GPS RTK在水利工程水下地形測量中的應(yīng)用

淺談GPSRTK在水利工程水下地形測量中的應(yīng)用摘要：本文簡單介紹了gps、rtk技術(shù)水下地形測量系統(tǒng)的原理及在水下地形測量中的一般步驟程序，并結(jié)合中海達測深儀在水利工程中的應(yīng)用，重點通過對rtk技術(shù)在水下地形測量中影響精度因素的分析，提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施，從而對質(zhì)量進行有效控制，最大限度地避免重測現(xiàn)象的發(fā)生。摘要：地形測量系統(tǒng)；操作程序；系統(tǒng)特點1前言我公司主要業(yè)務(wù)是采用挖泥船進行水利工程中河道工程的疏浚和擴挖，因此，經(jīng)常要進行河道水下地形測量，以掌握河道疏浚工程質(zhì)量。并且工程完工驗收，也是需要進行大范圍的河道水下地形測量。水利工程測量較其它工程有許多不同點：（1）水利工程多位于相對偏遠的地區(qū)，已知控制點少；（2）測量區(qū)域一般由分散的水工建筑物或帶狀河道組成；（3）建筑物測量要求精度高，河道測量精度不高；（4）工作條件復(fù)雜，通視條件差，河道測量工作中經(jīng)常遇到樹木遮擋，水上測量困難。以往的水利工程水下地形測量，主要采用斷面索（測繩）或水準儀視距法或經(jīng)緯儀交會定位，利用測深錘測量水深，該測量方法不僅操作困難、投入人力多、效率低，受氣象的影響大，外業(yè)測量人員很艱苦，成圖時間長，而且精度差。隨著工程測量數(shù)字化技術(shù)和設(shè)備的不斷推廣應(yīng)用，近幾年，采用超聲波測深儀和gps全球定位儀組成水下地形測量系統(tǒng)，能十分方便、快捷、高效、精確地進行河道河床水下地形觀測。2gpsrtk水下地形測量系統(tǒng)組成河床水下地形觀測主要是測量各觀測點的水平位置和相應(yīng)的水深，并通過水位等數(shù)據(jù)來推算各測點相應(yīng)的高程，從而繪制出河床斷面圖或水下地形圖。以往對斷面寬在100m之內(nèi)的河道，主要通過拉過河斷面索法來測量各測點的水平位置，而對于河道較寬，拉過河斷面索困難的河道測量，往往采用水準儀視距法或經(jīng)緯儀交會法。對水深往往采用測深錘、測深桿、鉛魚等方法測量，然后通過相應(yīng)的水位計算出各測點的高程。采用上述方式進行測量，不僅測量困難，工作效率比較低，而且受水流、風浪等因素影響，測量精度也不高。隨著gps技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)rtk測量技術(shù)在工程測量中得到了大大應(yīng)用，目前，gpsrtk技術(shù)在水利工程河道測量工作中基本上取代了以往的測量方法。采用超聲波測深儀配備rtkgps全球定位系統(tǒng)組成一個水下地形測量系統(tǒng)，利用測深儀測量水深，gps全球定位系統(tǒng)提供測點的三維坐標。2.1超聲波測深設(shè)備超聲波測深儀主要由超聲波換能器和測控裝置兩部分組成。超聲波換能器用于超聲波發(fā)射和接收，測控裝置控制儀器發(fā)射、接受和對接受數(shù)據(jù)進行分析處理。它是以水體為超聲波媒介，測深時將超聲波換能器放置于水下一定位置，換能器到水底的深度可以根據(jù)超聲波在水中的傳播速度和超聲波信號發(fā)射出去到接收回來的時間間隔計算出來。2.2gps全球定位系統(tǒng)在河道河床水下地形觀測時，利用gps全球定位系統(tǒng)可以測定各觀測點的三維坐標，即：水平位置和高程。我們常用的中海達雙頻rtkgps定位系統(tǒng)，它由基準站和移動站組成，其中，基準站包括：一體化藍牙gps接收機、無線發(fā)射電臺、遙控終端和電源系統(tǒng)，移動站包括：gps接收機、藍牙手簿等。其主要技術(shù)指標見表2。