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关于GPS在航道测量中的应用探究卢健杨

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：卢健杨

[导读] 摘要：目前，进行航道测量中，需要针对岸上以及水下的地形进行碎步测量，与此同时，还需要布设航道GPS控制网。

        广东省佛山航道事务中心禅城航标与测绘所广东佛山 528000
        摘要：目前，进行航道测量中，需要针对岸上以及水下的地形进行碎步测量，与此同时，还需要布设航道GPS控制网。在航道水下地形施测过程中，要使用全球定位系统GPS给水面点位坐标进行精确的定位，同时要针对水深使用测深仪器进行定位测量，测深定位点间距以及测深线间距由测图比例尺大小决定。另外，随着GPS精度的不断提高，针对比例尺较大的航道测图也可以使用GPS技术进行定位，这项技术是目前为止优势最大的。本文阐述GPS在航道测量的原理，同时分析GPS在航道测量中的实际应用，让GPS在航道测量中得到更好的发展和应用。
        关键词：GPS控制网；GPS应用；航道测量
        引言
        近年来，随着社会经济的不断发展、不断进步，GPS技术也随之得到不断的发展，GPS技术为地籍及房地产测绘、海洋测绘以及精密工程测量等等提供了较大的实用方案。在航道测量实际工作中，充分将GPS接收机与测深仪器进行相应的结合，GPS接收机可用来平面定位的测量，而测深仪器则可测量水的深度，用中海达6.0海洋测量软件进行数据采集记录，同时再加上广东省航道数字化测绘系统（WSS）软件以及绘图仪便能够组成航道测量作业系统。通过分析能够发现，GPS技术得到了飞速的发展，且内容繁多，文章主要对GPS在航道测量中的应用进行了具体的分析。
        1航道测量技术
        航道测量技术的发展涉及到多个学科。根据航道测量的主要工作（水下地形测量）进行划分，大致可分为测深、定位。（1）航道测量定位技术主要指水深点平面位置测定与地形点的平面位置测定。现代航道测量定位技术经历了从光学定位、电子仪器定位到卫星定位的发展。上世纪90年代中后期以美国GPS为代表的全球卫星系统进入商业化应用，我国海洋测绘领域即迅速引入该技术并展开应用研究。在航道测量工作中，全球定位系统技术应用较为广泛。近20年来，我国航道测量定位技术先后经历了差分GPS定位（DPS）、连续参考站（CORS）、精密单点定位（PPP）几个应用发展阶段。目前航道测量工作中，主要采用载波相位差分技术（RTK）与CORS技术，省级CORS站网建设已基本完成，佛山CORS的应用已相对成熟。PPP通过全球若干地面跟踪站GPS观测数据，对卫星轨道与卫星钟差进行精密计算，对单台GPS接收机采集的相位、伪距观测值进行定位解算。与DPS、CORS的精度相比，PPP的精度略低，但因其具有应用灵活、观测人数少、费用低等优势，能够满足一定比例尺下的航道测量精度，因而具有较好的应用前景。（2）航道水深是指航道范围内从水面到底部的垂直距离。航道测深技术经历了直接测深、声学测深以及光学测深的发展过程。主要测量方法有杆式与测深锤的直接测深法、单波束或者多波束的声学测深法、机载激光的光学测深法。直接测深法受到水流以及水深的影响较大，因而在现阶段的航道测量中应用较少。声学测深的原理是利用所测水域声波传速与换能器发出声波的往返时间求算障碍物与换能器之间的距离。机载激光以固定翼飞机或直升机为平台，向海面发射激光束，测量水深。机载激光测量技术突破了船载系统受海况、航行条件限制与效率低下等壁垒，具有较高的精度。
        2GPS在航道测量中的应用
        2.1GPS控制网布测
        在GPS控制网布测前的技术设计过程中，首先应按照测量任务书提出的GPS网的精度、密度以及经济指标，与规范规定进行有效的结合，以得到最优的布测方案。GPS单点定位的坐标以及相对定位中结算的基线向量属于WGS-84大地坐标系。WGS-84椭球基本常数为：长半轴a=6378137±2(m)；扁率α=1/298.25723563。WGS-84大地水准高N等于由GPS测定的点的大地高H减该点的正高H正。一旦大地水准面高N确定之后,便可利用H正=H-N计算各GPS点的正高H正。另外，当重合点数达到三或者三以上的时候，可以通过采用布尔莎七参数法展开相应的转换。在GPS控制网测量时，因河道比较窄且弯曲和呈带状形态，从而给控制网的精确度带来了影响。在进行控制网的建立时，可利用两项措施对超短边问题进行有效地解决，将相临边尽可能的拉成斜线，不采用最短建网，适当延长观测时间。对采集回来的GPS静态数据用中海达HGO数据处理软件进行基线解算和平差。

