海洋测深工作中无验潮测深技术及其影响因素研究
无验潮模式下的GPS水下地形测量的应用[]
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无验潮模式下的GPS水下地形测量的应用[]摘要：本文介绍了无验潮模式下GPS水下地形测量的工作原理，着重分析了船体姿态对测量精度影响，归纳总结了该模式下水下地形测量的工作流程和提高测量精度的相关措施，同时结合工程实例验证了无验潮模式下的GPS水下地形测量符合绘制大比例尺地形图的精度要求。
关键词：无验潮模式；GPS；水下地形测量；精度分析1 引言传统的水下地形测量为了获得每一时刻的潮位，需设立验潮站以进行验潮观测，将观测的潮位资料进行内插，以作为水下地形点高程的起算面。
此方法工作量大，并且当测区超出验潮站的有效作用范围时将难以获得水下地形高程数据。
随着OTF技术的日益成熟, 整周模糊度可以在很短的时间内被精确确定, 从而保证了GPS载波相位实时差分技术（RTK）能够在动态环境下获得厘米级的水平定位精度和高程定位精度[1]。
这使得在无验潮模式下采用GPS-RTK进行水下地形测量成为可能。
本文通过不同水域的工程实例论证采用GPS-RTK作业方式的可行性与可靠性，并且详细叙述了水下地形测量的作业步骤。
2 无验潮模式的水下地形测量原理与方法2.1 工作原理在无验潮模式下，在已知点上架设基准站，同时将GPS流动站架设于换能器正上方，利用GPS差分测量精确获取流动站相对基准站的相对高差，并通过该相对高差反求流动站的GPS相位中心的高程，利用测量所得的GPS高程以及测深数据，从而求出水底地面高程[2]。
测量原理如图1所示，图1中，已知点的正常高为，基准站天线高，流动站天线高（GPS天线相位中心到换能器的垂距），测深数据为，基准站GPS天线处的大地高和正常高分别为，，流动站GPS天线处的大地高和正常高分别为，，高程异常为。
由图1可知，基准站、流动站天线相位中心的正常高为：(2)式中为换能器相对于高程基准面的瞬时高程。
当基准站与流动站之间的距离不是很远(30KM以内) 时，则下式成立(3)顾及式(1)、(2)，则为(4)故水底地面的高程为(5)上述测量方法摒弃了传统的潮位观测，实施操作起来简单、快捷，大大提高了工作效率。
高精度水深测量的误差影响因素及控制措施
高精度水深测量的误差影响因素及控制措施摘要：水深测量是水下地形测量的重要组成部分，目前主要采用单波束测深系统、多波束测深系统和机载激光全覆盖测深技术。
单波束一次测量只能获取一个测深点，适用于中小比例尺或小区域大比例尺水下地形测量；多波束一次测量可在航行正交扇面内获得几百个测点，实现了对海底全覆盖扫测。
关键词：高精度；水深测量；影响因素；控制措施；引言水下地形测量相对于陆地测量方法,测量难度更大,其工作主要是对海底点、水库、港湾、江河、湖泊等水底进行高程和平面位置的施测,最后绘制水下地形图。
对于拦江合拢后形成的大型人工河谷水库,进行水下障碍物的测量时,选用条带式扫测系统多波束与侧扫声呐是较为有效且常用的探测方式。
1影响水深测量精度的因素1)水深测量误差。
通过测深原理可知，在水深测量作业中，对测深数据有影响的是声速和船只吃水。
测量船只通过螺旋桨转动推进，过程中势必会造成吃水变化，动吃水是系统误差和随机误差的组合。
2)测深延时效应是定位时刻与测深时刻不一致所引起的误差，后果是造成水深等深线呈锯齿状走势。
在水深测量作业中需要确定深度基准面，水位观测的精度直接影响深度基准面的确定，必须进行水位改正将水深测量的实际值转换为相对于理论深度基准面数据。
3)波浪效应对水深测量的影响。
波浪效应指测量船只受风、浪影响，引起固定在船上的换能器及全球导航卫星系统(global navigation satellite system，GNSS)接收天线随船一起横纵摇动、上下浮动，不能使换能器法线始终垂直水面，进而影响水深测量点的平面位置和深度测量精确度。
4）换能器的姿态变化。
船舶横向摇摆引起换能器的姿态变化，使发射波束相对船只向左或向右倾斜，与垂直方向偏离产生误差。
2高精度水深测量2.1多波束扫测系统多波束探测系统因其高精度、方便快捷等优点在水下测深中得到广泛应用。
多波束探测系统设备结构单元包含测深设备、定位设备、罗经及运动传感器、声速剖面仪和辅助设备5个单元。
GPS RTK无验潮测深在水下地形测量中应用
