水深测量中RTK高精度定位技术的应用探讨

刘勇锋

摘要：近年来，随着我国科学技术的进步，RTK技术也在海洋测量中得到了广泛的应用，使用RTK技术进行海上测量，不仅在很大程度上提高了测量人员的工作效率，而且也提高了测量的准确性。RTK技术主要是以水上导航测量软件为支撑，进行水深测量，作为一项新型技术，在水深测量的过程中得到非常重要的应用，随着该项技术的日臻完善，目前已经成为水深测量过程中的主要测量技术。本文主要介绍了RTK技术的优势，并对RTK技术在水深测量中的应用进行了有效的分析。

关键词：RTK技术；水深测量；分析

引言

传统的水深测量需要进行验潮，将采集的水深数据进行水位改正，归算到所需要的当地理论基准面，再通过时间将平面位置和水底高程匹配，获得测区三维数据。这在海况较为理想且测量区域较小的情况下，可以得到准确的测量成果。但是在测量区域大，海上风浪影响较大的情况下，验潮的精度不高且工作量非常巨大，这会直接影响水深测量的精度。随着全球定位系统技术的发展，特别是 RTK 技术的不断进步，采用 RTK 无验潮方式进行水深测量将逐渐代替传统的水深测量方法，采用 RTK 技术，就可以不需要验潮数据，直接可以获得所需要的三维数据，这样不仅减少了外业测量人员的工作量，还有效提高了工作效率，从而带来了更大的经济效益。

1.RTK技术的优势

RTK-GPS定位技术（Real-time kinematic，简称RTK）是通过载波相位观测的数值为参照依据的实时差分GPS定位技术，进行动态测量的一种过程。在RTK作业的过程中，基准站是在数据链的作用下对其观测值和观测站坐标信息同时送到流动站。在整个测量的过程中，流动站要由数据链接受来自基准站传送的数据，并且对GPS观测到的数据进行采集，并在系统内组成差分观测值，进而进行实时的处理，并且还要通过输入相应的坐标转换参数、以及投影参数，实时得到流动站的三维坐标和精度。

1.1RTK技术提高工作效率

RTK定位技术能够应用在陆地和采样中的测量工作，并且是一种重要的测量技术，同时，在水利工程和海洋工程中也得到了重要的应用，并且随着RTK-GPS技术的不断成熟，使得对水下地形的测量变得更为精确。过去的水深的测量通常都是使用经纬仪角的交会、红外测距仪器离交会或者应答仪器等，利用天线定位设备进行定位，由于这种仪器在测量时，对气象的要求比较高，所以测量工作受到气象的约束，使得平面精度无法保证，加大了工作的难度，外业的测量人员作业条件比较艰苦，而且测量时间较长。而使用GPS技术之后，这些影响水上测量工作的问题会得到有效的解决。在GPS技术不断完善的基础上，通过与RTK技术的结合，使得水下地形测量工作的变得高效，并且能够有效的降低了测量工作人员的劳动强度，自动化水平不断提高，节省了工作时间、而且测量精度高，测量工作效率高，进而提高工程的经济的效益。

1.2RTK技术与多波束探测技术

在现階段水深测量技术中，多波束技术与 RTK-GPS 技术是最常见的两种，其中，多波束技术能够实现水声与传感器集成完成水深测量，而 RTK 则能测定三维坐标及完成数据统计。多波束探测需要具有综合性和复杂性，除了具备采集、传感等功能，还应该具备声学系统和数据处理功能。RTK-GPS 技术是水深测量当中另一项重要技术，该技术能够通过三维的时间、空间信息，来形成水深探测的 tcs 坐标系，再通过坐标的方法将计算所得的潮位通过 1PPS 时间脉冲进行输出，在与传感器进行协同工作时，RTK 的实时同步水深数据可以消除时间偏差，提高测量精度。

2.RTK 水深测量的作业步骤

外业测量共分3 个步骤：测前准备、外业数据采集和测量数据后处理。

2.1测前准备

求解转换参数，收集测区周边的控制点信息，要求控制区域能有效覆盖测区，根据收集的控制点的 WGS-84 坐标和当地坐标，求解参数。新建作业，新建的任务里设置好椭球、中央子午线、投影参数、图形转换参数及定义测量区域。调入计划测线，将事前设计好的测线导入测深仪主机中。

