中海达HD测深仪
李杰
摘 要：介绍了GPS-RTK与中海达HD280结合进行水下地形测量，打破了原始水下测量的作业方式。实践证明两者相互配合的测量无论从精度、效率还是效益上面都有很大的优势。只要将GPS天线高量至水面，测深仪吃水深度改正后，便可精确的测出水下三维坐标，且无需进行验潮改正。介绍了GPS-RTK配合测深仪进行水下测量的原理、工作方法和注意事项。
关键词：GPS-RTK；HD280测深仪；水下地形；无验潮
中图分类号：U445.583 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0122-02
引言
水下地形测绘是工程设计和施工的基础资料，是测量水下的三维坐标。RTK测量系统是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术的一个突破其在一定范围内三维坐标的定位精度达到了厘米级。在进行水下地形测量时充分利用GPS-RTK测量技术的优点，采用GPS-RTK与回声测深仪相结合的方法可以实时、准确的测量出测深仪换能器处的三维坐标，将此高程减去测深仪所测的深度即可得到水下地形点的平面位置及高程。
1 基本原理
GPS-RTK测量技术是一个实时动态定位技术，它能够实时的提供移动站三维定位坐标，其定位精度可达厘米级。
测深仪是一种声呐测深设备，利用换能器在水中发射声波，当声波遇到障碍物而反射回换能器时，根据声波往返的时间和所测水域中声波传播的速度，辅以换能器吃水改正、声呐波特率校正、实时水面高度以及测深仪船体姿态改正等误差修正以求得换能器底部至水底的距离。水下定位点的高程计算公式为：
H0=H-Z；
式中 H0-水下定位点的高程；
H-测深仪换能器底部的高程；
Z-换能器底部至水下定位点高度；
图1中h为测深仪换能器底部到GPS天线的固定高差；H为RTK测量得到的测深仪换能器底部高程；Z为测深仪实测水深，则水底高程H0为：H0=H-Z。
不论水面由于潮水或者波浪影响而升降，上式中的H0始终是某一时刻实测的水底面高程，它只和RTK测量高程值H和测深值Z有关。因此从理论上講，RTK无验潮测深将消除波浪、潮位和动态吃水的影响，是一种理想的水上测量方法。
2 外业施测
2.1 测前准备
2.1.1 转换参数的采集
根据复测成果，可以直接用软件求取需要的七参数。把参数直接输入测深仪里面后，开始工作前对控制点进行点校正，以求出WGS84坐标系到当地坐标系转换参数。参与点校正的点数不少于四点，我们现场选取DQ7、DQ8、DQ9、DQ10四个点参与点位的校正。
2.1.2 计划线设计
根据3#墩沉井的尺寸及需要出图的比例尺，按照水下地形测量规范布设计划线的长度与计划线的间隔，计划线应该按照长江流向布设。计划线长度按照100米，间距按照5米布设。在地形变化大的地方测线、测点的密度要相应增加以便能真实的反应水下地形变化情况。计划线要另存为DXF格式。
2.2 测量过程
2.2.1 岸上工作
先在岸边控制点DQ9架设基站，设置好基准站及流动站后须要检测2个控制点，检测需满足规范要求才可进行下一步测量。
2.2.2 水上工作
首先在距离船头1/3～1/2船长处安装换能器，换能器安装示意图见图1。换能器安装入水深度我们设置0.3米。这主要是为了避免发动机运转时以及航行时产生的浪花对回波造成的影响，从而导致测深不准。
2.2.3 测量设置
（1）打开测深仪二合一软件，在左侧测深界面设置中输入吃水改正为0.3米，选择高频增益。
（2）声速需现场实测。
（3）新建任务，设置任务中的坐标系，投影，输入转换参数、任务名、比例尺等。
（4）在右侧测深界面设置中需要设置的参数主要有：记录设置、天线偏差改正、固定差改正等。
（5）调入计划线，根据导航指示沿计划线即可开始数据采集。
（6）测深完成后点击停止保存即可。
2.3 内业后处理
（1）打开测深仪后处理软件，选择相应的NAV文件。
（2）选择水深数据，在文件下选择原始数据选择测量的SS文件，用鼠标拖动有红色圆圈的水深点，使该点与前后相邻的水深点要圆滑流畅的顺接。中海达HD280测深仪中带红色圆圈的点是有问题的测深点。
（3）点击文件，选择生成HTT与XYH文件。
（4）点击功能菜单下的格式转换，选择要生成的格式-南方CASS-去掉带号，高程加负号-选择HTT文件-确定，到该文件夹找到*CASS.dat文件即可进入南方CASS软件进行处理。通过对实测的数据进行分析和删除。通过对比实测的水面高程，对采集的坐标数据和高程数据进行修正。尤其是在信号不好的地方或者是水深较浅的地方假信号较多。
3 注意事项
（1）由于换能器杆连接RTK天线和换能器，换能器杆如果不垂直，GPS天线所测的数据就会与换能器底部的数据不匹配，必须使GPS天线中心与换能器中心在同一铅垂线上。换能器底面要与水面平行，换能器长边要与船身平行。换能器具体安装示意图见图1。
（2）测船速度的确定。测船速度确定是一个重要的问题，船速过快会造成点位坐标精度下降，从而影响水下地形测绘的精度；船速过慢，又会造成财力、物力、人力的浪费。对船速的确定需要综合多方面的因素进行综合考虑。包括水流的流速、RTK的采集频率以及测深仪测深数据的延时问题。结合本项目实测面积2500平方米而言，现场测船的速度尽量要保持在3.5节航速以内。现场测量时尽量选在无风浪环境且流速小的时候施测。
（3）数据采集时，只有在RTK为固定解时，并且在测深仪数据显示正常的情况下才能对数据进行储存。
（4）在流动站工作的开始于结束时，都要对已知控制点进行检核，且检核差值必须符合规范要求。
（5）测量时一般避免行船方向与水流方向垂直，测线尽量布置成与水流方向一致，从而减小受倾斜因素影响。
4 结语
通过GPS-RTK技术和HD280测深仪的联合使用，准确、高效、快速的获得了3#墩沉井基坑位置的三维坐标，为内业计算、成图以及现场施工奠定了基础。我们在对芜湖桥3#墩沉井进行水下地形测量时成功的运用了这一技术，既保证了测深精度又提高了工作效率。它是对传统测量方法的一次变革，彻底改变了以往的作业模式，以其精度高、效率高、自动化、全天候的优点逐渐被越来越多的测量单位所接受。
参考文献
[1]吕继书，万仕平，李玮.GPS结合测深仪水下地形测量原理与应用[J].天然气与石油，2010，（2）：50-51.
[2]刘伟倬.浅谈GPS结合回声测深仪在水下地形测量中的应用[J].城市建筑，2013（10）：251.
[3]李小强.中海达V8RTK与HD-27T无验潮法在水深测量中的应用[J].中国水运，2009（6）：262.
