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浅谈GPS在水下地形测量中的应用 　　摘要：文章介绍了利用GPS-RTK技术的与数字测深仪联合进行水下地形测量的工作原理，以及其在疏浚测量、水下淤积测量等具体应用。 　　关键词：GPS-RTK；回声测深仪；水下地形测量 　　在水运工程中，水下地形测绘具有重要的意义。近几年来， 随着GPS载波相位差分技术（ RTK）的发展， GPS 技术越来越成熟， 已被广泛应用到数字化测图中。有时候水运工程建设初期， 由于所处测区多为山地， 通视困难， 地形复杂给传统野外测绘工作带来了一定的困难。利用动态GPS定位技术的优越性， 测图速度快和精度高， 能消除累积误差， 操作简便， 用人少等优势取代了原有的平板仪测图及全站仪测图。工作效率和经济效益明显得到大幅度提高。 　　1、工作原理： 　　水下地形测量中，测深仪的工作原理是利用超声波穿透介质并在不同介质表面会产生反射的现象，利用超声波换能器（探头）发射超声波，测出发射波和反射波之间的时间差来进行测量的。目前我国大量使用的是单波束回声测深仪，单波束回声仪每次只能发射一束声波，只能得到一个水深数据点，通过连续测量、记录，最后以点连线。另外，如利用单波束回声仪测量一个地区的水下地形，须先根据测图比例和规范要求，预先确定测点和测线的间距，再用测量船逐线逐点进行连续测量，并通过内业处理和绘制水深图。然后还可根据水深图来绘制水下地形等深线图或断面图。 　　如果将测深仪与GPS技术相结合，将GPS流动站的天线与测深仪的换能器安置在同一平面位置， 同时布置在一条小船上， 保证RTK的数据与测深仪数据同步传输到PC， 作业时流动站根据基准站通过电台发送的改正数实时改正自身的测量值， 获得点位的厘米级精度的平面坐标并实时传送到PC， 同时数字测深仪获取该平面位置处的水深数据发送到PC， PC 根据观测的水面高程计算出该平面位置处水下点的高程坐标，与RTK获得的平面坐标一起组成水下点的三维坐标。然后将数据导入数字成图软件就可以编辑生成需要的水下地形图。 　　2. rtk差分模式 　　rtk（real-time kinematic）作业使用的仪器为高精度的rtk型gps接收机。其通常是通过在已知点上自设基站，通过无线电台传送差分信号来实现，其测量精度相对于起算点可以达到厘米级（须锁定固定解，并静止几秒钟），应用十分广泛。 　　影响rtk定位精度的主要原因为流动站与基准站之间的距离，但由于自设基站一般会选择较近的已知点，精度一般都可以满足水上测量的需要。rtk模式的缺点为差分信号的覆盖范围较小，且信号容易受流动站附近的树木建筑物等的遮挡，在实际应用中有一定的限制。近几年发展起来的手机卡模式，利用中国移动网络代替传统的无线电台来传递差分信号，解决了一部分的信号传递问题。因为移动网络带来的延时等问题，测量精度有一定的降低，根据本公司工程应用中的经验，一般均在10cm以内，对于水下测量的影响很小。 　　rtk模式不仅能够提供平面定位，同时还可以实时测量水面高，无需验潮进行水位改正，在15km范围内，高程精度一般可达到10cm以内，在近岸有潮汐的水域作业具有很大的优势。在实际应用中发现，由于rtk的高精度特性，对测量条件的要求也比较高，在有风浪的水面作业或船速较高时，比较容易出现信号失锁的情况。 　　3 .误差来源与数据处理 　　3.1误差来源 　　水下地形测量的精度包括平面的定位精度和水下地形点的高程测量精度。不考虑起始点误差的影响，测量精度主要取决于以下3个方面。 　　1）高程转换精度2）测量精度3）其他因素的影响：船体的摇摆、采样速率、同步时差及RTK 高程的可靠性等因素造成的误差的影响， 这些误差远远大于RTK 定位误差。 　　3.2数据处理 　　1）船体摇摆姿态的修正 　　船的姿态可用电磁式姿态仪进行修正， 修正包括位置的修正和高程的修正。姿态仪可输出船的航向、横摆、纵摆等参数， 通过专用的测量软件接入进行修正。 　　2）采样速率和延迟造成的误差 　　定位数据的定位时刻和水深数据的测量时刻的时间差造成定位延迟。对于这项误差可以在延迟校正中加以修正， 修正量可在斜坡上往返测量结果计算得到， 也可以采用以往的经验数据 　　3）RTK 高程可靠性的问题 　　RTK 高程用于测量水深， 其可信度问题是倍受关注的问题。在选择设备时， 应尽量选择大量程、高灵敏度的测深仪。此在实际测量工作中应视任务性质的不同而采用不同的测深设备为了确保作业无误， 可从采集的数据中提取高程信息绘制水位曲线（ 由专用软件自动完成） 。根据曲线的圆滑程度来分析RT K 高程有没有产生个别跳点， 然后使用圆滑修正的方法来改善个别错误的点。 　　4、GPS在水下地形测量中应用： 　　4、1、疏浚测量：