摘要：隨著GPS技術的不斷發展，尤其是RTK技術的廣泛應用，水下地形測量中的定位精度也越來越高,數據傳輸的距離越來越遠,可靠性越來越高，文章針對RTK的技術優勢及無驗潮水下地形測量的理論基礎，介紹了水深測量作業系統的基本步驟指出了作業時應注意的事項，供同行業參考。
　　關鍵詞：水下地形測量 RTK 優勢
　　前言
　　水下地形測量成果作為工程勘測設計中重要的前期資料廣泛的應用于：1)海塘達標工程、保灘工程的建設、岸線演變趨勢分析、碼頭工程以及現有港口的擴建和改造等都需要每年的水下地形資料。2)在水利工程的規劃設計階段，為了確定開發方案、選擇壩址、確定水頭高度、推算回水曲線等所需要的河道縱斷面圖，都是由測量人員收集的水下地形資料來編繪的。3)在橋梁勘測設計中，為了研究河床的沖刷情況，決定橋墩的類型和基礎深度，布置橋梁的孔徑，需要在上下游地區施測橫斷面圖并且編制河道縱斷面圖，同樣要收集水下地形測量資料來完成。4)監測橋梁的安全，觀測水庫的淤積和研究河床演變規律等。
　　1RTK的技術優勢
　　RTK定位技術(RealTimeKinematic，簡稱RTK)是以載波相位觀測值為依據的實時差分GPS定位技術，實施動態測量。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時通過輸入相應的坐標轉換參數和投影參數，實時得到流動站的三維坐標及精度。
　　隨著GPS技術的不斷發展，特別是RTK技術的出現，使得水上測量可以采用GPS無驗潮方式進行工作(RTK方式)成為可能。大大減少了測量人員的勞動強度，自動化程度高，省工省時，精度高，全天候，提高了工作效率，使工程變得更經濟。
　　2無驗潮水下地形測量的理論基礎
　　載波相位差分測量的定位精度很大程度上依賴于整周模糊度能否在航精確確定。整周模糊度在航解算(OTF)是一種動態環境下的模糊度確定方法，它可省去在精密動態定位中的靜態初始化過程。常規精密定位中復雜的整周跳變問題也因OTF的引入變得十分簡單。載波相位差分測量整周模糊度的確定模型為：
　　
　　(1)
　　其中，為狀態向量；為狀態轉移矩陣；為載波相位的測量矩陣；為載波相位的方差陣；為系數陣。
　　(2)
　　由式(2)計算得到整周模糊度N后，代入載波相位觀測方程，便可以獲得厘米級的平面定位精度。
　　回聲測深儀是一種單波束測深設備，深度的測量是根據最小聲程決定。按照使用頻率個數的不同，又可分為單頻和雙頻。雙頻測深儀根據兩個頻率測量深度較差獲得淤積層厚度。
　　水下地形測量現狀如圖1所示，設h為測深儀探頭吃水線到RTK測點M的高度；為設定吃水深；Z為測深儀測得的水深；為水底高程；H為RTK流動站在船上測得的高程。則：
　　(3)
　　(4)

      
　　
　　圖1水下地形測量現狀示意圖
　　當水面由于潮水或者波浪升高時，H增大，相應地z也增加相同的值，根據式(2)，將不變。因此從理論上講，RTK無驗潮測深將消除波浪和潮位的影響，是一種理想的水上測量方法。
　　3水深測量的基本作業步驟
　　3.1測前的準備
　　(1)求轉換參數。a．將RTK基準站架設在已知點A上，設置好參考坐標系、投影參數、差分電文數據格式、發射間隔及最大衛星使用數，關閉轉換參數和七參數，輸入基準站坐標(該點的單點84坐標)后設置為基準站。b．將GPS移動站架設在已知點B上，設置好參考坐標系、投影參數、差分電文數據格式、接收間隔，關閉轉換參數和七參數后，求得該點的固定解(84坐標)。C．通過A，B兩點的84坐標及當地坐標，求得轉換參數。
　　(2)建立任務，設置好坐標系、投影、一級變換及圖定義。
　　(3)作計劃線，如果已經有了測量斷面就要重新布設，但可以根據需要進行加密。
　　3.2外業的數據采集
　　(1)架設基準站應在求轉換參數時架設的基準點上，且坐標不變。