2.2外业数据采集

将换能器垂直水面固定在船舷边，精确量取换能器吃水深度以及水面至天线的距离，输入到仪器中。然后将 GPS 接收机、数字化测深仪和换能器等连接好后，打开电源。测深仪实时记录测量数据，显示器中一般设置每行走5m 记录 1 点，其他设置，如定位仪和测深仪端口、记录限制（选择 RTK 固定解）、换能器吃水深度、天线偏差改正等设置好以后，就可以点击测深开始测量。记录数据前，用测深杆测得的水深数据与测深仪测得的水深数据进行比对，较差在限差范围内即可指挥测量船开往测区进行测量。

2.3 测量数据后处理

测量数据后处理是指使用测深仪配套的数据处理软件对测量数据进行后期处理，数据处理流程如图 1 所示。

3影响水深测量精度的因素及相应对策

RTK高程的可靠性、同步时差、采样的速率及船体的摆动等会使使用无验潮方式测量水深的准确度产生误差。这些因素造成的误差大于RTK定位误差。减少这些因素影响会大大提高测量精度。

3.1船体摇摆姿态的修正

电磁式姿态可以将船的姿态进行修正，电磁式姿态可以修正位置和高程。船的航向、纵摆、横摆可以通过姿态仪输出，然后在经过专用测量软件进行修正。在数据后处理时可以输入这些改正数据，提高水深数据的处理精度。

3.2 采样间隔和同步时差造成的误差

RTK 输出率影响到数据采集的精度和密度，而测深的输出率也不尽相同，数据输出延迟也各有不同，所以 RTK 的定位时间和水深测量时间差造成误差，该项误差在数据后处理时，可在软件中的延迟校正中加以改正，延迟改正量可在实际外业测量中选择有坡度的地形往返测量计算得出。

3.3 RTK高程可靠性的问题

RTK高程在测量水深方面的可信度成为人们注意的焦点。实践出真知，通过将RTK高程测量的水位与人工观测的水位进行比较，其误差很小，其可靠性通过实践结果可以看出。为了确保作业无误，可以采集的数据中提取高程信息绘制水位曲线。根据曲线的元化程度来分析RTK高还曾有没有产生个别跳点，然后使用原话修正的方法来改善个别错误的点。

4、无验潮水深测量数据

为了验证无验潮水深测量数据的可靠性，以某水道水深测量为例，在利用 RTK 进行无验潮模式水深测量的同时，还按常规的有验潮站的模式进行潮位数据采集。由于水道长度较长，在岸边设置了若干个验潮站，在当天距测量区域最近的验潮站进行潮位数据采集，每 10min 观测 1 次，测量时间与水深测量时间同步，验潮数据（包含验潮站编号和高程、水面高程及测量时间等）按相关规范要求记录在手簿上。水道测量区域内的海面较为平静，利于水深测量的开展，潮位改正采用单站验潮水位改正的方法。为了比较无验潮方式与人工验潮方式处理得到的数据的误差，将 2 种方法处理得到的数据进行比较，比较结果为：重合的点数为 3 671 个，其中高程互差≤0.2m 的点数3347个，占总点数的 91.2%；高程互差≤0.3m 的点数有 3671个，达到100%，高程较差的平均值为 5cm，符合《水运工程测量规范》（JTS 131—2012）的规定。

结束语

使用 RTK 技术进行水深测量，可以同步进行水位数据采集，实现无验潮方式水深测量，测量精度可靠，可用于实际工作当中。使用 RTK 技术进行水深测量，不进减少的测量工作量和人员配备，还节省了成本，提高工作效率和经济效益，是一种值得广泛推广的测量技术。综上所述，为了避免受到自然条件影响所产生的测量误差，现阶段在进行水深测量技术的选用时，工作人员往往会选择多波束与 RTK 三维技术相结合的方式，保证测量的准确性。经过测量实践可以看出，相比单独的多波束技术测量，二者结合的测量方式稳定性更高。

参考文献：

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[3]王彤阳. 水下工程中 GPS-RTK 技术的应用[J]. 建筑知识，2017，05