GPS RTK在水下地形测量中影响质量的

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RTK GPS技术在水下地形测量中的应用

RTK GPS技术在水下地形测量中的应用【摘要】本文主要介绍RTK GPS技术进行水下地形测量的基本方法及一些注意事项，在水深测量中使用RTK技术越来越得到成熟而广泛的应用。

【关键词】RTK；GPS；水下地形测量一、引言GPS技术的出现，带来了测量方法的革新，在大地控制测量、精密工程测量及变形监测、海洋测绘等应用中形成了具有很大优势的实用化方案。

尤其是GPS RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度，为工程放样、地形测图、地籍及房地产测量、水下地形测量等带来了新的作业方法，极大地提高了野外作业效率，是GPS应用的里程碑。

特别是利用RTK技术进行水下地形测量，使得水上测量可以采用GPS无验潮方式进行工作（RTK方式）成为可能。

大大减少了测量人员的劳动强度，自动化程度高，省工省时，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程变得更经济。

二、RTK GPS技术的基本原理高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。

如下图1所示，在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。

流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS 观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。

流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。

在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。

三、水下地形测量原理水下测量需要动态GPS测量，这就要进行基准台到移动台数据链的传播；为了实现GPS的相位差分功能，在施工前首先要建立施工平面和施工高程控制----GPS控制网。

GPS RTK在水利工程水下地形测量中的应用

浅谈GPS RTK在水利工程水下地形测量中的应用摘要：本文简单介绍了gps、rtk技术水下地形测量系统的原理及在水下地形测量中的一般步骤程序，并结合中海达测深仪在水利工程中的应用，重点通过对rtk技术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，最大限度地避免重测现象的发生。

摘要：地形测量系统；操作程序；系统特点1 前言我公司主要业务是采用挖泥船进行水利工程中河道工程的疏浚和扩挖，因此，经常要进行河道水下地形测量，以掌握河道疏浚工程质量。

并且工程完工验收，也是需要进行大范围的河道水下地形测量。

水利工程测量较其它工程有许多不同点：（1）水利工程多位于相对偏远的地区，已知控制点少；（2）测量区域一般由分散的水工建筑物或带状河道组成；（3）建筑物测量要求精度高，河道测量精度不高；（4）工作条件复杂，通视条件差，河道测量工作中经常遇到树木遮挡，水上测量困难。

以往的水利工程水下地形测量，主要采用断面索（测绳）或水准仪视距法或经纬仪交会定位，利用测深锤测量水深，该测量方法不仅操作困难、投入人力多、效率低，受气象的影响大，外业测量人员很艰苦，成图时间长，而且精度差。

随着工程测量数字化技术和设备的不断推广应用，近几年，采用超声波测深仪和 gps 全球定位仪组成水下地形测量系统，能十分方便、快捷、高效、精确地进行河道河床水下地形观测。

2 gps rtk水下地形测量系统组成河床水下地形观测主要是测量各观测点的水平位置和相应的水深，并通过水位等数据来推算各测点相应的高程，从而绘制出河床断面图或水下地形图。

以往对断面宽在 100 m 之内的河道，主要通过拉过河断面索法来测量各测点的水平位置，而对于河道较宽，拉过河断面索困难的河道测量，往往采用水准仪视距法或经纬仪交会法。

