GPS和测深仪组合技术在水下地形测量中的应用

GPS和测深仪组合技术在水下地形测量中的应用

赵立峰

黑龙江省林业设计研究院 邮编 150080

摘要：本次研究对GPS和测深仪组合技术原理实行分析，然后对GPS和测深仪组合技术作业流程情况作以刍议，对GPS和测深仪组合技术在水下地形测量中的应用策略进行探讨，主要将该项技术运用到了测区系统校核、测前准备、外业数据采集、水下地形测量中，能够充分发挥出GPS、测深仪组合技术的最大作用。

关键词：GPS；探深仪组合技术；水下地形；测量；应用

前言：为加强城市防治能力、蓄洪能力、航运能力等，应实行水下地形测量工作，可使用测量仪确定地下三维坐标，涉及平面定位、水深测量相关内容。以往工作人员的工作任务量较大，仪器需安装至不同的测站，内业作业时会进行重复性工作。因而建议应用计算机计算，有效运用GPS、测深仪组合技术，以此提升测量精度、降低工作人员的工作强度^[1]。
一、GPS和测深仪组合技术原理分析

GPS、探深仪组合系统，经基准站、流动站构成，基准站通过GPS接收机和数据链所组成，而流动站包括接收机、数据链探深仪，以及计算机、测量软件、计算机外部设备等。GPS、探深仪组合系统形成了GPS联合计算机、数字测深仪的模式，经GPS RTK实时载波相位差分技术处理，能够同时对2个测点载波相位差分进行测量，便于获得水面点平面坐标、高程，测深仪能获得这一位置的水深情况，解算出这一点垂直的水平地形坐标^[2]。
二、GPS和测深仪组合技术作业流程情况刍议

这一技术原理为可将GPS流动站天线、测深仪换能器置于相同平面部位，建议设置于小船上以此确保RTK数据、测深仪数据及时传输至PC位置。在作业过程中流动站会结合基准站情况，经电台发送完成修改的测量值，这时有助于获取点位精度平面坐标，在早期传输至PC位置。在此之后，将这一平面位置水深数据传输至PC位置，PC能够结合观测水平高程，对该平面位置水平下高程坐标进行测量，通过和RTK获取平面坐标构成水下点三维坐标，及时将相关数据信息输入到数字成图软件中，编辑生成水下地形图、满足实际需求。通过差分GPS、测深技术结合的方式，实行水下地形图测绘作业，主要包括架设基准站、配置流动站，以及检测和水下地形测量、数据处理几个方面内容。其一，需将GPS基准站架设于控制点，布设参考站RTK模式、基准点坐标，以及天线、无线电台相关参数等，然后开启基准站获取基准站电台的发射信号；其二合理配置流动站，对船上GPS天线、天线电接收天线作以安装处理，然后开启流动站、实行RTK测量，跟踪卫星数量＞3颗、接收无线电信号，即可作以初始化处理，在固定解窄带的时候能保证定位的准确性^[3]；其三，认真做好计算机、流动站GPS接收机，以及探深仪和显示器的连接工作，这时可开启导航软件、测深仪。导航信息窗口可获得定位及水深相关信息，定位信息、控制器定位信息相同，测深仪测水深、具体水深作以对比处理，便于及时获取相关修整的参数信息；其四，开启测量船后于计算机显示屏、外接显示器，可见测船示意图、测船动态点位及水深，要求对测船进行严格控制，使其能遵循航道线路正常航行。测量期间软件会促使测图遵循相关标准，采集水下地形测点平面位置数据、水深数据，妥善存储于文本中；其五，完成野外施测工作后，对室内原始数据作以相应的处理，比如：水深取样、改正输出、数据合并及格式转换等内容，要求遵照数据成图软件相关标准，逐渐形成地形点数据文件，然后通过文件做好等深线记、等深生成、图形保存等方面工作。