GPS RTK无验潮测深在水下地形测量中的应用摘要：gps rtk无验潮测深在水下地形测量中的应用，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。
本文首先阐述了gps rtk 技术水下地形测量的原理，其次，分析了rtk无验潮水深测量时的注意事项。
同时，以一应用实例为例，对其进行深入的探讨，具有一定的参考价值。
关键词：gps rtk；无验潮测深；水下地形测量1．前言无验潮水下地形测量是利用gps rtk技术结合数字测深仪测量水深的一种方法。
该方法可按距离或时间间隔，自动采集rtk确定的三维位置及水深数据，只要将gps天线高量至水面，对测深仪进行吃水深度改正，便可高精度、实时、高效地测定水下地形点的三维坐标。
不用进行验潮改正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。
2．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,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台安置在一个固定的地方以作为基准站,其它作为流动站,这样基准站的电台连续发射差分数据,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。
3．rtk无验潮水深测量时的注意事项rtk无验潮测深技术虽已逐步被使用，但是要想得到精确的水深测量图成果，需要考虑诸多因素的影响，只有有效控制每一项影响精度的因素，最终的成果质量才能得到保障。
在使用rtk进行无验潮水深测量时有以下几点注意事项：（1）内河进行无验潮水深测量时应沿河道在已知控制网点上进行比测。
水深测量误差来源及分析
水深测量误差来源及分析水深测量误差来源及分析摘要随着社会的发展，陆地不可再生资源的减少，围海造地、港口开发、水下资源探测开发等工程建设项目层出不穷，基于此的水深测量项目也越来越多，对水深测量速度，精度等方面要求也越来越高。
水下测量系统已愈来愈被广泛采用。
相应的测量误差也不可避免，本文简述了现代海洋水深测量的基本特点及误差产生原因，并对提高测量精度提出了一些建议。
关键词：水深测量、误差、精度分析中图分类号： P716+.11 文献标识码： A 文章编号：1 水深测量系统组成及基本原理1.1 系统组成水深测量系统由基站和测船移动站、测深仪、计算机和内业处理系统构成，基站和移动站由GPS接收天线、电台天线、主机、数据传输组成：测深仪由换能器、主机和数据传输部分组成。
1.2 测深原理图2-1测深系统基本原理如图2-1，常规测深法是利用水准测量方法，计算水面与深度基准面之间的关系，用回声定位法测出水面到泥面距离，计算出泥面高程。
无验潮测深法是利用GPS接收天线中心获得测点的位置和基准面的关系，与常规测深法相同，量取GPS接收天线中心到测深仪换能器距离以及测深仪换能器测得与泥面的距离，得出泥面高程。
测深仪换能器连续的向水下发射声波，利用回声定位的原理测得声波在水下传播的时间，从而得到相应位置水深值，经过测量软件处理，可得到水下地形特征点高程。
水下地形测量包括定位和水深测量。
就目前水下地形测量主流技术而言,定位采用的是GPS定位模式，而水深测量采用的是回声测深仪。
这样就可以确定测点的高程：式中，为水底高程，为水面高程，为测量水深，为换能器的静吃水。
2 水深测量流程3 误差分析现代海洋测量误差来自多个方面，主要包括测深误差、定位误差、潮位改正误差、测量环境误差。
3.1测深误差，根据回声测深仪工作原理，水面至水底的深度是通过声波传递时间计算得出。
其数学公式为：H=Cm*Δt/2式中Cm为平均声速，Δt 为发射与接收信号时间差。
GPS—RTK无验潮测深技术在内河水深测量中的应用
GPS—RTK无验潮测深技术在内河水深测量中的应用本文将对GPS-RTK无验潮测深技术的工作原理及其在水深测量中的应用优势进行阐述，并结合案例进行探讨；对影响测量精度的因素进行分析并提出相应的解决对策。
标签：GPS-RTK无验潮测深技术内河水深测量0引言近年来，随着GPS技术在测绘中的应用，GPS-RTK无验潮测深技术在内河水深测量中已被逐渐的应用起来。
传统内河水深测量一般采取交会定位，受到时空等诸多限制，而GPS技术不受时空等限制实现全天数据采集。
在内河水深测量中适宜的工况下应用GPS-RTK无验潮测深技术，大幅提高了作业效率，实现了操作自动化，提升了测量精度，有效降低了测量人员的工作强度。