对水深往往采用测深锤、测深杆、铅鱼等方法测量，然后通过相应的水位计算出各测点的高程。

采用上述方式进行测量，不仅测量困难，工作效率比较低，而且受水流、风浪等因素影响，测量精度也不高。

GPS RTK在水下地形测量中影响质量的因素及应对措施

ＡｂｔａｔＴｅｐｉｃｐｅａｄｔｅｐｏｅｓｏＰｑｉｎｅｗｔｒｔｐｇａｈａｕｎｒｎｒｄｃｄ，ａｄｔｅｉａｒｇａｐｃｓｏｓｒｃ：ｈｒｉｌｎｈｒｃｓｆＧＳＲＫｎｕｄｒａｅｏｏｒｐｙｍｅｓｒｇａｅｉｔｕｅｎｈｎｉｏｍｐｉｎｓｅｔｆｉ
ＩａｒｇＡｐｃｓｏＳＲＫｄｒｔｒｏｏｒｐｙＭｅｓｒｇｍｐｉｎｓｅｔｆＧＰＴｉＵｎｅｗａｅｐｇａｈａｕｉｉｎＴｎ
ＹｏｇｊｎＵＹｎ－ｕ
（ｈｊｎｅｉｓｔｔｏＷａｒｏｓｒｎｙａｄＨｄｏｌｔｃＰｗｒＨｇｏ１０２Ｃｉ）ＺｅａｇＤｓｎＩｔｕｆｔｎｅｖｃｎｙｒｅｒｏｅ，ａｚｕ３００，ｈａｉｇｎｉｅｅＣａｅｃｉｎｈｎ
制，大限度地避免重测现象的发生．最关键词：ＰＴ；下地形测量；度分析：对措施ＧＳＲＫ水精应中图分类号：２９Ｐ２文献标识码：Ｂ文章编号：０８３Ｘ（０７０—０８０１０ —５６２０）４０６—２
等组成，下地形测量作业分３步来进行，：前的水即测
收稿日期：Ｏ７１９２ｏ００作者简介：永军（９９，浙江嵊州人，程师，俞１６一）男，从事水利水电工程测量．
２１测前准备．
首先在整个测区每间隔５０ｌｌ～１ｎ建立一个基准【

RTK与测深技术在水下地形测量中的应用

RTK与测深技术在水下地形测量中的应用作者：林鸿亚来源：《环球市场信息导报》2011年第11期简要介绍了利用GPS-RTK与测深技术测定水下地形的基本原理和工作流程以及影响测量精度的关键因素。

GPS-RTK；测深仪；水下地形测量1.引言GPS技术的出现，带来了测量方法的革新，在大地控制测量、精密工程测量及变形监测等应用中形成了具有很大优势的实用化方案。

尤其是GPS-RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度，为工程放样、地形测图、地籍及房地产测量、水下地形测量等带来了新的作业方法，极大地提高了野外作业效率，是GPS应用的里程碑。

特别是利用RTK与测深技术，组成GPS-RTK和测深仪联合作业系统进行水下地形测量，在实际海洋勘察中取得了显著的效果。

2.信标机的基本原理信标机是可以自动选择信标台的双通道接收机，集无线电信标接受和载波相位接受与一体，定位无需投资基准站设备，即可实现导航与测量，并不受地域限制提供亚米级差分定位精度，但其有自身的不足，不可以实时测定其位置的高程，其高程采用验潮的方法来修正和确定，在实际应用中，验潮的时间间隔长短与数据误差成正比。

验潮的误差源主要有三个方面：目测的误差；测量船在风浪作用下的升降位置⊿h不均匀造成的高程误差；潮位改正，为了正确的表示海底地形，需要将瞬时海面测得的深度，计算至平均海面、深度基准面起算的深度，这一归算过程称为潮汐改正。

在验潮站的作用范围内，瞬时水面的潮汐可通过诸验潮站的潮位观测值内插获得，即潮汐内插。

回归法内插潮汐实质上是将潮汐的瞬间变化看作时间的多项式函数T（t），利用N个观测间隔⊿t的潮位观测值内插出N⊿t时段的潮汐变化曲线，该曲线即反映了该时段潮汐变化的特征。

其解决办法为：多人多次进行观测，取平均值，测量的船的前行速度在一定范围之内并保持匀速，方可减小系统误差和偶然误差。

因信标仪的定位精度不高、验潮的精度差和比较烦琐而显得不足。

GPS-RTK技术出现后取代了信标机位置。

GPS-RTK联合测深仪在水下地形测量中的应用

GPS-RTK联合测深仪在水下地形测量中的应用摘要:水下地形测量具有测量隐蔽、精度控制难度大等特点，因此，对其测量技术的要求较为严格。

本文就介绍了GPS－RTK联合测深仪在水下地形测量中的应用，阐述了利用GPS－RTK与测深技术测定水下地形的基本原理和水下地形测量的基本实施步骤，并通过结合工程实例，对项目实施、数据比较等做了深入研究，为类似工作的应用进行提供参考。

