吉建兵 潘國(guó)俊

（江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院 江蘇南京 210008）

網(wǎng)絡(luò)RTK在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用

吉建兵 潘國(guó)俊

（江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院 江蘇南京 210008）

運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)RTK與測(cè)深儀進(jìn)行測(cè)量水下地形的導(dǎo)航定位跟測(cè)深，連同進(jìn)行處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)的水上測(cè)量軟件，分析了新方法對(duì)測(cè)量水下地形的成果與精度，并探討了對(duì)于處理粗差的各個(gè)問題。

網(wǎng)絡(luò)RTK；水下地形測(cè)量；粗差；精度

1 概述

在水下地形測(cè)量中，按照常規(guī)的方法是先在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)平面控制點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)、臨時(shí)驗(yàn)潮站。通過水上測(cè)量軟件實(shí)時(shí)接收單基站RTK GPS導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)及測(cè)深儀測(cè)深數(shù)據(jù)，此間所設(shè)臨時(shí)驗(yàn)潮站同時(shí)觀測(cè)水位，以供后處理時(shí)計(jì)算各采集點(diǎn)實(shí)時(shí)水面正高之用。由于該方法處理時(shí)計(jì)算各采集點(diǎn)水面正高是通過內(nèi)插求得，測(cè)量數(shù)據(jù)誤差較大，而應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)RTK結(jié)合測(cè)深儀就可解決以上問題。

2 方法

先在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)均勻布設(shè)控制點(diǎn)（LSG1、LSG2、LSG3、LSG4、LSG5）并測(cè)量其坐標(biāo)成果（包含高程），在水上測(cè)量軟件中輸入控制點(diǎn)的WGS1984坐標(biāo)和相應(yīng)的地方坐標(biāo)，計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)；然后安裝并調(diào)試儀器，測(cè)深儀的換能器懸掛式固定在測(cè)船一側(cè)中間部位，量取換能器吃水深度，設(shè)置好測(cè)深儀聲速及吃水參數(shù)；安置GPS接收機(jī)；導(dǎo)航軟件上布置水上測(cè)量范圍，根據(jù)測(cè)區(qū)情況和測(cè)圖比例尺布置測(cè)線，并設(shè)置數(shù)據(jù)采集方式，分別連接網(wǎng)絡(luò)RTK和測(cè)深儀，按照布設(shè)的測(cè)線導(dǎo)航并采集數(shù)據(jù)。

本次測(cè)量中為了檢核網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)得水面高程的準(zhǔn)確性，同時(shí)布設(shè)了臨時(shí)潮位站進(jìn)行潮位觀測(cè)。利用兩種方法計(jì)算水底正高進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

3 網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量粗差的處理

網(wǎng)絡(luò)RTK的觀測(cè)在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)客觀存在的粗差，而且隨機(jī)性與離散型較強(qiáng)為，這種不確定性的誤差給數(shù)據(jù)處理分析粗差的進(jìn)行帶來了很多的困難。

3.1 走向趨勢(shì)法

走向趨勢(shì)法用于網(wǎng)絡(luò)RTK平面定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)的處理。水下地形測(cè)量船是走航式測(cè)深、定位，船只大部分時(shí)候都是沿直線勻速行駛的，可以每秒鐘記錄一次數(shù)據(jù)，所以記錄的平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)符合直線均勻分布的自然趨勢(shì)，表現(xiàn)為等間距的直線模型。我們可以根據(jù)等間距直線模型判斷出點(diǎn)778因信號(hào)干擾等因素產(chǎn)生了粗差，點(diǎn)778本應(yīng)在778-1位置。如果778所在位置的水下地形平緩，地貌變化不大，我們可以采用內(nèi)插法進(jìn)行內(nèi)插；否則進(jìn)行復(fù)測(cè)。因水上測(cè)量軟件實(shí)時(shí)顯示測(cè)量平面位置及變量，所以測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)就能看出平面測(cè)量數(shù)據(jù)有無粗差。若有可立即復(fù)測(cè)，并不會(huì)給測(cè)量帶來額外工作量。根據(jù)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)平面測(cè)量粗差極少出現(xiàn)，所以網(wǎng)絡(luò)RTK平面測(cè)量完全值得信賴。

