浅述GNSS定位技术在水下测绘中的应用

苏宇

摘 要： 伴随科学技术的飞速发展，各种新兴测绘技术应用到测绘领域，GNSS定位技术在水下测绘中的应用提高了测量的精度和效率，有力的推动了水下测绘工作的开展。

关键词： GNSS定位技术;水下测绘;应用

【中图分类号】P228.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）03-0180-01

引言：在我国海地区水资源较为丰富，同时，风暴潮 等也成为了该区域重要的自然灾害问题之一，不仅严重的威胁着沿海居民的生命安全，还对当地社会经济产生了较大的影响。因此，如何做好沿海地区防护堤坝工程的修建是有效防治风暴潮的有效措施，而实现这一基本目的的基础是水下测绘工作。基于此，本文以GNSS定位技术为研究对象，分析其在水下测绘中的应用。

1 GNSS定位技术概述

1.1 GNSS定位的基本原理

通过组成一个卫星导航定位系统，将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上。应用无线电测距交会的原理，便可由三个以上地面控制站交会出卫星的位置，反之利用三个以上卫星的已知空间位置又可交会出地面用户接收机的位置。

1.2 GNSS技术的优点

1.2.1 观测时间短

传统的相对静态定位方法，一条基 线的相对定位完成观测时间需要 1-3小时，而利用 GNSS技术快速相对定位方法观测时间仅仅需要几十分钟，甚至几分钟。

1.2.2 测站间无需通视

GNSS技术这一属性是以往的测量仪器不能相提并论的。水下观测的环境是非常复杂的，会给观测带来极大的影响。而利用GNSS定位技术只要流动站和基准站的上方没有明显的遮挡物或电磁波影响便能正常工作。

1.2.3 定位精度高

大量实践表明，只要GNSS接收机可以正常工作，高程精度不大于3cm，平面精度不大于lcm。相信随着数据和观测技术的改善，定位精度会越来越高。

1.2.4 操作简便

GNSS的自动化程度非常高，常规的测量需要输入大量的数据，很容易出现错误。观测中只要实时关注仪器的工作状态，量取仪器高，采集数据就可以，仪器自动会跟踪观测和数据记录等一系列操作。

2 GNSS技术发展现状

2.1 GPS

GPS全球导航定位系统的前身是美国海军导航卫星系统，其具有全能型、实时性、全天候等优势，能够给客户提供精准的二维坐标以及速度等方面的导航信息。至今，GPS系统共拥有T作卫星31颗，依据GPS現代化策略，美国正在推进对GPS系统的升级工作，GPS-2F卫星为GPS系统由第二代向第二代发展的最终过渡型号，将会继续提高GPS系统的定位精度。美国的GPS系统现代化改造完成后将可以在很大程度上解决GPS系统的脆弱性问题，将可以为全世界的客户提供精度更高、更为安全可靠的定位服务。当前美国正在着手研制第三代GPS系统，首颗GPS-3卫星已于2014年发射升空，计划在2035年左右将整个GPS-3星座构建完成，并将 GPS-2完全替换。第三代 GPS系统将会以全新的卫星星座布局与结构进行优化升级，计划将会以33颗 GPS-3卫星来组建 HEO与GEO相融合的新式GPS混合星座。除此之外，还在导航系统中第一导航定位信号上增加新的LIC码，导航信息更加全面，导航信息精度也得到了提升。

2.2 GLONASS

继GPS系统之后的世界上第二个全球卫星导航系统为GLONASS系统，GLONASS系统由前苏联国防部独立研发，2001年8月开始，俄罗斯开始对GLONASS系统进行修复并进行现代化升级，直至2012年初，GLONASS系统才恢复全面的运行，俄罗斯又相继发射了六颗卫星，计划将整个GLONASS系统星座的运行卫星数目提 升至三十颗，并于2015年将定位精度提升至3米以内。当前 GLONASS系统与 GPS系统的定位精度基本一致，可以在L1频点上完成兼容。

3 GNSS定位技术在水下测绘中的应用

3.1 水下地形测量

（1）测量前的准备工作，借助 LeicaSr530型号的GNSS卫星接收机和数字化测深仪等对 测绘区域的水源深度进行大致的测量，为提高测量结果 的可靠性奠定基础，也为外业安全操作提供帮助;（2）数据 的采集工作，测量工作人员在测绘过程中根据实际情况标 注出重点的测绘区域，并对及时获得的测绘数据开展整理 工作确保外业获得数据的真实性和可靠性，此外，在利用该技术进行水下地形测量过程中要尽可能将测量仪器垂直于水面，确保所反映的水下地形是最接近真实地形地貌的，可以有效地提高测量精度;（3）数据的处理工作，主要 表现在对外业获得的测量数据的处理方面，如同步的环闭 合差、复测基线较差、异步环闭合差等，进而可获得最终 的数据处理结果

3.2 水下测绘外业操 作方法

（1）水下地形测量基本在无风的天气进行，采用断面法施测，先在已有陆地地形图的基础上，预先按技术要求做好断面计划线。计划线根据海面情况布置成与航道方向大致成垂直的方向。断面间距为100m。（2）将GNSS RTK仪器安装在测深仪探头上，船上GNSSRTK仪器与测深仪平面位置一致，并保证测深仪垂直 于水面。（3）水下地形采集密度以能显示出水下地形特征为原则。水下地形变化复杂区域测深仪采集点距适当缩短以反映地形特征，满足水下地形等高线的勾绘。对于浅水或船不能到达的区域采取测量人员穿下水裤涉水测量。（4）水下地 形测量沿作业边界往外扩测100m，以满足要求。水深测量期间进行测深检查线测量，检查线贯穿整个测区，用以检查不同日期、不同时间、不同潮时所测断面测深值的正确性，从而保证水深测量成果质量。测深检查线垂直于主测深线方 向布设。其总长度大于主测深线的5%，对检查线与水深测量断面的水深重合点进行数据统计。

结语：随着着现代化测绘技术的革新，各种测量方法广泛的应用于测绘工作中。水下地形测量是限制我国沿海区域修建 防护风暴潮等工程的重要因素，GNSS定位技术可以获 较高的水下测量精度和三维坐标，对大面积水域地形测量有着重要的现实意义。

参考文献

[1] 高志强，王洪祥.测绘工程中GNSS RTK技术的应用实例[J].测绘与空间地理信息，2018，03：71-76.

[2] 纪龙蛰，单庆晓.GNSS全球卫星导航系统发展概况及最新进展[J].全球定位系统，2018（15）：56-61.