关键词:GPS－RTK；测深仪；应用；原理随着科学技术的发展，GPS－RTK技术已经得到了广泛的应用，虽然这种技术具有测量速度快，精度高等特点，但是这种无验潮模式下的测量方法还无相关规范和技术标准，所以在与测探仪联合应用中，就要注意其工作的实际情况，从而探究出其是否能满足相关规范要求。

本文通过无验潮和传统验潮两种模式下水下地形测量的原理和两种模式下水深测量的数据进行分析，得出该技术在水下地形测量两种测量模式中均能满足相关规范要求。

1 水下地形测量的原理水下地形测量包括两部分:定位和水深测量。

就目前的水下地形测量的主流技术而言，定位采用的是RTK(Real－time kinematic)实时动态差分法，而水深测量采用的是回声测深仪的方法。

这样就可以确定水底点的高程:Gi=H－(D+ΔD) (1)式中:Gi为水底点高程；H为水面高程；D为测量水深；ΔD为换能器的静吃水。

在观测条件比较好的情况下，考虑RTK具备比较高的高程确定精度，同时严格考虑船姿的影响，无验潮模式下的水底点高程可通过下式确定:Gi=H－D－h－Δa (2)式中:Gi为水底点高程；H为GPS相位中心的高程(通过RTK直接确定)；D 为测量水深；h为GPS接收机天线相位中心距换能器面的垂距；Δa为姿态引起的深度改正。

2GPS-RTK联合测深仪水下地形测量的基本作业步骤水下地形测量作业系统主要由GPS接收机、数字化测深仪、数据通信链和便携式计算机及相关软件等组成。

测量作业流程大体分三步来进行，即测前的准备、外业的数据采集和数据的后处理。

浅谈GPS RTK配合测深仪在水下地形测量中的应用

点被应用到许多测绘领域。
４．作业依据：１０１０００．１２ ①《＂０：０：０地形图图式｝Ｂ９９１９；．１０１５２Ｇ￣７２— ９５ ②《工程测量规范｝Ｂ０２－０７ ③《：０１００１００Ｇ５０６２０；１０：０２０地形测量规５１：范（外数字成图）行》 ④ 《球定位系统（Ｐ）４规范｝Ｂｒ野试；全ＧＳ￣量Ｇ／
１３４— ０。８１测量两部分，一般测量采用全站仪定位，测量工作受气象的影响较大，外业测量工作难度大。采用南方灵锐￥６８双频ＧＳＰ接收机配合数字测深仪，困扰水上测量工作的问题便得到解决。
２ＧＰＫ原理．ＳＲＴ
２１ＲＫ的基本原理．ＴＲＫＲａＴｍｉｍｔ）Ｔ（ｅｌｉｅｎａｃＫｅｉ是实时动态载波相位差分。其设备是在两台静态型测量仪器问加上一套无线电数据通讯系统（数据链）将相对，独立的ＧＳ信号接收系统连成一个有机整体。Ｐ２２ＲＫ系统组成和方法．ＴＲＫ系统由一个基准站。Ｔ若干个流动站及通讯系统组成。基准站包括ＧＳ收机，Ｐ天线，线电通讯发射设备，ＧＳＰ接ＧＳ无供Ｐ接收机和无线电通讯设备使用的电源及基准站控制器等部分。一个流动站包括ＧＳ天线，ＰＰＧＳ接收机，电源，线电通讯接收设备及流动站无显示控制器。在ＲＫ作业模式下把需要的数据输入控制手簿，如基准站的坐Ｔ标、高程、坐标系转换参数、准面拟合参数等；水流动站接收机在若干个待测点上设置。基准站与流动站保持同时跟踪至少４颗以上的卫星，基准站不断地对可见卫星进行观测，将接收到的卫星信号通过电台发送给流动站接收机，流动站接收机将采集到的ＧＳ观测数据和基准站发Ｐ送来的信号传输到控制手簿，组成差分观测值，进行实时差分及平差处理，实时得出本站的坐标和高程。哒比ＧＳｆＰ静态、快速静态定位需要事后处理来说，其定位效率大大提高。以ＲＫ技术一出现，所Ｔ其在测量工作中的应用立刻受到作业人员的重视和青睐。

