浅谈GPS在水上测量中的应用

【摘要】GPS技术在水利工程中的应用是水利工程建设中的一项重大变革，其应用前景十分广阔。GPS技术具有自动化程度高、观测速度快、点位精度高和经济效益高的优势。本文主要阐述了有关GPS在水上测量中应用的一系列问题。

【关键词】GPS，水上测量，应用

中图分类号：P228.4文献标识码： A

一.前言

GPS技术具有高精度、高效性、经济性和不需通视等的优点，受到人们的广泛应用。GPS技术在水上测量中的应用，增强了测量数据的可靠性、提高了水上测量工作的效率、降低了工作强度以及节约了成本。本文针对GPS在水上测量中的应用进行深入的研究和探讨。

二. GPS-RTK技术的基本原理和特点

1.实时动态(RTK) 测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS 测量技术中的一个新突破。RTK定位技术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。GPS-RTK系统主要由基准站、流动站和通讯系统三部分组成。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。GPS-RTK系统的基本原理：在基准站和流动站都设置好后,同时接收五颗以上的相同卫星进行载波相位观测，基准站在跟踪载波相位测量的同时通过数据链将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去；流动站在接收GPS卫星信号进行载波相位观测的同时,还通过数据链接收来自基准站的信息,实时解算出相对于基准站点的基线向量,并通过已知设置的转换参数及投影方法计算出流动站的地方坐标。

2 GPS-RTK技术的特点

GPS-RTK 测量技术除了具有GPS测量的优点外，同时它还具有观测时间短，能实现坐标实时解算的优点，从而可以提高生产效率。GPS-RTK 技术还能实时动态定位，如果采用快速静态测量模式，在十五千米范围内，其定位精度可控制达一至二厘米内。它可用于工程控制测量。RTK测量系统的开发成功，为GPS 测量工作的可靠性和高效率提供了保障，这对GPS测量技术的发展和普及，具有重要的现实意义。

三.GPS技术在水上测量中的分析研究

水上测量的作业系统主要由GPS接收机、数字化测深仪、数据通信链等相关软件等组成。测量作业分三步来进行, 即测前的准备、外业的数据采集和数据的后处理形成成果输出。

1.测区简介

洞头县黄岙二期围涂工程位于洞头县大门岛南部黄岙海涂面上。其主要建筑物由围堤、排水(涝)闸、纳排水闸及围区内进排水河道等主要建筑物组成，围涂总面积5518亩。本次测量任务为1:500比例尺水下地形测量，范围为延海岸线约3.6公里。测区内已知控制点可以满足测量要求。

2.测量设备

本次测量平面位置及高程采用中海达5800双频接收机（标称静态精度5mm±1ppm、动态精度10mm±1ppm），测深设备采用中海达HD-27T系列回声数字化测深仪。通过测深仪计算机系统实时记录各个定位点的坐标和水深数据。

3.水下地形测量的基本过程

测量过程中GPS RTK的作用在于平面位置定位及高程测量，而测深仪的作用在于水深数据的采集。其过程大致分三阶段：测前准备阶段、数据采集阶段和数据后处理阶段。

（1）测前准备阶段： （一）布置测深断面线 根据测区的坐标系统和测量范围建立任务，并采用海达水下地形测量专用导航软件在测深仪中输入预设航线。航线的垂直于等深线方向，航线的间距为10米。 （二）安装仪器（1）测深仪换能器的安装：测深仪换能器应安装在距测量船船首1/3～1/2船长处，可采用舷侧安装。在安装前先应检查换能器与安装杆的垂直度，可通过螺丝的调节使换能器的发射面与安装杆垂直，最后借助经纬仪的竖丝来调整安装杆垂直度，从而达到换能器的发射面与水面平行的目的。安装杆的固定可采用固定夹板和钢缆。

（2）GPS接收机天线安装：将连接天线的对中杆与换能器的安装杆捆绑在一块，使GPS的定位中线与测深中心一致。

（3）GPS基站设置：将基准站架设在已知点A上，同时设置好测区的参考坐标系、投影参数、卫星限制高度等，并输入基准站的三维坐标，启动基准站，发射无线电，并对已知点进行校测。

