数字测深仪结合RTK技术在新白塔河断面测量中的应用

【摘 要】本文介绍了RTK实时动态GPS测量系统和水下数字式测深仪的工作原理，及其在新白塔河断面测量中的应用情况，供大家参考借鉴。

【关键词】GPS；RTK；测深仪；断面测量

1 引言

河道断面测量是水利工程测量的一个重要组成部分。主要包括定位和测深两项任务。传统的河道断面测量方式是：定位测量采用经纬仪交会法、经纬仪配合测距仪极坐标法、全站仪法等获得平面坐标；水深测量采用测深杆法、测量锤法等。上述几种方式不仅受仪器精度、距离、天气、通视及通讯等条件影响，而且工作效率低下。尤其是断面水深测量，通常受水流、测量船体的不规则运动以及测量人员的熟练及配合等因素的影响，断面点定位精度不高。这些因素都严重影响河道断面测量的进程和质量。随着工程观测新技术、新设备的不断推广应用，近几年，我们采用GPS全球定位仪来确定观测点的三维座标，超声波测深仪来测量水深，大大提高了河道断面测量的精度和进度，为河道断面测量开创了一个新局面。

2 工作原理

2.1 RTK工作原理

载波相位差分技术又称RTK 技术，是基于载波相位进行实时差分解算的一项技术，通过对两测站的载波相位观测值进行实时处理，能实时提供测站的三维坐标，精度可达厘米级。RTK作业中，通常有一台GPS接收机架设于已知站，固定不动（称为基准站），另一台GPS接收机作为未知站，以流动方式放置（称为流动站）。基准站和流动站同时观测一组相同的卫星，基准站将观测到的数据通过数据链传送到流动站，流动站将该数据与本身观测到的数据进行差分解算，从而得到流动站与基准站之间的具有较高精度的相对位置，解算出流动站所在位置的三维坐标并实时存储和输出。

2.2 测深仪工作原料

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。声波在水中的传播速度为V，换能器（探头）发出超声波，声波经探头发射到水底，并由水底反射回到探头被接收，测得声波信号往返行程所经历的时间为t，则Z=V*t/2；同时根据探头上固定杆的刻度可获知水面与探头之间的距离，即吃水深度，两者之和即为最终水深值。

3 测量工作实施

3.1 工程概述

新白塔河位于高邮湖西侧，源出天长市西部张八岭丘陵区，自西向东注入高邮湖。全长69公里。1998年大洪水后，新白塔河局部河段发生了较大变化，洲滩冲淤剧烈，崩岸时有发生，新白塔河防洪局面十分严峻。为满足新白塔河防洪治理工程的需要，开展了新白塔河沿岸及水下断面测量。由于河堤沿岸村庄稠密且河滩地内防浪林比较茂盛，通视条件较差；河道内往来通航船只多且水下较深。如用传统的断面测量方法，工作难度较大，成果精度和测量工期都难以保证。基于上述原因，我们采用了实时动态GPS（RTK）结合数字式测深仪的方法来实施本次测量工作。

3.2 测量系统组成

基准站：南方S86型GPS接收机，电台和天线，12V电瓶。

流动站：南方S86型GPS接收机，电子手簿；国产SDE-28S型数字测深仪，12V电瓶及各连接电缆和其他配件。

软件配置：AutoCAD及View 2007成图软件（基于AutoCAD二次开发）；南方自由行水上测量软件。

3.3 河堤断面测量

首先根据技术规范要求，利用已有1：2000地形图进行断面位置的初步设计，测量断面线应尽量与河道垂直布置。其次根据设计好的断面线提取线段两个端点，把各点坐标输入RTK电子手簿中，形成断面的放样线。在实际测量时，先在已知点架设基准站，基准站的位置应该远离微波站、高压线等电磁波干扰，以免测量结果受到影响。在正式测量之前，先选取几个已知点进行检查，以防止转换参数错误或数据输错。然后调出所要测的断面桩号，手簿内自动生成一条断面线，并在屏幕上显示出来，手簿同时显示流动站所在位置和距待测断面线的距离，这样测量员就可以知道自己是否位于断面线上，也可以知道所测点是否垂直于河道。在遇到电磁干扰或者房屋、树林比较密集的区域，RTK定位和高程精度会受到一定影响，此时需要使用全站仪对RTK所测点进行校核或者补测。

3.4 水下断面测量

首先安装、固定换能器，固定换能器位置最好选择在船体的中部船舷旁边，这样可以减少行驶时船首推出的浪涌对探头的影响和干扰。使用船速快的测量船测量时测深杆必须略向后倾斜，需要增加前后拉绳进行加固，因为考虑到水流带来的拖力和船行驶时的姿态是略微向上倾斜的。船速如果越快那么换能器吃水就要相对更深，内河中也要保证大于0.5m，（要结合杆子的长短和实际作业的需要），安装时测深杆一定要保持垂直，要加固和防止探头松脱掉入水中或者电缆线不慎扯断。在测深仪里面，吃水深度和声速都可以在测量参数界面进行设置，输入软件参数设置。完成后外接GPS，这样就可同时采集坐标数据和水深数据。

3.5 内业数据成果整理

将RTK采集的断面点数据文件转入计算机内某一文本处理软件（例如Excel），自编一些计算公式或程序，计算出每一断面点距断面基点的平距以及该点高程。由于在进行水下测量时，受水流速和水中悬浮物以及测深仪自身原因等外部因素影响，可能存在一些水深信号漂移的点位，此时应进行剔除；对于水深有疑问的点位，也应对照测深仪记录的数据进行仔细的校核和对比，对于不能满足精度的断面航线要查明原因并及时补测。断面数据格式转换完成并经校核无误后即可转入断面图生成软件进行断面图的成果输出。

3.6 优势体现

RTK结合数字测深仪与传统的测量方法相比，其优点主要可概括为以下几方面：

（1）操作简单。无论是RTK手簿还是超声波测深仪，都配备了全中文界面的Windows操作系统。同时配备电阻式触摸屏和专业导航测量系统，操作简单易学。

（2）工作快捷。在GPS基站架设好，开机运行并设定好基本参数后，只要将GPS移动站连接至超声波测深仪，启动测深仪并设置好基准高程，即可进入测量状态。测量过程中，测量船可以在测深仪导航系统的指示下按断面行走，也可按散点测量法在测量河段任意行走。测量数据无须人工记录，由测深仪电脑自动记录保存。

（3）测量精度高。采用传统的测量方式，一是受通视条件、作业距离等因素的影响，定位精度差；二是测深杆、测深锤等受河床淤泥、水深及水流等影响，测深误差也很大，且为了节省测量工作量，测点间距一般也比较大，由此导致测量精度往往得不到保证。特别是新白塔河河面雾气大、船只多，传统光学仪器根本无法测量。而采用该RTK结合数字测深仪，测量数据是高精度、连续、全天候。

4 结论

RTK结合数字式测深仪应用于河道断面测量，其不受通视、天气等外界条件干扰，可实现全天候作业，极大地提高了工作效率。但是，RTK在当前的技术条件下，影响数据传输的因素还比较多，如地形、强电磁场环境、大面积反射体和电台质量。因此，在工作中应注意避免这些不利因素的影响。同时在进行水下作业前，GPS基准站和流动站的接收机和测深仪的各种参数应设置准确无误，以免延误工作，同时起算数据输入也应严格校核，确认无误后方可进行作业。

参考文献

[1]胡伍生，高成发.GPS测量原理及其应用[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]SL197―97水利水电工程测量规范[S].北京：中国水利水电出版社，1998.