利用JSCORS进行水下地形测量的方法探讨

利用网络RTK进行水下地形测量的方法探讨

（江苏省地质勘查技术院，江苏 南京 210008）

摘要 利用网络RTK导航定位、测深仪测深进行水下地形测量,结合使用水上测量软件进行实时数据采集和数据后处理,探讨了水下地形测量的一种新方法,并分析了测量成果的精度与粗差处理等有关的几个问题。

关键词 网络RTK 水下地形测量粗差 精度

1 概 述

在水下地形测量中,按照常规的方法是先在测区内布设平面控制点（用于导航定位）、水准点（联测验潮站水尺零点）、临时验潮站（根据测区潮差大小与潮波方向确定临时验潮站的数量与位置，用于水位改正）。通过水上测量软件实时接收单基站RTK GPS（或信标机）导航定位数据及测深仪测深数据,此间所设临时验潮站同时观测水位,以供后处理时计算各采集点实时水面正高之用。由于该方法验潮工作量大且后处理时计算各采集点水面正高是通过内插求得,造成测量数据误差较大,而应用网络RTK结合测深仪就可解决以上问题。

下面以南通港吕四港区进港航道工程水下地形测量（1:5000）进行举例说明。

插图1

2 方 法

先在测区范围内均匀布设控制点（LSG1、LSG2、LSG3、LSG4、LSG5）并测量其坐标成果（包含高程）, 在水上测量软件中输入控制点的WGS 1984坐标和相应的地方坐标，计算出转换参数（插图1）；然后安装并调试仪器，测深仪的换能器悬挂式固定在测船一侧中间部位，量取换能器吃水深度，设置好测深仪声速及吃水参数；安置GPS接收机，GPS天线最

好能安装在换能器固定杆顶部，这样测点平面位置就不需做偏移改正；导航软件上布置水上测量范围,根据测区情况和测图比例尺布置测线，并设置数据采集方式(如按测点间隔距离采集或按测点间隔时间采集),分别连接网络RTK和测深仪,按照布设的测线导航并采集数据。本次测量中为了检核网络RTK测得水面高程的准确性，同时布设了临时潮位站进行潮位观测（在测区上游布设了临时验潮站SW1，下游正好有一个固定验潮站-吕四海洋站，收集了该海洋站的同步观测资料）。利用两种方法计算水底正高进行对比验证。

新方法（本文推荐）：网络RTK测得的水面高程直接减去测深仪实时测量水深即为对应的水底正高。然后根据成图需要可变换成其它数据格式。

传统方法：根据验潮水位计算出对应点实时水面高程，然后减去测深仪实时测量水深，求得对应的水底正高。

3 网络RTK测量粗差的处理

网络RTK的观测值有良好的独立性和精度的均匀性，实际应用当中发现粗差客观存在，并且有较强的随机性和离散性，这种误差的不确定性给数据处理带来一定的困扰，根据的作业特点，可对粗差进行分析并处理。 3.1 走向趋势法

走向趋势法用于网络RTK平面定位坐标数据的处理。水下地形测量船是走航式测深、定位，船只大部分时候都是沿直线匀速行驶的，可以每秒钟记录一次数据，所以记录的平面坐标数据符合直线均匀分布的自然趋势，表现为等间距的直线模型（插图2）。我们可以根据等间距直线模型判断出点778因信号干扰等因素产生了粗差，点778本应在778-1位置。如果778所在位置的水下地形平缓，地貌变化不大，我们可以采用内插法进行内插；否则进行复测。因水上测量软件实时显示测量平面位置及变量，所以测量现场就能看出平面测量数据有无粗差。若有可立即复测，并不会给测量带来额外工作量。根据作业经验平面测量粗差极少出现，所以网络RTK平面测量完全值得信赖。

插图2

3.2 断面图形法

断面图形法用于网络RTK水面高程数据和测深仪测深数据的处理。将每条测线按“时间—GPS水面高程”绘出水面高程断面图，因潮位的变化断面图形呈正弦曲线变化（插图3），所以网路RTK的高程数据可根据断面相邻测点之间的坡度、高差关系检查并平滑修正（插图4）；测深数据可按“距离—深度”绘出断面图形，根据断面相邻测点之间的坡度、高差关系检查并修正明显的测深错误点。这种方法比较简便，目前在测深仪数据粗差改正中得到了广泛的应用，对于大粗差的测量数据较有效。

插图3 插图4

4 与传统测量方法精度的比较

4.1

平面精度的比较

由于网络RTK系统是GPS接收机联机作业即以网络的形式共同完成测量工作，增加了检核条件，并且可以有效地消除系统误差和周跳，提高了RTK和DGPS作业的可靠性。所以比单基站RTK可靠性高。

RTK测量精度取决于两个方面，一是拟合关系的精度，二是观测值的可靠性。拟合关系的精度取决于参与拟合点的个数、点位分布及拟合点自身的精度（控制测量是比较关键的一步，直接影响RTK拟合精度）。由于网络RTK分布区域广，形成了基准点网，整体精度高，所以网路RTK比单基站RTK精度高。 4.2

高程精度的比较

传统的水下地形高程测量，是由临时验潮站的水位根据测量点位置进行内插，求得测量点的水位，然后减去测深仪测量的对应深度，算出测量点水底高程，水位改正为10cm一个分带进行内插处理，即水位误差最大值为10cm，同时验潮仪自身存在测量误差，以及浪涌和时差等产生误差，就是说水位改正误差最大值应大于10cm。经相关权威部门测试, 网络RTK平面实时定位精度优于±3cm,高程实时定位精度优于±5cm。所以利用网路RTK进行水下地形测量比传统的单基站RTK水下地形测量的高程精度高。

在南通港吕四港区进港航道工程水下地形测量中，我们进行了以下水底高程精度统计: 传统方法重复测量点高程测量中误差为:±0.25m;新方法重复测量点高程测量中误差为:±0.17m;两种方法重复测量点高程测量中误差为:±0.31m。从精度统计数据也可以看出

新方法测量精度可靠且比传统方法准确。

当在无潮汐内河进行水下地形测量时，水位基本没有变化，只需测得水面高程进行改正，不需要验潮，此时传统的水下地形测量的高程精度高，但也可以利用网络RTK进行水下地形测量，其测量精度完全满足测量规范要求。

5 总 结

与传统测量方法比较，利用网路RTK进行水下地形测量每天不需要架设RTK基站，不需要进行潮位观测，不需要收集太多的潮位资料；没有了潮位数据的处理与改正。在大面积区域测量具有更大的优势，使得水下地形测量这项工作变得简单、方便、快捷、轻松、高效、经济，可全天候实施测量工作，同时也提高了测量精度。该测量方法值得应用与推广。

参考文献

1 邸国辉,魏东银,张军.水下地形测量高程异常点剔除方法研究[J].湖北辞书出版

社,2003

2 佘继红.网络RTK在数字化测图工程中的应用研究[J].河海大学,2009 3 JTJ203—2001《水运工程测量规范》[S].人民交通出版社出版社,2009

Research on The Use of Network RTK in The Underwater Topographic Survey

(Engineering GeoPhysicalExploration Institute of JiangsuProvince, Nanjing 210008,China)

AbstractWith theuse of the network RTK navigation and depth-sounderin the underwater topographic survey, combined with The hydropro for real-time data acquisition and data processing, research on a new method of underwater topographic survey, And analyzes the accuracy of measuring success and gross errors in handling the few questions.

Key words Network RTK Underwater topographic survey Gross error Accuracy