1内河水深测量的相关概述1.1 GPS-RTK的工作原理GPS通过精准的定位，把实时性的载波进行相位差分并获得实时动态。
基准站需要观测记录GPS数据，并将坐标数据传输至流动站；流动站同步跟踪观测GPS数据，并把收到的基准站数据输入系统进行分析和处理。
对采集和接收的数据进行实时载波相位差分处理，最后计算出精准的定位信息。
差分处理法是RTK 技术中最为主要的数据处理方法。
1.2 GPS-RTK无验潮测深技术无验潮测深技术包括GPS RTK定位系统和测深系统，定位系统负责采集天线相位中心的当前平面坐标，并根据天线相位中心的高程推算换能器底部的高程；数字化测深仪负责测量换能器底部至河床的水深，通过简单的数学运算即可算出河床底部测量点的平面坐标及高程。
便携式计算机用于设置测深、定位设备进行同步观测记录，内业通过改正形成水下地形图。
2GPS-RTK无验潮测深技术在内河水深测量中的优势GPS-RTK无验潮测深技术大大提高了作业效率和测量精度，实现了厘米级的精度。
无验潮测深技术也不用再进行验潮站的水位记录，对潮位起伏大的水域其测量精度和准度更高。
3某内河水深测量分析3.1测区情况某地区为保护居民和行船的安全拟建一座防波提。
无验潮下多波束测深在跨海工程测量中的应用
3． 2 测量成果评价
外业扫测成果质量，以检查线与主测线重复测量
精度评价。利用检查测线与测线的全部三维数据，通 过 Hypack 软件计算，得出检查测线测量成果与测线测 量成果的平均偏差为 0． 19 m，标准偏差为 ± 0． 59 m。 其中 83． 30% 的计算点在精度要求以内，基本上呈正 态分布。
水下地形测量采用 GPS ＲTK 测量技术。数据通
讯使用直通式数传电台，参考台架设越高，数传电台作 用距离越大。此次测量采用分段式作业模式，在海南 岸和徐闻岸分别架设参考台。多波束测深的平面定位 和水面高程数据及水位来源于参考台，并在徐闻放坡 和海南玉苞建立了两个潮位自记站，用于对 GPS ＲTK 测量的水面高程及水位进行检验。图 1 为测区范围及 潮位站分布示意，图中白线内区域为测量区域。
2． 2 多波束测深系统安装
多波束测深系统安装与率定是测量中最重要的环 节［2］，首先应 确 定 探 头 在 水 中 的 姿 态，其 中 探 头 在 水 中的横向摆动角度 Ｒ、纵向摆动角度 P、声波延时 D、探 头与测船中心线的夹角 Y 4 个参数必须求准。若测不 准，则往返测量的水下地面数据就重叠不准，所以每次 测量前或探头的姿态发生变化后都必须对多波束测量 系统进行率定与校核。由于测区海况复杂，又处于琼 州海峡主要渔场区，密布的渔网严重影响了测量实施， 多次使测量仪器受损。在测量时多波束水下探头多次 被渔网拉弯或触礁，被迫中断测量，重新安装多波束系 统并重新率定。
摘要： 为了对琼州海峡ຫໍສະໝຸດ 海通道中线桥梁与隧道、西线桥梁主体工程方案进行深入的研究、比选和论证，提出
推荐意见，需要进行琼州海峡( 西线) 水下地形测量。由于海峡中间不可能设潮位站和当前测量技术较难达
水深测量误差分析与改正方法探析
水深测量误差分析与改正方法探析1影响测量精度的因素1.1潮汐因素在水深测量中，当所测的水深值订正至规定的深度基准面时，不同时间段所测量的同一测线，检查水深记录并无操作不当等原因，但其水深却存有系统的差异现象，通常情况下，这种误差便是潮汐因素造成的。
水位观测是为了保证将所测的水深订正至规定的深度基准面。
水位观测是通过永久性验潮站或临时验潮站来完成的。
一般情况下，在海洋近岸工程所做的大比例尺水深地形测量工作，此海区的潮汐性质已经确定。
但是，如果水深测量的工作区不处在验潮站的有效服务区范围内，就不能保证在同一时间在工作区和验潮站所测得的水位涨落基本相同和达到规定的水深测量要求的精度。
为此，《海洋工程地形测量规范》中规定，验潮站布设的密度应能控制全测区的潮汐变化。
相邻验潮站之间的距离应满足最大潮高差小于等于0.4m，最大潮时差不大于1h，且潮汐性质应基本相同。
在常规的水深测量过程中，该规定是实施验潮应满足的基本条件。
但是沿岸港湾频繁出现假潮现象，这会给水深地形测量中的水位改正带来困难，使交叉点水深不符值超限。
测量工作期间出现假潮，局部潮位发生变化，这一海洋现象极易使测深工作受到影响。
如1987年的国家重点项目——神木煤外运深水港选址过程中，曾因测量时间段的不同而同点水深竟差0.5m以上，造成测量工作再次返工。
