合起来而自动绘制海底地形图等多种不同方式。

2工作原理
2.1回声探测设备是最早的一类水下声学仪器，这种设备得到了广泛地应用
所有这样的设备都有一个共同的特点：它们都利用一组发射换能器在水下发射声波，使声波沿海水介质传播，直到碰到目标后再被反射回来，反射回来的声波被接收换能器接收。

然后再由声纳员或计算机处理收到的信号，进而确定目标的参数和类型。

2.2GPS-RTK结合测深仪水下地形测量原理
GPS-RTK系统是由基准站、若干个GPS接收机、无线电发射装置、接收天线、直流电源等组成。

在基准站上安置1台接收机为参考站，对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度（即基准站和流动站坐标差△X、△Y、△H，加上基准坐标得到的每个点的WGS-84坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H）。

GPS-RTK结合回声测深仪是将GPS测量天线直接安装在测深仪换能器的正上方，这样可以保证在测量的过程中，GPS测量的点位与测深仪测量的水下点位在同一条铅垂线上。

在测量过程中，在GPS测定换能器的坐标、高程的同时，测深仪测定了水下点位的水深，将GPS测量的高程减去测深仪测量的水深，得到水下点位的坐标与高程。

则水下点位的高H公式为H=H1-H2（式中：H为水下定位点高程；H1为GPS测得换能器底部高程；H2为换能器以下部分水深）。

其操作流程是：
（1）任务建立，在GPS手簿上建立新任务，坐标系一般用WGS84、北京五四坐标、现在国家提倡CGCS2000坐标。

选定当地子午线，用流动站测量测区的已布置好的控制点，求出GPS的矫正参数。

（2）船上工作，将测深仪固定在船上，将测深仪的换能器牢固的安置在船的旁边，尽量远离船的发动机，以免在发动机附近的震动与开动过程中叶轮产生的气泡对测深仪造成影响，导致数据测量数据不准确或暂时不能测量数据。

换能器尽量安装在船头的位置，放置于水面下30～40cm。

（3）将GPS与测深仪的换能器相连接，并保证GPS接收器和换能器在同一铅垂线上。

（4）在测区范围寻找水流缓慢区域，水深较浅的进行开始测量前的数据比对工作，利用人工测量的水深与测深仪测量的水深数据进行比对，当比对结果一致时，在开始测量。

（5）必要的话，可以在cad图纸上勾画出测量路线，然后将路线图另存为dxf格式，导入GPS手簿中，测量船根据手簿中的测量图导航图测量。

3优点
传统的水下测量模式的缺点其实在本文引言部分已经提到，这里不再重复。

与传统的水下测量模式相比较，GPS结合测深仪测量模式具有以下优点：（1）具有较高的定位精度。

GPS结合测深仪测量模式进行测量时其精度可以达到厘米级，要比传统的水下测量模式高一个级别；（2）具有较高的工作效率。

传统的水下测量是一个人员密集型工作，而GPS结合测深仪测量模式完成整套数据采集工作只需3个人就可以，并且其还能够根据实际需要进行补测；（3）水面变化但是水下地形点高程是不受影响的，其获取可以通过设置直接实现。

而传统的水下测量模式随着水面变化期高程也会变化，这样处理起来比较困难，而且也影响测量精度；（4）GPS结合测深仪测量模式其工作是不受环境和时间限制的，可以实
现全天候的作业。

4注意事项
（1）在数据采集的时刻，要保证船体的不能倾斜，如果船体倾斜，则会对测深仪的水深测量、GPS的定位位置与测深仪测量水下点位位置都产生偏差。

在水流较缓的河流中，可以减慢船只的行使速度，保证船体的水平；对于河流流速较大，则最好采用船体自身质量大的船只，也能很好的保持船只的水平。

（2）测深仪工作前需保证GPS天线到换能器的正确高差。

（3）基准站需架设在空旷无遮挡的地方，保证卫星信号的正常接收。

（4）流动站必须是在固定解的情况下才可以进行测量，测量前必须对GPS 进行校核，保证测量成果的精度。

5结论
由于GPS-RTK技术测量不受时间，天气的影响，如何进行快速精准的水下测量成为我们今后研究的重大课题，尤其是对深水海底的测量，要保证精度，对GPS和测深仪提出了更高的要求，这就要求我们不断的创新不断的进步，对我们测绘人员来说也是一种新的挑战。

参考文献
[1] 刘忠强，杨清臣.GPS RTK配合测深仪在水下地形测量中的应用[J]. 吉林水利. 2010（11）.。