基于RTK技术的水下地形测量

基于RTK技术的水下地形测量

作者：林钊明 李星佑 练俊雄 梁杰 来源：《中国科技博览》2015年第20期

[摘 要]RTK技术是一项具有定位速度快、精度高、实时化的测量技术，结合当今的数字测深仪和计算机软件，可以更加快速、精确地进行水下地形测量。本文主要介绍了基于RTK技术进行水下地形测量的原理、方法和影响测量精度的关键因素。 [关键词]RTK技术 ； 水下地形测量； 水深测量

中图分类号：P333 .9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0269-01 1. 引言

RTK技术（Real Time Kinematic，实时动态）是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，能够实时提供流动站的三维位置，其精度达到厘米级。并且，RTK技术可以实时地进行检核，避免在数据处理后发现错误重新返工。

随着RTK技术的出现与发展，如今的水下地形测量模式发生了重大变化。水下测量受天气、水况、人为因素等的影响较大，传统的水下测量模式存在较多不足，将平面坐标测量和水深测量分开进行，既加大了工作量，又降低了测量精度和效率。在进行水下地形测量时，应用RTK技术测量得到流动站在指定位置的三维定位结果，再结合回声测深仪就能快速、准确地测定水下位置的坐标和高程。 2. 基本原理

2.1 RTK测量技术原理

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[1]。 目前，RTK测量采用的模式主要有三种：快速静态测量、准动态测量和动态测量。快速静态测量要求接收机在指定位置静止观测，并结合基准站传来的同步数据，实时地解算整周未知数和用户站的三维坐标；准动态测量要求流动的接收机先在某一起始点上静止地进行观测，然后依据快速解算整周未知数的方法进行初始化工作，接下来流动的接收机在每一观测站上静止观测数历元就能解算出流动站的三维坐标；动态测量需要在某一起始点上静止观测数分钟完成初始化工作，然后流动站按预定的时间间隔自动进行观测，并结合基准站传来的同步数据，实时解算流动站的空间位置。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

2.2 RTK水下地形测量原理

将流动站的接收机天线安装在回声测深仪的换能器的正上方，保证测量过程中GPS测量的点和测深仪测量的点在同一竖直方向上。作业过程中，GPS测量得到接收机天线位置的平面坐标和高程，在同一时间，回声测深仪测量得到水深，用GPS测量的高程减去测深仪测得的水深，再减去接收机天线到换能器的距离，得到的高程就是水下点位的高程，而GPS测量的平面坐标就是水下点位的坐标[2]。 3.作业流程

进行水下地形测量，需要GPS信号接收机、测深仪和相关的软件等。 3.1 测量前的准备工作

获取与所测水域有关的地图资料，在实际情况允许下，尽量选择一艘相对较重的船只，减小因船只晃动带来的误差，再准备一些必要的工具、绳索等。同时，根据天气条件选择天气晴朗、无风或微风的时段进行测量。 3.2 施测

在岸边选择受遮挡较少的区域，架设GPS基准站，基准站设置完成后，再设置流动站。然后将测深仪的换能器固定在船上，吃水深度一般控制在30～40cm，并注意不要把换能器安装在发动机等震动较大或容易产生气泡的地方。再把流动站的GPS 接收机天线安置在换能器的正上方，天线和换能器保持在同一铅垂线上，并将GPS 接收机、测深仪和计算机连接好，确定仪器正常运行后安置在船上。

在测区范围内选择水深较浅，水流缓慢的区域，用测深仪测出水深，再用测深杆测量水深，确保两者的测量数据一致。采样点距可根据实际情况设置，采样时，计算机上会显示出船只的示意图像、船只的实时点位和水深数据。如果出现测量点位密度不足或者需要补充测量的情况，就将补测范围的数据导入计算机后，进行导航测量[2]。 3.3 内业处理

在测量完毕后，通过格式转换，将测量得到的数据转换成相应成图软件能够识别的数据，然后由软件成图[3]。 4. 误差来源

基于RTK技术的水下地形测量，由于测量时数据来源有两方面，因此数据的精度也包括了平面坐标的测量精度和高程的测量精度。在正常测量过程中，排除测量出错的情况，测量精度主要受船体的摇摆、采样速率、延迟及RTK 高程的可靠性等的影响。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

控制由船体摇摆产生的误差，可以在选择船只时，根据实际条件尽可能选择船体重量较重的船只，测量过程中，船只的速度宜保持在10km/h内，并且选择天气晴朗、无风或微风的时段测量。在实际测量中，最大限度满足以上条件后，若船体摇摆产生的误差较大，可用电磁式姿态仪进行修正[4]。

采样速率和延迟产生的误差。GPS信号接收机进行点位定位的时刻与测深仪测量水深的时刻存在时间差，接收机和测深仪测量的点不在同一铅垂线上，这项误差可以在延迟校正中加以修正。

RTK高程的可用性一直以来都受到质疑。为了保证测量得到的高程是准确有效的，可以把RTK高程数据从测量数据中提取出来，再由专业软件生成水位曲线。然后依据曲线的圆滑程度判断RTK高程中是否存在跳点，最后借助圆滑修正的方法，将一些出错的点修正[5]。 5.结语

基于RTK技术的水下地形测量与传统的水下地形测量相比，其主要优点有，测量精度高、测量速度快、全天候作业。RTK技术进行水下地形测量已经得到广泛的应用，但是由于GPS信号接收问题，在一些GPS信号遮挡严重的区域进行水下地形测量时，还是需要用到传统的测量方法。随着GPS技术的不断进步，RTK技术进行水下地形测量的限制将会越来越少，其应用前景将更加广阔。 参考文献

[1] 许斌锋，武晓龙，姚焕炯，徐爱霞.GPSRTK技术在水下地形测量中的应用研究[J] . 科技创新导报，2010，（9）：12-13.

[2] 吕继书，万仕平，李玮.GPS结合测深仪水下地形测量原理与应用[J].？天然气与石油.？2010，（02）：62—63.

[3] 黄勤， 石银涛.GPS和测深仪组合系统在水下地形测量中的应用[J]. 山东交通学院学报， 2008，16（3）：64-67.

[4] 李柏，罗相涛，姜莉.RTK配合数字测深仪在水下地形测量中的应用[J].科技信息（学术研究）.2007，（29）：320-321.

[5] 肖国磊，朱伟荣.RTK技术在水下地形测量中的应用初探[J]. 山西建筑，2008，34（7）：349-345.