基于网络RTK的无验潮水库水下地形测量.docx

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基于网络RTK的无验潮水库水下地形测量

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摘要：本文主要介绍了基于网络RTK的无验潮水下地形测量原理，并详细介绍了无验潮水下地形测量的作业流程，最后通过主检测线比对结果确定了无验潮水下地形测量作业方式的可行性。

关键词：网络RTK、水下地形、无验潮、连续运行参考站

水库是拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑物。水库发挥着防洪、蓄水、灌溉、水土保持、改善环境等多种功能，在促进区域经济社会发展和维持生态平衡中发挥着重要作用，具有重要的社会、经济和生态意义。由于上游来水携带泥沙、水库护坡坍塌等因素使水库淤积，造成水库库容减少，水情测报不准，入库出库流量不符，给水库的科学管理、安全运营带来了诸多隐患，因此，开展水库水下地形测绘，获取水库水下地形基础地理信息数据，实现库区水上水下基础地理信息数据的无缝衔接，可以为水库科学管理、安全运营、水资源的高效利用、水环境保护、防洪排涝及重大水利工程建设提供数据支撑。

水深测量过程中受到涌浪、潮汐等因素的影响，实测的水深数据需要经过吃水改正、声速改正、姿态改正和潮位改正后才能得到基于某一基准面的水深数据。传统水深测量采用人工或自动验潮方法直接获取水位，严重制约了水深测量的效率和精度。随着卫星定位、计算机网络、数字通讯、气象分析等技术的快速发展，连续运行卫星定位参考站网系统（CORS）得到广泛应用，为无验潮水深测量提供了技术支撑。

山东省卫星定位连续运行综合应用服务系统（SDCORS）在全省范围内建立101个GNSS连续运行参考站，构成全省新一代网络化的大地基准和空间数据采集服务系统。SDCORS实时定位的内符合精度可以达到平面0.020ｍ，高程0.030ｍ的精度，实时定位外符合精度可以达到平面0.030ｍ，高程0.080的精度[1]，定位精度满足无验潮水深测量的技术要求。

一、无验潮水下地形测量原理

网络RTK可实时获取厘米级的三维坐标，但其获取的高程是基于参考椭球面的大地高，而高程系统一般采用基于似大地水准面的正常高系统，将实时获取的WGS-84大地高经过似大地水准面精化转化为1985国家高程而不需要人工验潮对水深数据进行潮位改正，这种方法就是无验潮水下地形测绘。具体原理如下图1.1所示：

图1.1无验潮水深测量示意图

水底面相对于参考椭球面的高程为：

H底＝HGPS－a－b－d（1.1）

水底面相对于似大地水准面的高程为：

h＝H底－ξ＝HGPS－a－b－d－ξ（1.2）

式中，HGPS可以通过RTK接收机经过CORS差分获得，a为GPS接收机到水面的垂直距离，b为测深换能器的吃水，ab均可通过现场测量获取，d可以通过测深仪获取，为测深仪测量的换能器至水底面的垂直距离，ξ为似大地水准面和参考椭球面之间的差值，即高程异常，可以通过似大地水准面精化获取。

二、无验潮水深测量过程

测试位置选择在山东省某水库，选用的设备有中海达HD-370单波束测深仪，中海达V90GNSS接收机，DigibarPro声速剖面仪等。

第一步，设备安装。将测深仪固定安装在船舷上，保持测深仪安装杆近似垂直状态，换能器吃水约1.0m左右，并通过前后缆拉紧固定，V90GNSS接收机安装于测深仪安装杆顶端，使两者处于同一垂线上，量取换能器吃水b和GPS接收机天线至水面的距离a，如图1.2所示。

图1.2设备安装示意图

第二步，设备调试。GPS数据通过串口与测深仪COM口连接，测深换能器与测深仪TX接口连接，连接其他外接设备，接通电源。打开测量导航软件，设置坐标系、中央经线和投影参数，进行记录设置（RTK固定解）、端口设置，在天线改正设置中输入天线至水面的距离a。加载测量范围，根据比例尺按照图上1cm布设测线，调试GPS数据、水深信号是否正常，设置声波发射功率、增益和脉宽等参数使测深信号清晰连续。

第三步，水深数据采集。在测区附近采集声速剖面数据，按照布设的测线采集水深数据，监视数据采集界面定位信号、测深信号是否正常。

第四步，数据处理。加载水深原始数据，检查水深数据是否异常，剔除水深假信号，进行声速改正和潮位改正，得到水底面基于参考椭球面的大地高，将数据发送精化中心进行似大地水准面精化即可得到1985国家高程基准下的水下地形数据。

第五步，数据比对。检查线垂直主测线布设，检查线长度不小于主测线长度的5%，主检比对时选取比对半径为5m，比对结果如表1.1所示，比对结果符合规范要求。

水深差值

水深

0.0m

0.1m

0.2m

0.3m

0.4m

≥0.5m

0～60.0

620

865

95

0

0

0

百分比

39.3%

54.7%

6.0%

0

0

0

三、结束语

本次利用网络RTK无验潮方法获得的水深数据经检验精度满足作