GPS RTK技术在水下地形图测量中的应用分析

精度能够达到四等。ＧＰＳ — ＲＴＫ测量方法。传统的测量方法中，通常使用极坐标法来定位，即在测量地区３３系统作业自动化程度高
ＧＰＳ — ＲＴＫ技术应用于水下地形图的测量，从信号的发生、接受沿岸布置控制点并在待测水域布置设测点，使用测量仪器确定水底处理再到最终地图的形成都是自动化完成的，不仅点的三维坐标。与此同时，对待测水域的水深进行测量，得出不同设到数据的采集、而且人工干预度低，避免了因主观因素造成的测点的水深，再将其转化为高程。定位和水深测量需要同时进行，二测量的精度有保证，同时大大降低了工作人员的劳动强度。者结合才能有效完成水下地形图的测量工作。但是，传统的水下地误差；３．４测量的距离更远形图测量方法受各种自然因素、仪器因素的影响比较大，尤其是被测水域的水位受时间或者距离等的影响较大的情况下，需要对水位相较于传统的测量技术，ＧＰＳ — ＲＴＫ测量作业系统的测量距离取不受其他主观因素的干扰，在被测区域的进行定期的观测，并且将不同时间、不同距离的水位对应关系进行决于基准站的电台功率，测量，操作总体比较复杂。加之，测量过程中还可能受到天气、水流、沿岸设立基准站之后，通常两站的间隔距离通常可以达到数十公地球曲率等自然条件及通讯设备、测站条件等的影响。测量的准确里。
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GPS-RTK技术在水下测量中应用原理及误差研究

GPS-RTK技术在水下测量中应用原理及误差研究摘要：在水利工程中，水下地形测绘工作的顺利开展具有重要的作用，GPS-RTK 技术在该工程中应用，不仅能够使工程的精准度和质量得到显著提升，而且使操作的过程中更加便捷，因此，需要对其在水下测绘中的应用进行详细的研究。

此次研究对丰富水库水下地形图测绘中GPS-RTK应用方面的知识具有理论性意义。

关键词：GPS-RTK技术；水下测量；应用原理；误差研究在野外实时测绘中应用时，会受到一定因素的限制，因此，在野外想要获取厘米级定位结果时，需要将RTK定位测量技术应用其中。

RTK定位技术以载波相位观测为原理，该技术想要得到有效应用，需要使流动站和基准站保持四颗卫星跟踪，之后利用基准站，将已知信息和观测数据一起传送到流动站之中，GPS观测数据和链接数据能够组成差分方程，从而有效保障信息处理的及时性。

一、GPS-RTK技术在水下测量中应用优势RTK 工作优势主要体现在以下几方面：①无须在观测点间进行通视，测量界的难点之一就是观测点间进行通视，但是将 GPS 技术引入其中，可以使该难点得到有效解决，在空间方面，无须进行通视，从而使选点的自由度得到有效保障，但同时需要对其进行必要的注意，为了使 GPS 卫星信号被干扰的现象得到有效避免，要使测量上空的宽阔度得到有效保障；②气候对观测不会产生影响，并且时间较短，当基线处于 20 km 之内，只需5 min 就能完成快速定位；③能够实现三维坐标显示，GPS 测量不仅能够使观测点的平面位置被有效获取，而且能够对观测位置的大地高程进行精准的获取，从而以三维坐标的形式来进行呈现；④操作具有明显的便利性，GPS 测量技术的自动化程度较高，在运行开始之前，相关工作人员需要对相关仪器进行开关、监视等操作，可以将复杂跟踪作业步骤省略。