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        2.2进行水深测量
        鉴于内河航道养护工程的特殊性以及隐蔽性，在进行水深测量时，也应该充分的借助于各种先进的测量技术，才能够充分的了解航道水深，并且做好航道水下的整治工作。因此需要借助于 GPS-RTK 进行定位，其定位中误差应符合《水运工程测量规范》技术要求，定位中心与测深中心一致，其偏差不宜大于图上0.3mm，每次水深测量之前必须在已知点上进行点检校；然后采用具有数字和模拟记录功能的相关测深仪进行测深并进行数据采集和水深数据后处理，以达到技术控制的目标。为保证测量精度，每次水深测量前按规范测定动吃水改正数。测深仪在测前、测后进行测试板现场比对试验，将测量船检验深度接近当日测量的最大水深，在确保测深仪处于正常工作状态下以及测船处于稳定状态下，同时校对比较模拟信号及数字信号，检验结果应符合《水运工程测量规范》的要求。相应的调查发现，GPS结合测深仪进行水下地形测量在国内已经属于一体化的技术，比如无人测量船的出现。
        2.3岸上地形施测
        通常情况下采取水下地形测量数据和岸上地形测量数据采集的过程都是需要同时进行的，需要将二者的数据全部采集之后，利用广东省航道数字化测绘系统采取有效的合并，才能将测量数据编辑成航道图。地形测量时采用GPS-RTK配合中海达测绘公司开发的测图宝施测，各地形、地物点的平面位置及标高和属性均由电子平板采用测距极坐标法采集和自动储存，实现外业现场初步成图。测图过程中先求得当天GPS-RTK基础坐标系WGS-84与本项目使用坐标系的转换关系，并在其他已知点进行校核，确定点位误差符合规范要求时进行测图。采用GPS-RTK来进行航道测量，不仅能够实时知道定位精度，还能全天候测量无需通视，在丛林密集的河岸作业中，作业效率相比传统的全站仪极坐标法测量有了较大的提高，同时降低作业强度。
        3航道维护性测量管理应用对策
        3.1测量仪器及安全保证措施的有效配置
        对航道维护性测量所需的GPS接收机、测深仪等进行优化配置，有效解决技术问题。例如，某航道维护性测量周期已到，需根据航道变化情况进行复测并增加桥梁平立面测量项目。维护性测量与平面控制、高程控制、地形测量、水深测量、水位控制测量等相关，需要依据航道的地形特征进行布测。对于碎部测量、桥梁平立面测量，可综合使用免棱镜全站仪和RTK。对于控制测量、水深测量等可综合应用RTK、测深仪完成。此外，对于航道现场测量安全隐患和作业过程需进行跟踪观测，对安全隐患进行全面排查，着重安全预防管理，制定具有针对性的应急措施，联合抽查等措施，组建专项管理小组，及时纠正，保证作业的连续性。对于现场巡查发现的隐患，需注重安全信息的有效传递，层层预防。
        3.2做好测前准备和质量保证措施。
        要想保证测量工作的有序进行，必须做好前期准备工作。在正式施工前，需要深入现场进行勘察，明确航道测量的重难点，结合航道测量的相关规范与标准，细化项目实施计划书，编制应急预案，开工前对每个参测人员进行安全技术交底。另外，为了按时保质完成本项工程，还需建立质量管理机构，推行全面质量管理，完善质量保证体系与措施，设立专门的质检负责人，严格管理程序，提高质量。
        结语
        根据当前的实际使用情况而言，航道测量工作主要是通过GPS结合测深仪、测绘软件和绘图仪等形成完整的作业系统。其中，GPS技术在航道测量中的有效应用，能大大提高航道测量的可靠性和作业效率，降低作业强度。基于测绘技术的不断发展与进步，航道测量发展也随之得到了较大的促进，逐渐形成简便、高效的优势，推动了航道测量的发展。
        参考文献
        [1]余大杰，舒晓明.长江中游航道测量水深数据处理方法初探[Ｊ].中国水运，2011，（12）：38-39.
        [2]唐为宜.内河航道测量技术及其发展[J].工程技术:文摘版:00295-00295.
        [3]尹顺,沈如平.GPS-RTK定位技术在航道测量中的应用[J].建筑知识.2017(09):62.