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基于动态GPS技术的贵德至李家峡黄河航道整治施工测量研究

摘要：本文基于笔者从事贵德至李家峡黄河航道整治施工测量

的项目背景，以GPS-RTK在航道整治施工测量中航道测量为研究对

象，论文首先分析了航道测量的原理，进而探讨了该项目的具体作业

步骤流程，在此基础上，笔者结合工作经验，探讨了影响测量精度的

几种因素，并给出了相应对策，最后笔者对作业时应该注意的问题进

行了总结。

关键字：动态GPS无验潮航道测量航道整治

1工程概况

内河航道工程的整治和维护，迫切需要实时准确地反映航道水深

变化的航道水深地形图，本文主要以动态GPS技术在黄河航道贵德

至李家峡段航道测量中的应用为研究对象。测量内容包含：贵德新黄

河大桥至旧黄河大桥约2.5公里和阿什贡浅滩段约8.5公里，测量成

果为1：2000航道地形图。

2实时差分GPS测量技术

差分GPS（DGPS）是最近几年发展起来的一种新的测量方法。

实时动态（RealTimeKinematic简称RTK）测量技术，也称载波相位

差分技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，

它是GPS测量技术发展中的一个新突破。实时动态测量的基本思想

是，在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连

续地观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用

户观测站。在流动站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，

通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定

位的原理，实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。

实时动态（RTK）定位测量系统的构成实时动态定位测量系统主

要由以下三部分构成：

根据GPS差分原理,参考站与流动站间的距离小于30km,可认为

下式成立:

h5-h6=h4-h7;

h7=h4-（h5-h6）;

根据（1）式有:h3+h8=h1+h2-（h5-h6）;

则换能器的瞬间高程h8=h1+h2-h3-（h5-h6）。换能器的瞬间高程

确定后,所测的水底点的高程就很容易求出:h=h8-测深仪所测的深度。

这样就实现了在水深测量中,无需通过验潮来确定泥面高程,这种

方法称为GPS无验潮测深。众所周知,动吃水发生在垂直方向,在实时

动态定位时,该方向上的位移量可通过架设在船体中心上方的GPS天

线相位中心的瞬间高程信息获得,该高程减去GPS天线到换能器的垂

距,便是换能器发射面的瞬间高程,而换能器测量的深度正是建立在该

高程的基础上,因而说,船体的动态吃水不用专门去测定,换能器的瞬

间高程已经包含了该信息。这是无验潮测深模式所特有的,也是相对

传统方法测量精度较高的原因所在。

4航道测量的基本作业步骤

航道测量的作业系统主要由GPS接收机、数字化测深仪、数据

通信链和便携式计算机及相关软件等组成。测量作业分三步来进行，

即测前的准备、外业的数据采集测量作业和数据的后处理形成成果输

出。

4.1测前的准备

（1）求转换参数。

①将GPS基准站架设在已知点p5.1水下地形点高程的误差主要

来源

（1）仪器误差：GPS接收机和测深仪精度。（2）转换误差：由

于实时相位差分得到的是WGS84坐标下的高程，属于大地高程系统，

如工程采用其他高程系统，这就需要把测得的大地高程转换成相应高

程。（3）其他误差：如动吃水、风浪造成的测深船起伏和摇摆等。由

于GPS天线与测深仪换能器之间为一固定值，因此测深船的垂直起

伏不会给水下地形测量精度带来影响，如动吃水、波浪等影响可以消

除。

在实际的使用无验潮方式进行航道测量时，测量结果精度会由于

船体的摇摆、采样速率、同步时差及RTK高程的可靠性等因素造成

的误差的影响，这些误差远远大于RTK定位误差，从而成为无验潮

方式航道测量精度提高的瓶颈因素。

5.2船体摇摆姿态的修正

船的姿态可用电磁式姿态仪进行修正，修正包括位置的修正和高

程的修正。姿态仪可输出船的航向、横摆、纵摆等参数，通过专用的

测量软件接入进行修正。

5.3采样速率和延迟造成的误差

GPS定位输出的更新率