在进行水上石油平台、跨河/海桥梁、跨河隧道、河道或者海岸整治等工程建设时，需要对水下地形等进行精确测量，从而在确保建筑质量的同时提升建筑后续使用的安全性。

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GPS RTK在水下地形测量中影响质量的
因素及应对措施
俞永军
(浙江省水利水电勘测设计院,浙江杭州310002)
摘要:介绍了GPS、RTK技术水下地形测量的原理及在水下地形测量中的一般步骤,并结合南方测深仪在水利工程中
的应用,重点通过对RTK技术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,最大限度地避免重测现象的发生.
关键词:GPS RTK;水下地形测量;精度分析;应对措施
中图分类号:P229 文献标识码:B 文章编号:1008 - 536X(2007) 0420068202
Impairing Aspects of GPS RTKin Underwater Topography Mea suring
YU Yong2jun
(Zhejiang Design Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power , Hangzhou 310002 , China)
Abstract :The principle and the process of GPS RTKin underwater topography measuring are introduced , and the impairing aspects of
RTK in construction based on the application of depth souder in water conservancy projects is analyzed. Some relative measures are sug2
gested to ensure the quality effectively and to avoid re2measuring to the maximum extent.
Key words :GPS RTK; underwater topography measuring ; accuracy analysis ; relative measures
1 GPS RTK技术水下地形测量的原理
GPS RTK(Real Time Rinematic) 实时动态定位技术
是一项以载波相位观测为基础的实时差分GPS 测量
技术1 ,它是利用2 台或2 台以上的GPS 接收机同时
接收卫星信号,其中1 台安置在已知坐标点以作为基
准站,其它作为流动站,这样基准站的电台连续发射数
据,流动站上连续接收数据,流动站上就可实时计算出
其准确位置,通过计算机中软件获取测深仪的数据,并
自动滤波,形成水下地形原始数据,这种方法测量的平
面位置精度能够达到厘米级,高程精度一般能够达到
小于10 cm ,对于测量水底地貌完全足够.
2 GPS RTK水下地形测量的一般步骤
水下地形测量的作业系统主要由GPS 接收机、数
字化测深仪,数据通信链和便携式计算机及相关软件
等组成,水下地形测量作业分3 步来进行,即:测前的
准备,外业数据采集,数据的后处理形成成果输出.
我单位采用南方数字测深仪,即灵舟SDE228 测深
仪. 它是按工控型产品要求设计的,是新一代全数字化、电脑化产品,具有防尘、防水、抗震功能,是集水深测量、软件图形导航、定位数据、水深数据采集功能一体化的水上测量设备1) .
图1 数字测深仪安装示意图
2. 1 测前准备
首先在整个测区每间隔5～10 km 建立一个基准
站,基准站应选在坚实稳固,有一定的高度,卫星信号好,无线电信号干扰少的地方. 基准站作业后,利用流
动站在测区3 个已知点上联测后,用随机的SKI2PRO
软件计算出测区的WC284 坐标与1954 年北京坐标的
转换参数.
2. 2 外业数据采集
将RTK流动站接收机,灵舟SDE 测深仪,蓄电池
及数据通信电缆等连接后,打开电源,对SDE228 测深
