浅析GPS在航道工程测量中的应用

摘 要：随着GPS系统中，新设备、新技术的不断引入，大大的增加了测量工作的效率，降低了出错率，提高了测量产品的质量，文章分析了沿海航道中提高GPS测量精度的方法以及沿海航道高精度GPS控制测量的方法，以及GPS测量技术在航道测量实际中的应用，

关键词：GPS；航道工程；应用

0 引言

GPS（全球定位系统Global PositioningSystem）是美国从20世纪70年代开始研制，历时20 年，耗资200 亿美元，于1994 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。该系统由空间星座，地面监控系统，用户系统三部分组成。其工作定位原理是：在过地心的6个轨道面上均匀分布24 颗卫星，这些卫星全天候，实时的向地面发送卫星定位信息。用户接收机根据接收的定位信息，实时计算求出接收机的三维位置，以及运动速度和时间信息。从而达到全球性，全天候、连续的精密三维定位与导航的目的。该系统在建成之后，就以其精确快速的定位能力广泛应用到大地测量，地质监测，船舶、飞机导航，森林灭火等很多行业。

1 航道测量

航道在维护和管理中起着非常重要的作用，由于工作目的的不同，工作所涉及的内容也就不一样，航道测量与一般的测量之间是存在着共性的，但是与一般性质的测量又有所不同，就测量的内容上来看，航道测量和一般测量都需要对一般地形、地貌等陆地部分进行测量，但航道测量还包含水下地形和相关的水文的测量等，测量的结果，应用环境的不同会直接影响测量的精度，就作用上来看，航道的测量对于航道的质量控制与维护方法的分析起着至关重要的作用，同时为航道施工的组织建设，施工维护，及以后的验工和船舶通航提供了数据依据。

2 GPS在航道工程测量中的应用

2.1 静态GPS测量技术在航道工程测量中的应用

静态GPS测量技术主要用于建立航道首级控制网，之后再利用其它测量方法进行加密的附合导线测量。控制网的建立过程如下：

第一步：到测量任务区进行实地勘察，选择GPS点，查看附近高等级GPS点以便进行联测，校核精度。

第二步：GPS控制网的布设应根据航道两岸地形地物、作业时卫星状况、精度要求等因素进行综合设计。

第三步：GPS选点应考虑便于船舶停靠岸形和避免控制点遭到破坏的地点和有利于采用其他测量方法扩展和联测。

第四步：GPS观测数据的处理外业观测结束后将GPS 中的数据传入计算机中，采用南方或者中海达公司的软件（包括采集器与计算机通讯软件、基线向量处理软件、网平差及坐标转换软件），及时进行数据处理和质量分析。

第五步：利用全站仪测量或水准测量附合导线的方法进行首级GPS控制网的加密作业，使每一段附合导线起始于GPS点，终止于GPS点。

第六步：导线点坐标及平差计算将每段附合导线测量数据传输到计算机中进行角度、距离平差得到最后结果，从而得出平面坐标及高程。

2.2 RTK技术在航道测量中的应用

实时动态（RTK）定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS （RTDGPS）技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破，在航道维护性测量工程中有广阔的应用前景。实时动态定位（RTK）系统其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为基准站，对卫星进行连续观测，移动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出移动站的平面坐标和高程测量精度. 这样我们使用者就可以实时监测待测点的数据观测质量。动态定位在航道测量中的应用可以覆盖水深测量、（河床）地形测量、施工放线、监理和GIS前端数据采集。测量前需要在一控制点上静止观测数据，实时确定采样点的空间位置. 目前，其定位精度可以达到厘米级。

动态定位模式在航道勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形测绘、横断面测量、纵断面测量，及水深、河床地形等测量工作。整个测量过程在不需通视的条件下，测量1～3 s，精度就可以达到10～30mm，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点.RTK 技术具有很大的优点：实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果，从而提高了GPS作业效率，每个测量点只需要停留1～2s，移动站小组作业（1～2人）可完成地形测量5～10km，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。GPS与测深仪连接进行水深测量，可以实时定位采样点水深，精度一般可控制在≥5cm，充分满足水运工程规范要求。GPS静态定位和动态技术相结合的方法可以高效、高精度地完成航道平面控制测量，水深测量，河床地形测量，护岸定线和疏浚放线测量等。

2.3 航道控制网的建立

按GPS 勘测规程要求，和水运工程规范的要求，每0. 5～1km间设一控制点，具体情况可以航道两岸地形与地物而定。

3 航道水下测量的问题

当前进行水下地形测量最常用的，最前卫的测量方法就是GPS 测深系统，利用GPS 系统的特点，能够实现动态的实时定位过程，充分实现了定位和水深数据信息采集的自动化、智能化，但同时也出现了新的问题。

（1）在提高精度方面，GPS 测量系统可以实现采集数据自动化过程，平面定位与水下测量无法同步的问题得到了解决，影响水下测量精度的主要因素是安装仪器和水位改正。在工作中，要有针对性的采取一些办法和措施，要选用稳定度高，灵活性好的测量船只，测量时航行的速度要尽量保持平稳，匀速行驶，避免出现过大幅度的摇摆，对不同河段要采取相呼应的测量方式，为了防止漏测，在出现礁石较多的区域要进行加密测量，根据水深变化和水位情况，选用合理的方案对水位进行校正。

（2）在提高工作效率上，由GPS 系统对探测船进行精确导航，能实现有规律的水深测量，在实际过程里，结合工作特点，采用相应措施，提前布设好航线，保证测量时测线的间距平均，测量过程中，对测深船的船位要实时监控，一旦发现航迹出现偏移，要及时的进行修正，避免出现多测，测重，漏测的现象。

4 测量结果的验证

在利用GPS技术进行测量之后，得到的测量结果需要验证，为了验证测量出来的结果，先选择几条航道，将其与大比例航道图比对分析，如果航段的起点有固定航位，在与GPS 测量得到的结果进行比对以后，里程上的误差多控制在5～10m 之内，利用GPS 测量方法得到的航段断面计算出的水深等数据结果，与测量图纸中的相对应数据进行比对，如果排除掉时间的影响因素，二者所有的相关数据几乎都能保持一致。

结语

通过以上的探讨我们不难看出，GPS 在未来航道测量作业中拥有具大的前景，其定位速度快、费用低、方法灵活多样和操作简便等特点，能够满足水运工程规划、设计、施工、验收和船舶安全航行的需要同时，还能够定期和不定期地对现行航道进行常规性的维护测量。通过GPS 现代先进的测绘技术的设备，再配合先进数字测深仪同时进行测量，从而大大提高了航道测量的周期和精度。■

参考文献

[1] 洪剑.内河航道测量及技术控制要点[J].水运工程，2008.

[2] 李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉大学，2005.