为了避免这一海洋现象对水深地形测量水位改正的影响，测区内应安放水位计与测区外验潮站同步验潮，或根据工作区的情况，在条件许可的情况下临时验潮站设于工作区近岸。
1.2气象因素航行中的船只因受风向、风速的影响，其船行姿態随时发生变化。
水深测量时，船只航行是按照预先设计好的测线工作的，当风力垂直测线吹来，船只受风面极易造成侧向不同程度的倾斜。
安装在船舷的测深仪换能器因船只不同程度的倾斜造成了换能器吃水的深度不断变化，引起水深测量数据的差异。
这种水深测量数据的差异具有规律性，往往造成图载水深随测线航向往返而变化，船只往测数据偏深而返测数据偏浅，或反之。
无验潮水深测量原理
无验潮水深测量原理
无验潮水深测量的原理是利用RTK（实时动态差分定位）技术测得的GPS天线精确的三维坐标确定定位点的平面位置，同时结合由测深仪同步测得的水底点水深值，换算出同一平面位置上定位点的水下高程或水深值。
具体来说，无验潮水深测量首先通过RTK技术实时得到厘米级的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通常采用吴淞高程系统。
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。
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。
其中，H大地高可通过RTK接收机测得；L为GPS天线到水面的高，可在外业观测前测得；H吃水为换能器动吃水；H水深可通过测深仪测得。
通过以上公式和测量数据，可以实时获得水下地形点的理论基准面下的深度H。
以上信息仅供参考，建议咨询专业的测量人员获取更准确的信息。
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海洋测深工作中无验潮测深技术及其影响因素研究
发表时间：2019-08-26T11:21:58.173Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年10期作者：张玉伟
[导读] 本文介绍了水深测量的基本原理和非试验测潮技术，以及影响水深测量精度的误差分析。
通过GPS-RTK无潮测深技术的工程应用，验证了该方法的可靠性和通用性。
福建永福电力设计股份有限公司福建省 350108
摘要：从海洋测绘的工作特点来看，定位和测深是海洋测绘的两大主题，两者共同构建海洋空间的三围坐标，是一切海洋工程的基础。
目前水深测量主要有验潮和无验潮两种作业模式。
无验潮测深技术无需进行水位观测，而且能有效地消除动态吃水及波浪等因素影响，节约了作业成本并大大提高了作业效率，越来越被广泛应用。
而无验潮测深技术通过高精度GPS测高方法测量测潮站深度基准面或附近水准点的地球高度，并利用GPS差分定位技术测量测点的瞬时天线高度。
得到测点深度参考面高度，进而得到测点水深值。
本文介绍了水深测量的基本原理和非试验测潮技术，以及影响水深测量精度的误差分析。
通过GPS-RTK无潮测深技术的工程应用，验证了该方法的可靠性和通用性。
关键词：海洋测深；无验潮测深技术
1无验潮测深工作原理
无验潮测深技术与RTK测深仪结合使用。
RTK通过载波相位差技术实时动态获取三维坐标(X, Y, H)，精度可达厘米级。
RTK除了具有较高的定位精度外，还能有效保证大比例尺测绘的精度。
另一个优点是所测三维坐标(高程)的精度也可以达到厘米级，精度完全可以满足水深测量的要求。
RTK定位相位中心标高h为深度基准面标高，为在已知标高控制点进行对比试验得到的转换参数所转换的标高。
测深仪通过传感器探头加载脉冲声信号，测量换能器到水底的深度，通过简单的数学运算得到测量点的底标高。
RTK无验潮测深技术工作原理如图1所示。
RTK天线直接安装在测深器的杆顶，使天线中心与换能器杆在同一垂直线上。
垂直距离的中心RTK天线底部的测深仪换能器是h1,和底部的测深仪换能器垂直距离底部的水是测量水深h2,那么P点的高程是H = H - (h1 + h2)。
2.2 运动载体对测深的影响
由于测量船和水体都是相对运动的物体，所以分析运动载体对测深的影响可以理解为测量船的大小和船的速度两个方面。
在水域进行测量时，需要考虑测量区内有特殊的测量区域，如钓鱼区、沙坑、航道等。
如果容器吃水过大，在浅水中测量将无法进行，可能会对传感器造成损坏。