仪需参数设置(见图2) :声速、发射脉宽、抑制脉宽、吃水深度、灵敏度参数及端口. 对水下工程自由行需设置:投影参数、转换参数、中央子午线、仪器及测深仪选择、数据采集方式、天线高等就可以进行水下数据采集.
图2 测深仪参数菜单
选择设置———参数设置,进入到测量参数设置界
面,见图3.
图3 测量参数设置界面
2. 3 数据后处理
数据后处理是指利用相应配套的数据处理软件对
测量数据进行后期处理2 . 数据处理主要是对所采集
的数据进行水深取样分析,剔除GPS 或测深仪的跳变
误差,合并水深数据和GPS 高程数据,形成测图所需
要的三维坐标( X 、Y、H) , 将三维坐标数据导入相应的成图软件(如广州开思CASS 软件) ,自动生成等高(深) 线. 如对南方灵舟SDE228 水上工程自由行数据处理可分2 步来进行. (1) 采集水深取样. 将采集的数据进行修正处理; (2) 综合改正输出,将处理完后的文件
转换成图软件的三维坐标格式.
3 影响水下地形测量精度因素及应对
措施
3. 1 基准站的选择
GPS 定位的数据处理过程是基准站和流动站之间
的单基线处理过程,基准站和流动站的观测数据质量
好坏,无线电的信号传播质量好坏对定位结果的影响
很大,野外工作时,基准站要远离大功率无线电发射
站,变电站、高压线等无线电干扰源,远离大面积水域, 防GPS 信号的多路径效应影响等.
3. 2 基准站坐标精度
由于RTK的工作原理可知,如果基准站的平面和
高程精度较低,流动站得到的三维坐标都带有系统偏
差,因此,基准站坐标和高程需要较高的精度.
3. 3 坐标转换参数精度
求解坐标转换参数至少需要3 个已知点,其精度
不仅与测区内选择的公共点的位置和数量有关,还与
选用的已知公共点的坐标精度有密切关系. 一般的水
利工程中,对已知点的平面和高程精度要达到4 等.
3. 4 测深仪的吃水及比对试验
测深仪的吃水比对是必须要做的,每天测深前,先
量取待测区域的水温,在对测深仪作零位和吃水校正
后,再对水深量化器作声速调整,按常规在工前或工后
用测深锤对测深仪进行水深测结果均应符合要求.
3. 5 GPS 接收机的天线与测深仪换能器的位置
GPS 接收机的天线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 天线与测深
仪换能器的垂直距离则为一个固定值,可有效地解决
了由于负载、航速、航向、水流、风力等影响而造成的测量船吃水变化,而这些综合因素的改正量勿需改正.
3. 6 GPS 采样与测深仪采样频率的同步时差
由于GPS 的采样与测深仪的采样频率不同步,在
作业中采集的数据平面位置和水深可能存在一定的分歧. 当船完全静止时,平面和水深数据才能达到完全的吻合,只要船只在行驶,就会有分歧. 在实际作业中,
(上接第69 页)
除了保持船速的稳定之外,还要选择合适的速度,对水
下测量的要求布设和计算GPS 采样间隔和船速,另外
当卫星个数不够或质量不佳时,应立即停止施测.
3. 7 测深仪采样速度与船速的匹配
GPS 数据采集频率一般设置为1 s ,而测深仪一般
为0. 33 s ,也就是1 s 采集3 个数据. 正是这种周期性
采集方式,特别是测深仪受船速的影响非常大,由于测
深仪是根据超声波到达水底后放射回波来确定水深
的. 如果船速过高,采集的数据表现很大的延时性,也
就是说测得的水深数据和实际平面位置出现较大的差
距. 在工作过程中应该经常检查吃水深浅和电子线,船
速应均速,并且小于8 m·s - 1速度.
4 结语
以上针对水下地形测量的误差来源进行了分析,
从问题的根源进行质量控制,能够及时发现问题,解决
问题,最大限度的避免重测现象的发生. 随着时代的飞
速发展,测绘技术也在飞速前进,现代测量方法大大提
高了生产效率,降低了成本,减轻了劳动强度,其中以
GPS、RTK配合数字化测深仪为代表的水下地形测量
方法,以其简单、快速、高效的特点更是得到了广大测
绘工作者的认可并广泛应用到工程测量中,发挥了不
可估量的作用.
参考文献
1 周丰年,田淳. 利用GPS 在无验潮模式下进行江河水下地形测量J , 测绘通报,2001 (5) :28 - 30.
2 魏二虎,黄劲松. GPS 测量操作与数据处理M. 武汉:武汉大学出版社,2004。