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摘要： GPS-RTK测量技术最早用在陆上地形测量,由于其具有精度高,操作便利的特性以越来越多由于水上测量。于本文主要详细阐述无验潮水深测量即GPS-RTK在水深测量中的运用,以及传统验潮方法作对比，说明无验潮水深技术测量优越性。
关键词：无验潮GPS-RTK 测深 运用
概述
传统水下地形测量大多使用差分GPS解决平面定位问题，采用验潮数据将测深仪采集的水深数据进行改正，归算到所需要的当地理论基面。再通过时间将平面位置和水底标高匹配，获得测区三维数据。近几年随着RTK的普及和水上导航测量软件的成熟，一种新型的水上测量方式得到推广，并渐渐成为日后发展的趋势，这就是无验潮水下地形测量方法。采用GPS-RTK技术，就可以不需要潮位数据，直接获得所需要的三维数据。
1无验潮水深测量原理
1.1无验潮水深测量系统组成
无验潮水深测量系统主要由GPS-RTK、测深系统、水上导航采集软件三部分组成。测深系统里面有测深仪、换能器。
1.2无验潮水深测量系统工作原理
如图所示，设在某一时刻测深仪采集的水深h2加上船的动吃水h1，就是这一时刻海面到海底的深度，也就是测深仪上显示的数据。L为GPS天线相位中心到测深仪换能器底部的长度。这一时刻GPS-RTK可获得该点的的三维坐标数据（X，Y，h3）。由图很容易计算出这一時刻的海底标高h=[h3-(h1+h2)-L]。此时提取的（X，Y，h）就是该点的三维数据，也就是最终需要的数据。式中L是固定不变的，h1+h2是测深仪实时采集的数据，X，Y，h3是GPS实时采集的数据。
2无验潮水深测量步骤
2.1测区内七参数求取
求取七参数方式主要有两种。一种是通过各地的测绘主管部门获得数据。因为他们了解各个区域的数据资料，可以通过他们是数据计算获得该地区的转换参数；另一种方式是自行求取。具体做法是在靠近测区的岸边选取不少于4个的控制点，一般5个。这些控制点应该尽量选取在平坦地区，而且均匀分布在测区内。联测这5个控制点的，分别得出它们的WGS-84坐标和对应的1954北京坐标和1985年水准高程。最后，取任意其中4个点数据，计算出七参数，另一点供检核使用。在计算七参数时也可以直接将1985年水准高程换算到当地的理论基面，再计算七参数，此时从移动站RTK获得的高程，直接就是以当地理论基面为基准的高程。
2.2外业数据采集
2.2.1基准站架设和移动站比对
将GPS基站架设到已知控制点上，架设按后电台。在手簿中输入该控制点WGS-84坐标数据，仪器高等数据。确认无误后开始发射。值得注意的是，架设基准站的控制点最好能位于测区中比较高的位置，这样有利于移动站信号接收。此时测船工作人员应该将仪器都连接好，在软件中设置好坐标系，投影参数，七参数等。等等移动站接收到基站的差分信号并固定解以后，将测船靠近岸边控制点进行比对。不是特殊规定的水下地形测量时。一般认为平面和高程精度都在±10cm之内，可认为此次比测结果满足要求。等当天的外业采集结束后也需要进行比对。
2.2.2声速测定和测深仪比对
声速测定和测深仪的水深比对都是在测船上进行的。在测区内选择一合适位置，将声速仪抛入水中，通过声速仪数据得出该位置至上而下平均声速。将这个声速值输入测深仪中，进行测深仪水深比对。一般根据要求，每次工前工后都需进行声速测定和测深仪水深比对。
2.2.3数据采集
一切比对完成后，打开采集软件，调入测线文件，进行外业水深数据采集。舵手根据测量软件中的导航数据窗口，掌控船的动态使测船在布设好的测线上进行平稳行驶。在水深采集的工程中，要密切注视测深仪数据和回波是否正常以及RTK定位数据是否为固定解。一旦发现问题，立刻停止采集。待恢复正常后方可继续采集。采集结束比对完成后，将所采集的数据打包、拷贝，移交内业处理。
2.3内业数据处理