　　(2)將GPS接收機、數字化測深儀和便攜機等連接好后，打開電源。設置好記錄、定位儀和測深儀接口、接收機數據格式、測深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后，就可以進行測量工作。
　　3.3數據的后處理
　　數據后處理是指利用相應配套的數據處理軟件對測量數據進行后期處理，形成所需要的測量成果——水深圖及其統計分析報告等，所有測量成果可以通過打印機或繪圖機輸出。
　　3.4影響水深測量精度的幾種因素及相應對策
　　(1)船體搖擺姿態的修正。船的姿態可用電磁式姿態儀進行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿態儀可輸出船的航向、橫擺、縱擺等參數，通過專用的測量軟件接入進行修正。
　　(2)采樣速率和延遲造成的誤差。GPS定位輸出的更新速率將直接影響到瞬時采集的精度和密度，現在大多數RTKGPS最高輸出率可達20Hz，而測深儀的輸出速度各種品牌差異很大，數據輸出的延遲也各不相同。因此，定位數據的定位時刻和水深數據的測量時刻的時間差造成定位延遲。對于這項誤差可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測量結果計算得到，也可以采用以往的經驗數據。
　　(3)RTK高程可靠性的問題。RTK高程用于測量水深，其可信度問題是備受關注的問題。在作業之前可以把使用RTK測量的水位與人工觀測的水位進行比較，判斷其可靠性，實踐證明RTK高程是可靠的。為了確保作業無誤，可從采集的數據中提取高程信息繪制水位曲線(由專用軟件自動完成)。根據曲線的圓滑程度來分析RTK高程有沒有產生個別跳點，然后使用圓滑修正的方法來改善個別錯誤的點。
　　4作業時應該注意的問題
　　4.1有關基準站的問題
　　(1)因為RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據(偽距觀測值，相位觀測值)及已知數據傳輸給流動站接收機。所以：a．電臺天線要盡量高。B.電源電量要充足，否則也將影響到作業距離。
　　(2)設站時要限制最大衛星使用數，一般為8顆。如果太多，則影響作業距離；太少，則影響RTK初始化。
　　(3)如果不是使用七參數，則在設置基準站時要使TransformTowg；ss4(轉換到WGS84坐標系)處于off(關閉)狀態。
　　(4)如果使用七參數，則AX，AY，AZ都小于±100較好，否則重求。
　　(5)在求轉換參數前，要使參數轉換和七參數關閉。
　　(6)在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結果，歷時不到1S。基準站和移動站必須要保持4顆以上相同衛星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結果；所以有時偶爾RTK沒有固定解也是很正常的。
　　4.2有關流動站的問題
　　1)解的模式要使用RTKExtrap(外推)模式。2)數據鏈接收間隔要與基準站設置的發射問隔一致，都要為1。3)如果使用海洋測量軟件導航、定位，則：a．記錄限制要為RTK固定解。b．高程改正要在天線高里改正。4)差分天線要盡可能的高。
　　5結束語
　　利用RTK技術進行水深測量，使得水深測量這項工程變得簡單、方便、快捷、輕松、高效、經濟，所以不失為一種先進的測量技術，必將得到更加廣泛的應用。
　　參考文獻：
　　[1]趙建虎，張紅梅．水下地形測量技術探討[J]．測繪信息與工程，1999，88(4)：22—26．
　　[2]梁開龍．水下地形測量[M]．北京：測繪出版社，1995．
　　[3]原宜坤，汪洋．淺談GPSRTK技術在工程測量中的應用[J]．山西建筑，2007，33(32)：359—360．