GPS RTK技术在青海湖容积测量中的应用

(1.青海省水文水资源勘测局，西宁 810001；2.北京迈时永信科技有限公司，北京 100094)

GPS是一种卫星定位和导航系统，随着GPS技术的应用发展其越来越受到人们的关注，能够显著提高定位性能。GPS技术的应用带来了控制测量方法的创新，能够实现厘米级的精度[1]。(1) 我们经常使用GPS技术来提高现场操作的效率，实时动态RTK技术是一种常用的测量技术，然而其是使用载波相位差来开展实时处理的。近年来，RTK技术发展迅速，RTK技术的出现为项目布局，地形测绘和各种控制测量带来了新的操作方法。它是GPS应用的里程碑，特别是在水下地形中使用RTK技术，效率提升更为显着。(2)本文通过RTK技术在青海湖容积测量水下地形数据采集中的应用，介绍其作业流程、数据处理及优势，并得出一些经验性结论。

1 工程应用实例

1.1 测区基本情况

在本次测量中，首先测量了国家水利湖，所选择的是青海省中国最大的盐水湖—青海湖，所测量的地形图比例为1∶50000，青海湖总体呈椭圆形，占地面积为4240平方km，南北宽64km，周长为365km。

1.2 设备和软件

在本次测量过程中，使用的是美国双频 GPS，型号为 Trimble sps46。探测仪的型号为 ECHOJRAC MKⅢ。便捷式电脑，其中带有两个串口，可以通过外接屏显示。所需要的电脑软件为水文综合测量软件，以及EPSW绘图软件。

1.3 坐标和高程系统

在本次测量过程中，平面坐标系使用的是CGC2000坐标系，参考国家1985高程系统。

1.4 准备工作

(1) 设置NMEA，GGA的输出各式，电脑的其中一个串口需要接到移动台主机上，第二个串口需要接到发生器上，启动水文综合测量软件之后设置好相应的参数，包括频率和类型参数，将聚合参数文件驱动发送到主机CGA信息上。

(2)需要进行海洋导航软件的设置。当项目新建之后，需要执行投影设置，以采用的坐标系为CGC2000，采用高斯投影6°带的投影方法，中央子午线为99°，采用坐标计算3个参数，分别对应两个坐标，分别是WGS84和CGC2000。

(3)设计断面线。根据地形图比例尺要求，使用软件功能生成横截面线，该测量是每850米铺设一条横截面线。 在每条横截面线上每400米测量一个测量点，还可以图纸导入以及将目前现有的地形图作为指示。

1.5 地形测量工作流程

( 1)利用基站定位在已知点使用相应的测量手册，将测量模式改为RTK的测量模式，设置基站参数以及无线电台的参数，同时启动机障完成设置参数之后，会看到电台上会显示信号灯。

(2)设置移动站。安装在船上后，移动台的GPS开启和无线电天线，并在基站中手动选择测量值，当所接收的卫星数量超过五个时，同时电信号被接收初始化为RTK等于固定的模式，此时可以进行定位。

(3)测试。将笔记本电脑连接到移动台的显示器，以及探测仪启动水文综合测量软件之后，打开测试区域并开始测量，能够看到窗口会显示所测量的定位信息，这个信息是与仪器定位结果相符合的。同时，在信息窗口中显示由发声器测量的深度，并且可以通过与实际深度进行比较来获得各种校正参数。

(4)水下地形施测。启动测量船并实时、动态地在计算机显示器和外部显示器上显示测试点的位置，并控制船舶按照预测路线和测量船的符号。在观察过程中，软件将水下地形点的表面位置和深度数据存储在文件中。

(5)数据处理。由于RTK技术所检测到的结果，实际上就是实时移动台电线平面位置和高度，由于测量时水比较深，该软件会记录两组数据，包括水样的实际深度和综合修正输出，格式的转换和数据合并等，观察后，外部行业收集的原始数据将被重新编制，将处理之后的数据会传输到相关的软件进行编辑，完成加工之后，输出所需的地形和剖面图形，最终输出图形模式。

1.6 应用建议

设定坐标转换的有关参数。在这一过程中，会进行参数的转换，包括3个和7个参数转换，用于将GPS所导出的坐标转换为相应的坐标格式，对于RTK技术来说，可以利用检测仪的检测方法转换一些局部坐标系，因此可以设置3个和7个参数，在导航软件中同时需要对两个参数进行设置。这一工作涉及多种通信，包括计算机，GPS主机串行，无线电台通信，是通过不同的软件来实现的，操作步骤比较复杂，因此需要在室内进行调试，操作前需要参考相关的指导手册。

2 RTK与水下地形测量结合的优势

水下地形测量可以分为两个平面水深和平面定位，在RTK技术出现之前，通常采用的是极坐标法进行平面测量，另外，此外还有交叉法或者电磁波定位法，然而这种方法精确度较低，在定位和同步发声方面效率较差，操作效率低。 随着数字探测技术的不断完善，其优势在于：

(1)高精度。RTK技术定位精度可以达到厘米级，最终的坐标精确度能够实现0.5%。

(2)同步观测。导航软件可以接收探测声音和RTK的定位信号，并将这些数据储存在所指定的文件中。但是过去的测量方法在操作时无法避免数据采集相对滞后的问题，严重影响测量质量。

(3)实时定位。在进行水下地形测量时，所采用的方法是剖面法进行测量，如何控制船舶在横截面上的行驶是一个关键问题。之前的做法是基于岸上设置的横截面标记，然而，这种方法在实际测量过程中效果比较差，常常会导致测量点不均匀，图像质量采集效果较差。然而，利用RTK技术和探测仪，能够使用导航软件进行预先的路线设计，在操作时屏幕上会显示实时定位信息和相对的路线位置图，进而能够实现准确的导航，在实际施工放样和测量地形中，这种优势是比较明显的[2]。

(4)高效率。目前我们常采用的全站仪和测量仪，这种方法中在操作过程中必须实时跟踪测量目标，而且这种方式跟踪质量较低，在当前经常使用的“全站仪+测深仪”方法中，操作期间操作员必须始终跟踪目标。全站仪和发声器之间的数据通信无法实现。在RTK +数字测深仪的组合中，操作员无需访问，定位和探测数据会自动存储在指定的文件中。它实现了数字化，自动化，快速，准确，大大降低了操作人员的劳动强度。

(5)适用性强。只要水相对开放并且卫星信号没有被阻挡，它们就可以实现全天候测量，进而能够从一定程度上发挥RTK技术的时效性和有效性。

3 结语

使用 RTK技术测量水下地形在大面积勘测区域的开放区域具有很大优势，但在一些受阻比较严重的地区，比如河道，峡谷等，这种方法无法取代传统的测量方法，为了能够实现更好的测量效果，需要综合利用及坐标法以及交叉法的方法进行测量[3]。RTK技术能够彻底转变传统人为进行水下地形测量的方法 ，在测量精度，测量效率方面显著提升，同时也从一定程度上减少了工作人员的劳动力度，且随着RTK技术的发展，该技术未来将在测量控制，纵横断面测量，施工放样这些方面具有广泛的应用。