GPS RTK技术在海洋测绘中的实施方案探讨

李宏 李明 巫哲轮

摘 要： GPS-RTK技术是将GPS与RTK技术结合起来产生的一种新技术，其应用范围很广，与传统的测量过程相比具有绝对优势，使用GPS-RTK技术进行测量，可以提高测量结果的准确性和精确性。本文对GPS-RTK技术在海洋测绘过程中的应用进行分析与探讨，旨在提高测绘水平。

关键词： GPS-RTK技术；海洋测绘；应用

引言

近些年来，GPS-RTK技术取得长足进步，测量结果越来越准确，在很多领域都有应用。例如地形测量、工程测量、控制测量等过程中都可见GPS-RTK技术。从某种程度来讲，GPS-RTK技术的出现可以看成是测绘领域的技术革命，也是测绘领域中的里程碑。在海洋测绘过程中，测绘难度大，对测绘结果的要求较高，使用GPS-RTK开展海洋测绘，可以提高测绘结果的准确性。当前我国的海洋活动越来越多，加强海洋环境测绘显得越来越重要，GPS-RTK技术的应用也将会进一步提高测绘结果的准确性。

一、GPS-RTK技术概述

（一）GPS-RTK 定位原理及关键技术

GPS-RTK与传统的测绘方法相比较而言，其优势在于该技术可以在环境恶劣的条件下获取cm级的测量精度，而且可以获得实时测量结果，不像其他的测量方法，需要对数据进行解析之后才能获得精度较高的数据。因为GPS-RTK技术将GPS技术与RTK技术很好地融合起来，实现载波相位动态实时差分，这在传统的GPS测量过程中是一个较大的突破，能够提高测绘作业的精度和效率。在测量过程中，GPS-RTK基站首先要收集好相关的观测坐标，然后通过数据连接，将观测值发送到流动站上，然后再进行GPS定位，得到测量点的位置，将位置信息录入系统中，系统再将其组合成为差分观测值，然后再对观测值进行处理，迅速得到cm级的测量结果。在搜集数据、计算数据、整合与输出数据的过程中，总共时间不会超过一秒，而且在进行测绘的时候，无论被测对象是静态的还是动态的，都可以及时测量，得到精确结果。GPS-RTK及时在追踪观测值的时候，一般需要四颗卫星同时工作，才能绘制出更加全面的图像，使得实时定位结果成为可能。GPS-RTK技术的核心就是数据的处理和传输，基站要时时刻刻对数据进行收集、处理，然后及时传输到流动站上，减少数据传输过程中的耽误情况。

如何获取GPS-RTK参数是测绘过程中考虑的重点问题。根据GPS-RTK技术原理，在测绘的时候，对于各个数据的采集、接收和处理，都采用WGS84坐标系，使用相同的坐标体系可以使得整个测绘过程更加规范，避免使用不同的坐标系产生的数据混淆问题。具体测绘过程中，首先要将参考站的起点固定在一个坐标上，并且同时计算坐标发生的变化，然后利用电波进行实时传送，等流动站接受到这些电台传送来的坐标数据的时候就可以进行处理，从而得到符合条件的数据。

二、GPS-RTK技术在海洋测绘中的应用

（一）GPS-RTK 技術在海面测绘中的应用

我国的海域面积十分辽阔，对海域面积进行测绘是海洋测绘中的一个基本内容，在测绘过程中应该要按照相应的标准和规范设施测绘过程。在海域区分过程中，一般会根据其用途分为不同的类别，比如港口、航道、路桥、养殖及填海造地工程等，根据使用用途的差异对其进行区分。使用GPS-RTK技术进行测绘，就不需要再依赖于用海项目的控制点，移动站在目标位置进行测算就可以。比如在海域面积施工放样过程中，RTK差分技术与以往放样过程完全不同，放样的数据可以直接输入计算机中，同时移动站可以直接指示出测量的移动方向以及测量的目标位置。在目标位置上，移动站会显示出数据是否符合放样精度，当数据符合精度要求的时候，会自动提示已经成功放样，并且知道测绘人员开始下一步施工。RTK差分技术还可以实现反复作业，不用重复输入设计的数据，也不用担心数据计算过程中出现差错，简化了测绘流程，而且提高测绘精度。

（二）利用GPS-RTK技术测量水深

对水深进行测量是海洋测绘中的重要内容，需要使用回声测深仪，其中回声测深仪的基本原理是基于声波在水中的传播特性理论，当声波在某种介质中的传播速度是保持在一个范围之内的，当声波从一种介质进入另一种介质的时候，其传播的速度会发生变化，而且会出现反射、折射等物理现象。在传播过程中，声波的能量会随着传播距离的增加而逐渐减弱。正是由于声波传输的基本原理，可以用来测量水深，而且利用这个原理来测量也是最简单、最准确的方法之一。如下图所示，为水深测量原理图：

从原理图可知，首先在传递安装可以发射超声波的发射换能器A与能够接收超声波的接收换能器B，A和B之间的距离假设为S，将S称为基线，发射换能器A可以间歇向水下发射频率为20～200kHz的超声波，等超声波达到水底之后，一部分能力会被吸收，一小部分能量被反射回来，此时接收换能器B会接收反射回来的声波，并且将反射回来的声波转化为电振荡，再通过电路放大、转换，将水深显示出来。假设从A开始发生超声波起，直到B接收到回声声波的时间为他，换能器表面到水底的距离用h表示，也就是水深，如上图所示，可以得出水深公式为：

其中H代表的是水面至水底的深度，单位为米，D代表的是水面到基线水平面之间的距离，也就是换能器的深度，单位为米，s表示发送和接收换能器之间的距离，单位为米，c表示声波在水中的传播速度，单位为米/秒。根据上述公式就可以求出水深。

（三）GPS-RTK 技术近海航道水下地形测量的应用

水下地形勘测的作业环境比较复杂、特殊，实施水下地形测量比水上海域测量难度大很多，因此在测绘过程中要根据实际情况采取合适的定位方法和测绘方法。在定位测量过程中常用的有回返水声定位、GPS卫星定位、无线电测量定位等方法，这些测绘方法可以单独使用，也可以结合起来使用。在具体的测绘过程中可以将GPS- RTK与测深仪同时使用，对水下地形环境进行测量。首先，应该要选择一个近海的岛屿设置数据采集基站，对测绘过程中的数据进行实时采集。其次要利用GPS定位设备，按照规定的间隔时间，向水下发射超声波，通过水下反射回来的声波，可以计算、分析出水下地形环境。另外，在测绘过程中要得到实时数据，使用GPS-RTK技术可以实现，按照1：2000的比例尺绘制所测量航道的水下地形图，并且在测量过程中保证作业的范围控制在15km以内，使得数据实时同步，保持基站与卫星之间通信良好，接收站高效运行。在测绘过程中可以实时得到数据，一旦发现数据有误，存在虚假的信号，则要立即将这些数据删除，如果数据不清晰，也要进行重新测绘。

结语

综上所述，GPS- RTK技术在现代测绘领域中的应用十分广泛，在海洋测绘过程中引入GPS- RTK技术，可以提高检测的进度，而且对外界环境的要求低，即使外界环境出现台风、大浪等比较恶劣的天气，依旧可以采取该技术对海洋相关参数进行测绘，不会影响测绘结果。相对于传统的测绘方法而言，GPS- RTK技术的测量效率明显提升，可以获得实时、有效的数据，并且提高了测绘过程中的成本控制水平。

参考文献

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