GPS-PPK结合测深仪在水下地形测量中的应用

2016-07-07万凌翔

水利技术监督 2016年1期

关键词：应用研究

万凌翔

（广州市水务规划勘测设计研究院，广东广州510000）

GPS-PPK结合测深仪在水下地形测量中的应用

万凌翔

（广州市水务规划勘测设计研究院，广东广州510000）

摘要：随着科学技术水平不断提高，GPS-PPK结合测深仪在水下地形测量中的应用更加广泛。介绍了在水下地形测量的作业过程中，GPS-PPK技术与测深仪相结合的工作原理和作业方法，并通过实例进行了一些相关探讨。

关键词：GPS-PPK技术；水下地形测量；测深仪；应用；研究

水下地形测量是在水利水电工程勘测设计过程中非常重要的环节，在河道疏浚整治、观测水库淤积，水工建筑物建设等方面都起到很大的作用。现阶段GPS技术日趋成熟，水下地形测量领域中，GPS的应用逐渐增多，其中GPS-RTK（Real-timekinematic）实时动态定位系统给水下地形测量效率带来了极大的提高，然而很多地区环境复杂，网络信号和数据传输易受到干扰，对作业进度和质量带来很大的影响。所以无需数据传输和不受作业距离影响GPS-PPK动态后处理技术也在很多地方发挥着重要作用。

1　GPS-PPK技术的工作原理分析

PPK（PostProcessed kinematic）技术，也被称为动态后处理技术，属于事后差分全球定位系统的范畴，其借助于基准站接收机和流动接收机，能够通过载波相位对观测卫星进行测量。在获取观测数据后，通过采用计算机中的相关处理软件，如GPS软件，能够对测量数据加以线性组合，从而得到具有一定虚拟性的卫星载波相位数值，分析此数值，可以进行精准定位，其定位精度可达厘米级。在对卫星坐标进行分析及转换后，可以获得相应的流动站坐标。

与RTK技术属性类似，PPK技术也是一种精度极高的动态定位技术，两者都是通过在已知点上建立基准站的方式进行定位，但在使用中两者也存有一定的差别，PPK技术作为一种高速静态测量技术，仅需通过流动站的记录间隔来对数据进行记录整理，在坐标获取上难以做到实时化，需要借助室内作业（解算经基线、平差等）配合。

2　测深仪工作原理概述

测深仪在水下地形测量领域的应用原理是借助超声波及其反射得以实现的，超声波一方面可以穿透介质，另一方面可以在介质表面形成反射，测深仪借助超声波探头将超声波发射出去，通过测量发射波及反射波的时差来完成测量。

测深仪工作过程可用公式Z=Vt/2表示，其中，V代表超声波的传播速度，t代表超声波自发射后，由探头到水底，再由水底反射，直到被探头再次接收所消耗的时间。借助探头杆的刻度数值，可以测出探头与水面的距离，将两者相加，即可得出水深数值，如图1所示。

图1　超声波回声测深示意图

3　GPS-PPK结合测深仪的工作方法

水下地形测量由水深测量及定位两个环节构成，其中，水深测量由测深仪完成，水面高程测量及定位经由GPS-PPK系统完成。GPS-PPK结合测深仪，是指在测深仪中的换能器上方部位安装GPS流动站接收天线，以使测深仪水下测量点位和GPS测量点位保持在一个铅垂钱上。

GPS接收机天线与测深仪的换能器之间，由一根固定长度的杆件连接在一起，使换能器底面到GPS天线之间相当于一根已知长度的占标杆，只要将杆立直，则GPS接收机所测数据的平面坐标，即是换能器底面对应点的平面坐标，也就是所测水深点的平面坐标。利用测深仪统的控制装置可使接收天线与换能器同步工作，即在GPS接收机测量三维坐标的同时，测深仪测得其底面以下部分的水深。

图2　水下高程计算示意图

对于水下定位点而言，其高程计算公式为：H= H0-h1-h2；上式中的H0代表水下定位点高程；H1天线至换能器底部高度；H2代表水下定位点水深。

GPS-PPK与测深仪，水下点位深度测量由测深仪完成，水面点位高度及其经度及纬度定位由GPS-PPK得出，两者之间在测量方面相对比较独立，GPS-PPK结合测深仪，本质上看，是对三者的对应关系加以分析对比。在此过程中的“记录时间”，实际上是二者相互联系的重要媒介。

对于测深仪而言，其根据时间对某个点的水深进行记录，而且每秒都要记录大约3～6次探测点的水深；GPS处理后的数据选项中又有坐标“开始记录时间”。因此，在水下地形测量实施中，一方面可以获取这两项时间资料。另一方面其对应的水下点位深度、水面高程及其坐标等数据也可同步得出。由此实现了GPS-PPK与测深仪的互相结合。