水下地形测量内业处理软件业有很多，各软件处理原理可能也不一样。但是主要指导思想都是将测深仪采集的水深数据在电脑上进行回放，根据测深仪回波纸上回波进行核对，对采集的原始数据中假水深进行剔除，生成一个处理后的水深文件。然后再将GPS定位数据和处理后的水深数据通过时间匹配，得出三维坐标。最后通过成图软件进行编辑，绘制，最终出图。无验潮水下地形内业处理和常规水下地形测量内业步骤处理几乎一样，只是不需要进行潮位归算改正。
3无验潮水深校核检查
无验潮水深校核检查主要是通过验潮方式来进行的。在进行无验潮测量的同时，可人工验潮一段时间。后处理的时候提取人工验潮的这部分数据通过潮位处理得出水深图，和无验潮得出的结果相比较，很容易就能检验无验潮测量结果的可靠性。还可以通过软件将无验潮采集的数据中的潮位（上图中那一时刻的潮位td = h3-(L-h1)）提取出来，看看潮位曲线是否平滑，来大体判断测量数据的质量。
4无验潮水深测量使用的几点体会：
1、无验潮减少外业采集的的工作量。特别对于较大面积测量时，解决了由于验潮带来的一系列问题。比如测区周边没有码头和比较的好的平台进行人工验潮等问题。同时还节省了验潮人员的费用，控制了成本。
2、避免浪涌等引起的误差。传统验潮法在测量中由于受到浪涌影响，测深仪换能器随着船的上下起伏而起伏，使测得的水深有瞬时误差。在处理时，通过数学模型只能是减弱其影响，而不能消除，因为波浪起伏规律并不是简单的一个数学模型，很复杂。无验潮法是通过GPS天线高程来直接推算水下高程的，GPS天线与换能器的相对位置不随船的上下波动而变化，始终固定，所以能直接就避免了涌浪引起的垂直误差。
3、精度高。传统验潮法测量精度主要取决于潮位数据的质量，而验潮受风浪、人为读数误差影响比较大，同时DGPS平面定位精度仅为亚米级，在某些精密工程中已经不适用；而RTK平面定位数据和高程数据精度都可以达到cm级。
由此可以看出采用无验潮水下地形测量使得水深测量这项工程变得轻松、简单、高效，但是目前使用还是有局限性，最远也就是距岸边基准站只有10公里，不过我相信，随着GPS技术的发展，特别是GPS后差分技术完善，以后远离岸边使用无验潮技术进行水下地形测量的日子也是指日可待的。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：无验潮GPS-RTK 测深 运用
概述
传统水下地形测量大多使用差分GPS解决平面定位问题，采用验潮数据将测深仪采集的水深数据进行改正，归算到所需要的当地理论基面。再通过时间将平面位置和水底标高匹配，获得测区三维数据。近几年随着RTK的普及和水上导航测量软件的成熟，一种新型的水上测量方式得到推广，并渐渐成为日后发展的趋势，这就是无验潮水下地形测量方法。采用GPS-RTK技术，就可以不需要潮位数据，直接获得所需要的三维数据。
1无验潮水深测量原理
1.1无验潮水深测量系统组成
无验潮水深测量系统主要由GPS-RTK、测深系统、水上导航采集软件三部分组成。测深系统里面有测深仪、换能器。
1.2无验潮水深测量系统工作原理
如图所示，设在某一时刻测深仪采集的水深h2加上船的动吃水h1，就是这一时刻海面到海底的深度，也就是测深仪上显示的数据。L为GPS天线相位中心到测深仪换能器底部的长度。这一时刻GPS-RTK可获得该点的的三维坐标数据（X，Y，h3）。由图很容易计算出这一時刻的海底标高h=[h3-(h1+h2)-L]。此时提取的（X，Y，h）就是该点的三维数据，也就是最终需要的数据。式中L是固定不变的，h1+h2是测深仪实时采集的数据，X，Y，h3是GPS实时采集的数据。
2无验潮水深测量步骤
2.1测区内七参数求取
求取七参数方式主要有两种。一种是通过各地的测绘主管部门获得数据。因为他们了解各个区域的数据资料，可以通过他们是数据计算获得该地区的转换参数；另一种方式是自行求取。具体做法是在靠近测区的岸边选取不少于4个的控制点，一般5个。这些控制点应该尽量选取在平坦地区，而且均匀分布在测区内。联测这5个控制点的，分别得出它们的WGS-84坐标和对应的1954北京坐标和1985年水准高程。最后，取任意其中4个点数据，计算出七参数，另一点供检核使用。在计算七参数时也可以直接将1985年水准高程换算到当地的理论基面，再计算七参数，此时从移动站RTK获得的高程，直接就是以当地理论基面为基准的高程。