船体过长，会影响船舶的运动灵活性，难以按照既定的航路进行数据采集;如果遇到围篱区、滩涂浅水(湖滨、湖岛边缘等)，测量船的转弯方向和转弯角度受到较大影响，严重影响测量工作。
船舶在不同航速下的吃水效果是不同的。
如果不在多条测深线上保持测速，测深线上就会产生一定的缺陷。
定位精度直接影响测深效
果，即使测深精度较高，如果定位精度较低，也会直接影响测深位置的准确值。
因此，在水下地形测量工作中，应保持速度恒定，定位力矩与测深力矩近似同步，以保证湖泊水下地形测量结果的有效性。
2.3 高程异常等综合因素的影响
RTK技术于高程测量之中的精度重要视乎仪器本身的精度与高程非常的精度。
仪器本身的精度是已经知的，地球高程非常插值的精度对于RTK测高程有关键影响。
大地异常差值的精度于陆地与海洋之中比较不易控制，但是RTK是用作不予试验的海洋探测。
因为海洋是对外开放的，测量区控制网络绝不能遮蔽整个测量区。
透过陆基控制点展开高程异常差值可以展开外推。
离岸距离愈遥远，结果的不确定性愈小。
在海洋测量之中，通常使用临时潮汐站来克服这一问题:透过自动测潮仪展开水位观测，完工水位计的高程，除此之外透过RTK收集临时潮汐站。
取各潮汐站RTK高程改正数，展开高程差值测量，获得水位。
2.4 测深延迟效应的影响
该问题是测深机的定位时间和测深时间绝不传输引发测点水深值位移的问题，是一个系统误差。
非同步有两个方面:一是软件传送到RTK接收机的定位时间和传送到测深仪的测深标志时间绝不传输;另一个原因是音响本身收到的声波领先在世界标准。
有所不同测深仪引发测深点位移的深度有所不同。
于具体工作之中，RTK与声波数据取样的延时时间由于仪器与软件的有所不同因而有所不同。
两者之间的时间少有时候作为0.5s，误差会少于2~3m。
线段测量点的水平相对误差效应作为2m，绝不能符合画1:1000以及超过的大型地图的要求。
目前，测量导航软件具备即时校准功能，但是用户必需于测定后展开适当的测试，以此看到两者于一定速度之下的时间关系，并且于之后的测量操作之中尽可能维持测量速度与测量。
船舶的航速是那样的，进而使这部分误差的影响降到最高。
2.5 其他因素的影响
在运行过程之中，测量船按照规定的航路行走。
如果测区风向平行时，船体会爆发有所不同程度的倾斜。
换能器的脉冲信号绝不能间接抵达水底，使测深误差减小，常常造成试验深度愈来愈浅，水深愈来愈深。
船体具备有所不同程度的摇摆，重要展现于两个方面:横摇与纵摇。
对于测深数据精度的影响重要反映于导向与测深两个方面，但是误差对于平面位置的影响是相近的，因此仅研究了滚动过程之中的最为小误差状态。
3案例探讨
项目测量面积总共为480km3。
调查区四周地下资源十分多样，油井原产亦十分多样。
借以确认非试验测潮技术与否局限在本工程，于起测定后，于邻近土地之上挑选三个控制点展开高程侦测。
试验仪器作为泰勒斯6502RTK。
其中一个控制点设立了RTK基站，基站周边相当比较阔，没信号障碍物。
如果基站竣工之后，于另外两个控制点展开高程测量。
第一个控制点(G1)和第二个控制点(G2)的距离作为11.3 km，第三个控制点(G3)的距离作为10.6 km。
高程测量结果的差异作为39 cm与28 cm。
测量结果和仪器标准有比较小差异。
这一结果亦证实了使用RTK技术时，工程会受高程非常的干扰，所以于测定后应依据影响因素调整测量区域的参数。
调查开始前，把在海域四周设立临时潮汐站，依次距海域5公里、10公里、15公里、20公里。
使用自动测潮仪展开水位观测，准备工作完工之后可起测定。
于测量过程之中，每个临时验潮站的水位应于同一时间段之内获得，获得RTK高程修正数，再次透过高程插值测量获得。
项目于完工上述作业之后，把测量结果和传统测潮结果展开对比，看到了符合测深精度的标准。
本文所述测量方法的最为关键步骤是掌控海域高程转化的精度。
相关内容可单一讲解，不必说明，不必考量这个过程导致的误差。
结束语
RTK无验潮测浅技术术已经渐渐获得应用，但是借以取得精确的水深测量结果，需考量多种因素的影响。
只有精确掌控各影响因素的准确性，才能确保最终结果的质量。
本文研究了海洋测深工作中无验潮测深技术及其影响因素，提出了相关切实可行的控制方法。
通过相关对策与方法，防止各种误差因素的影响，提升工作质量与工作效率。
参考文献：
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