GPS RTK在水利工程水下地形测量中的应用

浅谈GPSRTK在水利工程水下地形测量中的应用摘要：本文简单介绍了gps、rtk技术水下地形测量系统的原理及在水下地形测量中的一般步骤程序，并结合中海达测深仪在水利工程中的应用，重点通过对rtk技术在水下地形测量中影响精度因素的分析，提出了相应的应对措施，从而对质量进行有效控制，最大限度地避免重测现象的发生。摘要：地形测量系统；操作程序；系统特点1前言我公司主要业务是采用挖泥船进行水利工程中河道工程的疏浚和扩挖，因此，经常要进行河道水下地形测量，以掌握河道疏浚工程质量。并且工程完工验收，也是需要进行大范围的河道水下地形测量。水利工程测量较其它工程有许多不同点：（1）水利工程多位于相对偏远的地区，已知控制点少；（2）测量区域一般由分散的水工建筑物或带状河道组成；（3）建筑物测量要求精度高，河道测量精度不高；（4）工作条件复杂，通视条件差，河道测量工作中经常遇到树木遮挡，水上测量困难。以往的水利工程水下地形测量，主要采用断面索（测绳）或水准仪视距法或经纬仪交会定位，利用测深锤测量水深，该测量方法不仅操作困难、投入人力多、效率低，受气象的影响大，外业测量人员很艰苦，成图时间长，而且精度差。随着工程测量数字化技术和设备的不断推广应用，近几年，采用超声波测深仪和gps全球定位仪组成水下地形测量系统，能十分方便、快捷、高效、精确地进行河道河床水下地形观测。2gpsrtk水下地形测量系统组成河床水下地形观测主要是测量各观测点的水平位置和相应的水深，并通过水位等数据来推算各测点相应的高程，从而绘制出河床断面图或水下地形图。以往对断面宽在100m之内的河道，主要通过拉过河断面索法来测量各测点的水平位置，而对于河道较宽，拉过河断面索困难的河道测量，往往采用水准仪视距法或经纬仪交会法。对水深往往采用测深锤、测深杆、铅鱼等方法测量，然后通过相应的水位计算出各测点的高程。采用上述方式进行测量，不仅测量困难，工作效率比较低，而且受水流、风浪等因素影响，测量精度也不高。随着gps技术的发展，网络rtk测量技术在工程测量中得到了大大应用，目前，gpsrtk技术在水利工程河道测量工作中基本上取代了以往的测量方法。采用超声波测深仪配备rtkgps全球定位系统组成一个水下地形测量系统，利用测深仪测量水深，gps全球定位系统提供测点的三维坐标。2.1超声波测深设备超声波测深仪主要由超声波换能器和测控装置两部分组成。超声波换能器用于超声波发射和接收，测控装置控制仪器发射、接受和对接受数据进行分析处理。它是以水体为超声波媒介，测深时将超声波换能器放置于水下一定位置，换能器到水底的深度可以根据超声波在水中的传播速度和超声波信号发射出去到接收回来的时间间隔计算出来。2.2gps全球定位系统在河道河床水下地形观测时，利用gps全球定位系统可以测定各观测点的三维坐标，即：水平位置和高程。我们常用的中海达双频rtkgps定位系统，它由基准站和移动站组成，其中，基准站包括：一体化蓝牙gps接收机、无线发射电台、遥控终端和电源系统，移动站包括：gps接收机、蓝牙手簿等。其主要技术指标见表2。3水下地形测量系统主要操作程序在较开阔场地架设固定基准站、电台，安装gps接收机；在小船上安装固定超声波测深仪，并将gps移动站与测深仪连接；启动gps，通过控制手簿设定系统坐标；启动测深仪，设定坐标、水深、工作频率等基本参数；采用计划线或散点法进行测量和数据采集、贮存；将测量数据导入专用水下地形测量绘图软件进行数据处理、分析，绘制水下地形图。4水下地形测量系统的特点超声波测深仪配上双频rtkgps定位系统，组成了一套先进的水下地形测量系统，该系统不仅体积小、操作简单，而且测量精度高、工作稳定可靠，可全天候工作，主要特点有以下几点：（1）操作简单易学无论是超声波测深仪，还是rtkgps定位系统控制手簿，都配备了windows操作系统，全中文界面。超声波测深仪配备12英寸电阻式触摸屏和专业导航测量系统，操作简单易学。（2）工作快捷方便测量系统设备安装方便，操作简便。测量过程中，测量船只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范围内任意行走。测量数据无须人工记录，由测深仪电脑自动记录保存。（3）测量精度高该水下地形测量系统测量数据连续、即时显示和保存，工作稳定，测点数量多，测量精度高，而且可基本消除波浪对测深数据的影响。为了减小定位误差，一般将gps固定站与移动站的最大距离控制在1km范围内，因此，测量精度完全满足规范要求。（4）数据处理简单测深仪可以实时记录保存各测点的水平坐标、高程和水深，将数据文件导入装有水下地形绘图软件系统的电脑，即可绘制出水下地形图、断面图，并可进行数据分析处理。5实际应用情况我公司自2003年开始应用中海达gps星标机到2007年开始应用中海达gpsrtk加测深仪进行河道地形测量技术，经常利用该水下地形测量系统对我们施工的河道工程进行断面观测和水下地形观测，实际应用情况证明，应用该水下地形测量系统进行河道工程测量，使得过去非常耗时、耗力且困难重重的水下地形观测变得十分方便、快捷，尤其是测量精度大大提高。利用该设备，只要配备一条船、几个人，不仅测量速度快，节省人力，更重要的是测量精度得到了保证，而且数据处理也十分快捷。在使用中我们认为影响测量精度的主要因素为：（1）基准站与流动站之间无线电信号传播质量对gps定位精度的影响较大，因此，基准站最好远离无线电发射站、变电站、高压线路等无线电干扰源，与大面积水域保持距离。基准站也不能放置在离建筑物太近的地方，否则会影响对卫星定位信号的接收。（2）要在每次测深前，对测深仪作零位和测深比对校正。根据水质变化情况，适当调整测深仪的工作频率，并利用测深杆（锤）进行数据比对，以选择合适的工作频率。（3）由于gps采样与测深仪采样频率不完全同步，工作时因测量船不停移动，加之风浪影响，测得的平面位置和水深可能会存在误差，因此，测量船的航行速度要尽量保持平稳，且不能太快，风浪大时要停止测量。（4）测深仪换能器要浸入水下20cm左右，且当水深小于30cm时不能准确测量，需要用测深锤（杆）进行补测。6结束语采用超声波测深仪和gps全球定位系统组成的水下地形测量系