2.2外业数据采集
2.2.1基准站架设和移动站比对
将GPS基站架设到已知控制点上，架设按后电台。在手簿中输入该控制点WGS-84坐标数据，仪器高等数据。确认无误后开始发射。值得注意的是，架设基准站的控制点最好能位于测区中比较高的位置，这样有利于移动站信号接收。此时测船工作人员应该将仪器都连接好，在软件中设置好坐标系，投影参数，七参数等。等等移动站接收到基站的差分信号并固定解以后，将测船靠近岸边控制点进行比对。不是特殊规定的水下地形测量时。一般认为平面和高程精度都在±10cm之内，可认为此次比测结果满足要求。等当天的外业采集结束后也需要进行比对。
2.2.2声速测定和测深仪比对
声速测定和测深仪的水深比对都是在测船上进行的。在测区内选择一合适位置，将声速仪抛入水中，通过声速仪数据得出该位置至上而下平均声速。将这个声速值输入测深仪中，进行测深仪水深比对。一般根据要求，每次工前工后都需进行声速测定和测深仪水深比对。
2.2.3数据采集
一切比对完成后，打开采集软件，调入测线文件，进行外业水深数据采集。舵手根据测量软件中的导航数据窗口，掌控船的动态使测船在布设好的测线上进行平稳行驶。在水深采集的工程中，要密切注视测深仪数据和回波是否正常以及RTK定位数据是否为固定解。一旦发现问题，立刻停止采集。待恢复正常后方可继续采集。采集结束比对完成后，将所采集的数据打包、拷贝，移交内业处理。
2.3内业数据处理
水下地形测量内业处理软件业有很多，各软件处理原理可能也不一样。但是主要指导思想都是将测深仪采集的水深数据在电脑上进行回放，根据测深仪回波纸上回波进行核对，对采集的原始数据中假水深进行剔除，生成一个处理后的水深文件。然后再将GPS定位数据和处理后的水深数据通过时间匹配，得出三维坐标。最后通过成图软件进行编辑，绘制，最终出图。无验潮水下地形内业处理和常规水下地形测量内业步骤处理几乎一样，只是不需要进行潮位归算改正。
3无验潮水深校核检查
无验潮水深校核检查主要是通过验潮方式来进行的。在进行无验潮测量的同时，可人工验潮一段时间。后处理的时候提取人工验潮的这部分数据通过潮位处理得出水深图，和无验潮得出的结果相比较，很容易就能检验无验潮测量结果的可靠性。还可以通过软件将无验潮采集的数据中的潮位（上图中那一时刻的潮位td = h3-(L-h1)）提取出来，看看潮位曲线是否平滑，来大体判断测量数据的质量。
4无验潮水深测量使用的几点体会：
1、无验潮减少外业采集的的工作量。特别对于较大面积测量时，解决了由于验潮带来的一系列问题。比如测区周边没有码头和比较的好的平台进行人工验潮等问题。同时还节省了验潮人员的费用，控制了成本。
2、避免浪涌等引起的误差。传统验潮法在测量中由于受到浪涌影响，测深仪换能器随着船的上下起伏而起伏，使测得的水深有瞬时误差。在处理时，通过数学模型只能是减弱其影响，而不能消除，因为波浪起伏规律并不是简单的一个数学模型，很复杂。无验潮法是通过GPS天线高程来直接推算水下高程的，GPS天线与换能器的相对位置不随船的上下波动而变化，始终固定，所以能直接就避免了涌浪引起的垂直误差。
3、精度高。传统验潮法测量精度主要取决于潮位数据的质量，而验潮受风浪、人为读数误差影响比较大，同时DGPS平面定位精度仅为亚米级，在某些精密工程中已经不适用；而RTK平面定位数据和高程数据精度都可以达到cm级。
由此可以看出采用无验潮水下地形测量使得水深测量这项工程变得轻松、简单、高效，但是目前使用还是有局限性，最远也就是距岸边基准站只有10公里，不过我相信，随着GPS技术的发展，特别是GPS后差分技术完善，以后远离岸边使用无验潮技术进行水下地形测量的日子也是指日可待的。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。