3.2 斷面圖形法

斷面圖形法用于網(wǎng)絡(luò)RTK水面高程數(shù)據(jù)和測(cè)深儀測(cè)深數(shù)據(jù)的處理。將每條測(cè)線按“時(shí)間-GPS水面高程”繪出水面高程斷面圖，因潮位的變化斷面圖形呈正弦曲線變化（見圖1），所以網(wǎng)路RTK的高程數(shù)據(jù)可根據(jù)斷面相鄰測(cè)點(diǎn)之間的坡度、高差關(guān)系檢查并平滑修正（見圖2）；測(cè)深數(shù)據(jù)可按“距離—深度”繪出斷面圖形，根據(jù)斷面相鄰測(cè)點(diǎn)之間的坡度、高差關(guān)系檢查并修正明顯的測(cè)深錯(cuò)誤點(diǎn)。這種方法比較簡(jiǎn)便，目前在測(cè)深儀數(shù)據(jù)粗差改正中得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于大粗差的測(cè)量數(shù)據(jù)較有效。

4 與傳統(tǒng)測(cè)量方法精度的比較

4.1 平面精度的比較

由于網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)是GPS接收機(jī)聯(lián)機(jī)作業(yè)即以網(wǎng)絡(luò)的形式共同完成測(cè)量工作，增加了檢核條件，并且可以有效地消除系統(tǒng)誤差和周跳，提高了RTK和DGPS作業(yè)的可靠性。所以比單基站RTK可靠性高。

RTK測(cè)量精度取決于兩個(gè)方面：①擬合關(guān)系的精度；②觀測(cè)值的可靠性。擬合關(guān)系的精度取決于參與擬合點(diǎn)的個(gè)數(shù)、點(diǎn)位分布及擬合點(diǎn)自身的精度。由于網(wǎng)絡(luò)RTK分布區(qū)域廣，形成了基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)，整體精度高，所以網(wǎng)路RTK比單基站RTK精度高。

圖1

圖2

4.2 高程精度的比較

傳統(tǒng)的水下地形高程測(cè)量，是由臨時(shí)驗(yàn)潮站的水位根據(jù)測(cè)量點(diǎn)位置進(jìn)行內(nèi)插，求得測(cè)量點(diǎn)的水位，然后減去測(cè)深儀測(cè)量的對(duì)應(yīng)深度，算出測(cè)量點(diǎn)水底高程，水位改正為10cm一個(gè)分帶進(jìn)行內(nèi)插處理，即水位誤差最大值為10cm，同時(shí)驗(yàn)潮儀自身存在測(cè)量誤差，以及浪涌和時(shí)差等產(chǎn)生誤差，就是說水位改正誤差最大值應(yīng)大于10cm。經(jīng)相關(guān)權(quán)威部門測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)RTK平面實(shí)時(shí)定位精度優(yōu)于±3cm，高程實(shí)時(shí)定位精度優(yōu)于±5cm。所以利用網(wǎng)路RTK進(jìn)行水下地形測(cè)量比傳統(tǒng)的單基站RTK水下地形測(cè)量的高程精度高。

在南通港呂四港區(qū)進(jìn)港航道工程水下地形測(cè)量中，我們進(jìn)行了以下水底高程精度統(tǒng)計(jì)：

傳統(tǒng)方法重復(fù)測(cè)量點(diǎn)高程測(cè)量中誤差為：±0.25m；新方法重復(fù)測(cè)量點(diǎn)高程測(cè)量中誤差為：±0.17m；兩種方法重復(fù)測(cè)量點(diǎn)高程測(cè)量中誤差為：±0.31m。與傳統(tǒng)的方法相比較新方法的精度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可靠并準(zhǔn)確。

5 總結(jié)

跟傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，網(wǎng)洛RTK在測(cè)量水下地形的時(shí)候減少了處理和更正的潮位數(shù)據(jù)。使它在測(cè)量大面積區(qū)域上的優(yōu)勢(shì)更大化，讓測(cè)量水下地形成為高效、快捷的工作，值得應(yīng)用與推廣。

[1]魏東銀，邸國(guó)輝，張軍.水下地形測(cè)量高程異常點(diǎn)剔除方法研究[J].湖北辭書出版社，2003.

[2]佘繼紅.網(wǎng)絡(luò)RTK在數(shù)字化測(cè)圖工程中的應(yīng)用研究[D].河海大學(xué)，2009.

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