三、GPS和测深仪组合技术在水下地形测量中的应用策略探讨

（一）在测区系统校核中的应用方法

未获得准确的水下三维数据信息，要求在水下测量之前对RTK测量精度校验，建立良好的平面、高程转换的关系，校核部分控制点静态平面成果、水准高程成果，会于误差的范围测量RTK校核测量水准高程控制点，这时平面误差＜5cm、高程误差＜5cm，提示测区拟合成果安全、可行。

（二）在测前准备工作中的应用方法

采取全数字测深仪，GPS RTK流动站接收机、测深仪，经数据线连接实行导航定位、实时采集测量点三维坐标，在确定仪器后保证换能器稳定固定于船线位置，换能器置于水中的深度范围内，旨在避免发生水中运动所致气泡假水深数据的现象，然后使得移动台、测深仪端口正常连接，对移动天线高度、探头深度作以测量处理^[4]。

（三）在外业数据采集中的应用方法

确保移动站、测深仪，固定于船上并做好连接工作，这时可将测深仪配备的软件打开、形成新的工程项目，结合具体要求设置坐标系统、投影和中央子午线相关参数信息。建议将测深仪、流动站接收机保持连接的状态，通过自由行软件设置流动站天线的高度，在初始化后产生固定解数值，通过矫正的方式对正向导基准站架设已知点实行单点校正处理。最后，做好已知点坐标检查工作、测深仪参数设置工作。

（四）在水下地形测量中的应用方法

数字测深仪，可发挥声波传导性进行水下地形测量，经振荡器发出超声波后会遇到障碍物，利用接收器及时接收到反射的声波，以时间差t计算出距离D为Ct/2，其中C代表超声波波速。在水下地形测量的过程，使用GPS RTK、数字测深仪，以及计算机进行作业，要求相关作业人员测量前明确测区的范围，遵循相关标准进行测量前侧线设计工作。除此之外，可使用RTK定位定向功能对船航行状况作以指导，通过使用计算机测深软件获取观测船只航向、航速，以及船只平面坐标、水深、RTK解状态相关信息^[5]。声波于水中传播速度，容易受到水温、水深，以及水的盐度等因素所影响，这时要求对相关参数作以修改处理，从而提高测深数据信息的准确性。

通过测深仪连接杆，对测深仪、RTK进行连接，然后使得完成连接处理的连接杆安装于船只位置，测深仪深入到水下。连接杆、水面为垂直的状态，连接杆、船只位置维持现状，RTK能够获取平面坐标、高程坐标相关信息。如果选择的船只面积较大，应严格控制船只的航速，促使船只相关数据信息准确性得到保障。工作中经1人驾驶、1人使用计算机操作GPS接收机、探深仪；1人选用升抛仪测量声速，以便及时改正声速、处理问题。与此同时，使用船只需保证平稳性、体积大小适中，测深仪换能器需和船只发动机、推进器保持一段距离，目的为降低干扰，换能器安装在船只中前部位置、探头深入水下，目的为确保GPS、换能器位置维持不变。另外，应该科学设置相关参数、使用RTK快速定位技术，观看电脑显示器船只相关信息获取具体位置、航行信息，以便使航线行驶路线正常，然后将数据存储于计算机中得到水底地形相关数据信息。

结束语：GPS RTK测深仪组合技术，在水下地形测量中应用可发挥重要的作用，比如：确保整体工作效率、节省人力资源、及时获取水下相关数据信息等。这就要求水深测量前进行测深仪、RTK试验，确保测区的安全问题，并认真做好测区系统精度校核、测前准备、数据采集、水下地形测量等方面工作。

参考文献：

[1]石绍忠.GPSRTK技术在水库在水下地形测绘中的应用探究[J].建材与装饰，2019，000(003):243.

[2]汪振松.水下地形测量中无人船的应用分析[J].水电水利，2021，5(4):15-16.

[3]刘雨享，张亚中，李玉箫，等.基于GPS的水下可见光通信系统精确对准方案设计[J].通信技术，2019，52(007):1657-1661.

[4]刘雨享，张亚中，李玉箫，等.基于GPS的水下可见光通信系统精确对准方案设计[J].通信技术，2019，52(007):1657-1661.