GPSRTK与数字测深集成技术在水库水下地形测量中的应用.doc

GPS-RTK与数字测深集成技术在水库水下地形测量中的应用 第15卷第11期 2009年11月 水利科技与经济 WaterConservancyScienceandTechnologyandEconomy V01.15No.11 Nov.,2009 GPS—RTK与数字测深集成技术在 水库水下地形测量中的应用 吴恒友 (贵州省水利水电勘测设计研究院,贵阳550002) [摘要]探讨GPS—RTK与数字测深仪集成技术在水下地形测量中的原理和方法.仪器设备 的选配,平面定位和水深测绘数据采集,数据加工处理,成图等方面的内容.该方法不仅提高 了生产效率,更提高了成图精度. [关键词]数字测深仪;GPS—RTK;测深;水下地形测量 [中图分类号]TV82[文献标识码]A[文章编号]1006—7175(2009)11—1025—03 GPS—RTK与数字测深技术的发展,为实时获取水下 三维信息和实现水下地形测绘自动化提供了条件.应用 GPS—RTK技术不但可以进行平面位置的精确定位,而且 还可用来进行水面高程的实时确定.这种新方法采用 GPS的RTK工作模式,在事前准确设定基准站的平面坐 标和高程基准,进入差分工作状态后,流动站GPS可测得 其天线几何中心的基准高程h.,再减去GPS天线到水面 的高度h,,即可反算出水面基准高程.水面基准高程减 去测深仪测得的水深h,就可得到水底点的基准高程,故 水底点基准高程可表示为:h=h】一h2～h.采用这种 方法确定的水位基准高程精度较高,并较好的消除了波 浪,水位涨落等因素对水底高程的影响,大大提高了工作 效率,且自动化程度很高.由于山区水库多建在高山峡 谷之间,往往不能满足GPS—RTK的观测条件(接收的卫 星数量不足或电台信号受阻等因数的影响),大大地影响 了工作效率,怎样来解决这些问题,本文在这方面做了一 些探索. 1测量原理与方法 该方法主要基于GPS—RTK技术和数字测深技术的 测量原理.GPS—RTK测量是基准站接收机借助电台将 其观测值及坐标信息发送给流动站接收机,流动站接收 机通过电台(数据链)接收来自基准站的数据,并同时采 集GPS观测数据,在系统内组成差分观测值进行实时处 理,求得其三维位置(X,Y,z).水下地形测量就是要测 定水下地形点的平面坐标(,l,)和高程日.传统的水 下地形测量方法采用常规仪器或GPS测定水下地形点的 平面坐标(,y),而其高程H需要通过测深数据和水面 高程数据求得.当采用免水面高程数据进行水下地形测 量时,将GPS天线架设在测深仪换能器的垂直上方,高程 计算的模型与方法较为简单.水底三维测量见图1, 为GPS—RTK测定的高程;L为GPS接收机相位中心至测 深仪换能器中心的距离;h为测深仪换能器中心至水底 地面的距离.即测深仪所测得的深度,则水底地面高程 为 H=/4,一L—ho GPS天线 水底地面 大地水准面 图1水底三维测量图 / / 挟能器,_L l Z J, 面 图2回声测深原理 图2示出了回声测深原理:假设声波在水中的传播水 [收稿日期]2009—04—13 [作者简介]吴恒友(1968一),男,贵州黔西人,高级工程师,主要从事数字化成图和GPS工程应用研究 一 1025— 第15卷第11期 2009年11月 水利科技与经济 WaterConservancyScienceandTechnologyandEconomy V01.15No.11 Nov.,2009 面速度为,当在换能器探头加窄脉冲声波信号,声波经 探头发射到水底,并由水底反射回到探头被接收,测得声 波信号往返行程所经历的时间为t,则 Z=/2 其中z就是从探头到水底的深度,再加上探头吃水即为 水深. 2测量仪器的配置 2.1数字测深仪 水深测量主要是通过测深仪声纳测深来实现的.测 深精度主要误差源在于深度比例误差,故在选择设备时, 应尽量选择大量程,高灵敏度的数字测深仪. 2.2GPs—RTK仪器 GPS—RTK流动站的接收机与测深仪通过数据线相 连接,用来进行导航定位并实时采集测量点的三维坐标. 为保证平面定位与高程测量精度,GPS—RTK机型要选择 性能好的双频接收机. 3夕卜业施测 3.1GPS—RTK初始化设置 在开始观测前先对已知等级控制点进行点校正,以 求出WGS84坐标系到当地坐标系转换参数.校正时平面 校正点数量≥3个,高程校正点数量/gt;4个,校正点尽量分 布于测区周围.在控制点的WGS84坐标与当地坐标成果 均已知的情况下,在内业中即可完成校正,否则,要进行 外业校正.采用RTK工作方式时,GPS差分信号对测量 精度起着至关重要的作用.为保证精度,要合理设置GPS 基准站与流动站.GPS流动站设置船台上,测深仪主机通 过连接线与GPS接收机相连,在