3水下地形測量系統(tǒng)主要操作程序在較開闊場地架設(shè)固定基準站、電臺，安裝gps接收機；在小船上安裝固定超聲波測深儀，并將gps移動站與測深儀連接；啟動gps，通過控制手簿設(shè)定系統(tǒng)坐標；啟動測深儀，設(shè)定坐標、水深、工作頻率等基本參數(shù)；采用計劃線或散點法進行測量和數(shù)據(jù)采集、貯存；將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入專用水下地形測量繪圖軟件進行數(shù)據(jù)處理、分析，繪制水下地形圖。4水下地形測量系統(tǒng)的特點超聲波測深儀配上雙頻rtkgps定位系統(tǒng)，組成了一套先進的水下地形測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅體積小、操作簡單，而且測量精度高、工作穩(wěn)定可靠，可全天候工作，主要特點有以下幾點：（1）操作簡單易學無論是超聲波測深儀，還是rtkgps定位系統(tǒng)控制手簿，都配備了windows操作系統(tǒng)，全中文界面。超聲波測深儀配備12英寸電阻式觸摸屏和專業(yè)導(dǎo)航測量系統(tǒng)，操作簡單易學。（2）工作快捷方便測量系統(tǒng)設(shè)備安裝方便，操作簡便。測量過程中，測量船只可以在測深儀導(dǎo)航系統(tǒng)的指示下按斷面行走，也可按散點測量法在測量范圍內(nèi)任意行走。測量數(shù)據(jù)無須人工記錄，由測深儀電腦自動記錄保存。（3）測量精度高該水下地形測量系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)連續(xù)、即時顯示和保存，工作穩(wěn)定，測點數(shù)量多，測量精度高，而且可基本消除波浪對測深數(shù)據(jù)的影響。為了減小定位誤差，一般將gps固定站與移動站的最大距離控制在1km范圍內(nèi)，因此，測量精度完全滿足規(guī)范要求。（4）數(shù)據(jù)處理簡單測深儀可以實時記錄保存各測點的水平坐標、高程和水深，將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入裝有水下地形繪圖軟件系統(tǒng)的電腦，即可繪制出水下地形圖、斷面圖，并可進行數(shù)據(jù)分析處理。5實際應(yīng)用情況我公司自2003年開始應(yīng)用中海達gps星標機到2007年開始應(yīng)用中海達gpsrtk加測深儀進行河道地形測量技術(shù)，經(jīng)常利用該水下地形測量系統(tǒng)對我們施工的河道工程進行斷面觀測和水下地形觀測，實際應(yīng)用情況證明，應(yīng)用該水下地形測量系統(tǒng)進行河道工程測量，使得過去非常耗時、耗力且困難重重的水下地形觀測變得十分方便、快捷，尤其是測量精度大大提高。利用該設(shè)備，只要配備一條船、幾個人，不僅測量速度快，節(jié)省人力，更重要的是測量精度得到了保證，而且數(shù)據(jù)處理也十分快捷。在使用中我們認為影響測量精度的主要因素為：（1）基準站與流動站之間無線電信號傳播質(zhì)量對gps定位精度的影響較大，因此，基準站最好遠離無線電發(fā)射站、變電站、高壓線路等無線電干擾源，與大面積水域保持距離?；鶞收疽膊荒芊胖迷陔x建筑物太近的地方，否則會影響對衛(wèi)星定位信號的接收。（2）要在每次測深前，對測深儀作零位和測深比對校正。根據(jù)水質(zhì)變化情況，適當調(diào)整測深儀的工作頻率，并利用測深桿（錘）進行數(shù)據(jù)比對，以選擇合適的工作頻率。（3）由于gps采樣與測深儀采樣頻率不完全同步，工作時因測量船不停移動，加之風浪影響，測得的平面位置和水深可能會存在誤差，因此，測量船的航行速度要盡量保持平穩(wěn)，且不能太快，風浪大時要停止測量。（4）測深儀換能器要浸入水下20cm左右，且當水深小于30cm時不能準確測量，需要用測深錘（桿）進行補測。6結(jié)束語采用超聲波測深儀和gps全球定位系統(tǒng)組成的水下地形測量系