4.数据采集阶段

RTK及计算机系统结合自动定位，并实时通过数据线将测深仪水深数据传输到计算机系统成图。避免全站仪模式要将平面定位数据和水深数据拼在一起而产生的麻烦和不必要的错误。在采集过程中，由于GPS天线与测深仪的换能器处于同一垂直面，GPS接收的时间与采集水深数据的时间同步，而且GPS的定位点与水深采集点重合，从而提高了数据资料的准确性，为工程的质量打下良好的基础。其具体的采集过程如下：

（1）将GPS接收机、测深仪连接完成，设置测深仪的记录设置（一般按1米间距设置）、吃水深度和采集数据频率等，并打开各种仪器的电源，并对仪器进行初检，主要进行水深比对，即用测坨量测水深与测深仪测量水深进行比对，满足规范即可进行测量。

（2）当GPS接收机收到固定解，测量船开到测区内。测量船会在测深仪计算机系统上显示一个船型图标，并显示断面线。

（3）控制好测量船，尽量使测量船沿航线行走，设置好测深仪计算机系统的记录保存功能，计算机会实时地将测深仪采集的水深数据及RTK采集的坐标一一对应的保存。

5.水深数据后处理阶段

测量结束后，经水深资料处理软件进行水深后处理及综合改正输出，在指定文件中自动生成定位数据文件和水深数据文件，将此两文件调入EXCEL电子表格经处理后生成南方CASS7.0可调入的展野外测点的*.dat格式，最后用南方CASS7.0成图软件内业编辑成图。

四.GPS技术在水上测量中的应用分析

水利工程测量最难的是水下地形测量,水下地形复杂,人肉眼又看不见,水上作业条件差,水下地势的准确性对水利工程建设十分重要,水下地形测量传统的测量方法大多采用六分仪、三杆分度仪、全站仪配合测深仪,其缺点是精度不高,测区范围有限,工作量大,人员配置多等。随着GPS-RTK技术在测量中的快速发展,水下地形测量也得到了广泛的应用,主要有:中海达动态GPS、中海达数字单(双)频测深仪、海洋测量软件等。GPS进行水下地形测量的步骤:将GPS、测深仪和电脑系统连接成一起,导航软件对测量船进行定位,并指导测量船在指定测量断面上航行,GPS和测深仪将实时测得数据导入电脑,由海洋测量软件处理生成水下地形图或导出*.dat文件,再由南方测绘cass7.0地形地籍成图软件绘制水下地形图。从几年测量结果来看,GPS在水下地形测量的应用,大大提高了测量的精度,减少了工作量,缩短了工作周期,并且输出的数字化的水下地形图为工程建设及今后地理信息系统的建立和管理创造了有利的条件。

五.结束语

综上所述，GPS技术测量定位新技术在未来的测绘行业将发挥越来越大的作用，利用GPS技术进行水深测量，使得水深测量这项工程变得简单，快捷，高效。由于GPS技术作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了测量效率。因此GPS定位技术将为水下地形测量提供高精度、高质量和高效益的应用前景。

参考文献：

[1]李引生.GPS RTK技术在昭平台水库水下地形测量中的应用[J].华北水利水电学院学报,2010,26(3).

[2]陈远帆,蔡柳阳,陈斌.有关GPS RTK技术在地形测量中的步骤及应用探讨[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2011,(6).

[3]陶歆贵．GPS RTK技术在水上测量中的测量中的应用[J]铜业工程，2012（02）

[4]杨文志，李英鸽．GPS技术在港口水下工程的应用[J]中国水运，2010（07）

[5]章振欣. GPS技术在水下地形测量中的应用[J]浙江水利水电专科学校学报，2012（02）

[6]杨珏,江明新,卢恒平.GPS-RTK在拉浪水电站水下地形测量中的应用[J].企业科技与发展,2011,(18).