GPS结合测深仪河道水下地形测量原理与应用分析

蒙帆

摘要：由于具有实时定位、精度高、速度快等优点，GPS-RTK技术得以迅猛发展。在水下地形的测量过程中，采用GPS技术使得测量更为准确，受人为干预较少，自动化程度高。本文首先对GPS结合测深仪技术测量河道水下的地形原理进行分析，然后阐述在湘桂线扩能改造中河道水下地形测量中的应用和作业过程，并结合广西省的水文地质，探讨了实际应用中应注意的相关问题。

关键词：GPS；水下地形测量；测深仪；测量精度1.前言河道水下的地形测量是一项对水下地形的起伏和地物的测量工作。GPS-RTK作为一种实时动态技术，不容易受到河流状况的影响，具有较高的测量效率和准确度，可以实现观测的同步性。目前所采用的对河流、水库等水域的水下地形测量方法都是采用高精度的GPS定位和数字测深技术相结合的地下测量系统，可以快速而又准确地实现水下地形点的三维坐标测定，同时也能测出地面部分的水深，将采集到的平面位置和高度信息同时输出，并经处理转化成图像信息。

2.GPS系统的组成和工作原理2.1GPS系统的组成水下地形测量作业系统主要由基准站和流动站两部分组成，GPS接收机和数据链组成基准站，GPS接收机、数据链测深仪、计算机、测量软件以及计算机外部设备组成了流动站。

本次水深测量采用数字化测深仪结合GPS-RTK方式进行水深数据采集，平面定位采用南方测绘公司GPS灵锐S82系列，测深仪采用S48超声波测深仪。

2.2GPS结合测深仪河道水下地形测量基本原理水下地形的测量主要分为定位和水深测量两大部分。在测量过程中，GPS可以实现水位测量的定位和水面高程的测量。

S48超声波测深仪可以实现水深的测量。它依靠声波发射器发出声波，遇到水下地形的阻碍，声波开始返回来，利用声波反射回来的信息就能计算出声波发生器与水底之间的距离，然后依据吃水的标准修正测量结果。根据平面控制网布设及其控制高程的测量成果，通过测量水深和测时库水位，推求水下测点高程，并经过数据处理和按要求在一定比例图上描绘成图得出库区水下地形测绘成果。

3.应用分析3.1平面控制网的布设和施测测量项目地处于广西壮族自治区西北部，在进行测量之前首先要进行平面控制网的布设和施测工作。

在布设平面控制网时，首级的控制网要布设GPS控制网。

库区以C级GPS控制点为起算点，加密到E级GPS网或一级控制网。在E级及一级控制网的基础上，采用GPS-RTK结合全站仪方式适当布设二级控制点，以满足发展图根点的需要。

高等级控制点按相应标准埋设固定标石，顶部嵌入固定标志，并绘制点之记。

在对平面控制网教学施测时，选用GPS控制网和导线网等布测方法。首级平面控制测量布设GPS控制网；一、二级基础控制网采用快速静态GPS观测方法进行测量，如不满足GPS观测条件应采用导线测量，图根可采用GPS-RTK和图根导线相结合。

对GPS控制点点位进行选择时，要保证点位既能满足GPS的观测条件，又方便常规控制测量的使用。控制点要有利于长期保存、安全作业且能有利于置GPS接收机的安置和操作。控制点选择位于视野开阔的地方，周围障碍物高度角不超过15o。

同时，要考虑避免靠近发射源，距离大功率无线电发射源不得小于200m，距离高压输电线不得小于50m，以免对信号产生干扰。

3.2水下地形测量3.2.1控制高程的测量本次高程测量采用四等水准联测位于平坦地区的部分E级GPS点和一级控制点，尽可能考虑联测到最多的E级GPS点和一级控制点，没联测的GPS点采用GPS高程拟合，高程起算点采用已测得四等水准高程。采用DS3200水准仪进行观测，其技术指标为安平精度±0.3″圆水泡精度8′/2mm，望远镜倍率32×100，每公里往返测量标准偏差1.0mm。

3.2.2水深的测量水深测量按《技术设计书》要求作业，采用GPS-RTK无验潮站方式进行，水深测量的系统由GPS接收机、数字化测深仪、数据通信链、和便捷式计算机等组成。测量作业分三步：测前准备、测量数据采集和数据的后处理。

（1）测前准备。水深测量外业作业在安装设备时，为尽量减少测船的速度对吃水线变化的影响，一般将测深仪的换能器安装在距测量船中舷处，做好对换能器吃水深度和船只吃水深度的记录工作，并在后期数据处理中加以改正。同时，在测深仪开始工作前后，要对测深仪进行检校，保证水深测量正确性。

（2）在水深测量测量过程中，作业人员除保证仪器设备正常工作外，随时监视记录情况，发现异常浅点，立即加密探测。

（3）数据采集时，要保持船体的平衡，注意测船的速度。

由于船体的倾斜会影响定位和定深的精度，使得测量和GPS的定位位置发生偏移，影响作业精度。测船的速度不宜过快，也不宜过慢。速度过快会导致点位的坐标精度降低，水下地形测绘的精度，速度过慢会导致测量数据的增多，增大了数据处理的难度，同时也会造成财力物力的增加。

（4）对数据进行的后处理时，在当日外业测量结束后，测量人员即整理测量资料，检查所有记录并对异常水深进行判别：将假信号剔除，非假信号仔细判断深度。

最后，在外业数据的采集完后，需要内业工作人员应对外业测量结果进一步核实并按《技术设计书》有关要求绘制水深测量图。

最后，需要内业工作人员应对外业测量结果进一步核实并按《技术设计书》有关要求，绘制水深测量图，将形成的水下三维坐标导入数字成图软件，生成等深线后，进行图面整饰，然后输出图形。对于水深点注记密度过大处，按取深舍浅原则取舍，对所采集的数据进行水深取样分析，对于水深不满足要求的浅点或区域进行特别标注待外业检查核实。

4.结束语GPS结合测深仪应用于河道水下地形的测量，提高了作业效率和节省人力物力，增大了测量的精度，促进了河道水下地形测量的自动化发展。测量的成果不仅仅是地形图，还有可共享的数字化地形信息。在测量过程中，能够及时发现并解决问题，最大限度地提高了测量精度。

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