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[摘 要]近年，GPS定位技术发展迅速，应用也越来越广泛。航道水深的测量是需要较高的测量精度与快速实时测量反馈的。因此，在航道水深测量中应用GPS定位技术将会使测量工作高效、准确，取得较好的经济与社会效益。本文介绍了利用GPS进行航道水深测量的原理及测量的基本步骤，为测量人员提供了较好的理论与应用依据。
[关键词]GPS；航道；水深测量
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0364-01
前言
GPS定位技术的发展促进了与GPS相关技术的快速发展，GPS测量技术即是依赖于GPS定位技术发展起来的有效测量技术。GPS测量技术可以突破航道内的各种限制，使航道水深测量可以在节省人力、减少劳动强度的情况下快速、准确的完成，成为海岸地形测量、控制测量、高精度水深测量的有效手段。
1 基于GPS进行航道水深测量原理
航道水深测量一般情况下使用的主要测量方法是交会定位法。但是，由于易受到地势特点及天气情况等方面的影响，而且野外作业工作测量条件艰苦、测量人员较多、成图所用时间较长。所以，使用交会定位法进行水深测量是有一定难度的。近年来，GPS测量技术在各种测量工作中应用越来越广泛，基于GPS的航道水深测量即是它的一项重要的应用。而RTK技术的应用更进一步的促进了航道水深测量中GPS无验潮方式的合理应用。
航道水深测量的核心工作是测量水面的一点到水底的垂直距离以及水面点的平面位置。基于GPS的航道水深测量即是通过GPS对水面的一点进行定位来进行水深测量的技术，可以避免测深仪器及测点位置的客观影响，提高测量的精确度。
基于GPS的航道水深测量技术可以根据GPS定位模式的不同，分为单点定位和差分定位两种技术。差分技术根据其测量区域的不同又可分为局域差分和星站差分定位技术。差分技术的一些不足在于：①至少两台双频GPS接收机；②用户测量成本会较高；③测量距离有限。而对于GPS单点定位技术来说，使用一台双频GPS接收机即可，且其测量范围较广。因此，GPS单点定位技术的应用较广泛。
2 水深测量步骤
航道水深测量作业系统主要由GPS接收机、测深仪、数据通信系统及便携计算机等几部分组成。而航道水深测量的基本步骤是首先进行前期准备，而后收集测量的相关数据，最后一步对数据进行后处理并形成成果输出。
2.1 前期准备
航道水深测量的第一步是为测量做准备，主要是在测量之前对仪器等进行校正和记录初始参数两个方面的准备。
GPS定位使用的坐标系为WGS-84坐标系，并在这一坐标系基础上发布了星历参数。而我国运用最广泛的测量坐标系统是1954年的北京坐标系。在航道水深测量中，我国也是采用的是1954年北京大地测量坐标系。这样就需要在测量开始之前，对当地坐标与北京大地测量坐标系进行坐标校正。在校正过程中，应至少对4个对当地投影的3D网格坐标进行校正使用，以便提供给测量过程有充足的冗余度。
航道水深测量之前的另一个主要准备工作即是对仪器等的初始参数进行记录，并将采集到的初始参数放到控制器及记录卡里以备处理。在水上测量作业时，测深仪需要与GPS接收机进行连接，这样就可以通过测深软件来设置GPS接收机的参数，这些设置的参数也是需要进行记录并存储的，之后GPS接收机会根据给定的输出频率对测深仪的位置信息进行输出，测深软件就会对输出的数据进行采集，这就进入了测量的第二步骤。
2.2 外业测量及数据采集
在准备工作之后，已经对初始参数进行了记录，并将测深仪与GPS接收机进行了连接等工作。接下来，需要架设基准站，并将测深仪、GPS接收机与便携计算机向连接，启动GPS，测量工作便开始了。这一步骤的主要工作就是对测深仪采集的数据通过测深软件进行读取，并记录和存储。
2.3 数据的处理与出图
航道水深测量的第三步就是对第一步准备阶段采集的初始数据及第二步测深仪采集到的数据依靠相关数据处理软件进行后期分析与处理，在进行分析与处理后就可以得出测量成果了，即水深图及水深统计报告等。另外，现代成图软件都可以与绘图仪或打印机相连，这样就可以将测量结果直接出图了。
3 工程作业
3.1 GPS RTK水深测量系统
基于GPS的航道水深测量工作中应用的GPS RTK技术的基本原理与在陆地测量的放样原理基本一致。基准站位置及作用保持不变，主要的变化是流动站上的人工跑点被测量船测点代替，然后是流动站上固定了数字测深仪装置，便携计算机代替了控制手簿，而且测点和测线的控制与管理完全依靠先进的水深导航测量软件进行，并在此基础上由水深测量软件对测点的水深及测点的平面坐标数据进行采集与记录，最后通过数据处理软件对收集的数据进行后处理，与绘图仪或打印机相连就能直接得到水深图。
在实际的工程作业中，GPS RTK技术可以使用“1个基准站+1个流动站”的测量模式，也可以使用“1个基准站+2个流动站”的测量模式。在大型的水深测量工程项目中，甚至可以使用“1个基准站+多个流动站”的测量模式，即流动站是可以任意多个，这样可以增加测量基准站周围水深图的准确性。
3.2 水深測量作业
①GPS仪器架设
GPS仪器架设时应注意选择周围开阔的地点，GPS架设后首先应转换为1954年北京坐标系，之后连接通信系统，就可以对流动站的设备进行控制了。另外，还需要对RTK进行初始化设置及参数记录。
②测深系统
测量船应停靠在较为平静的水域上，然后将测深仪探头安装在测量船的中部船舷上，固定后调整GPS接收机的天线，使其与测深仪探头中心处于同一轴线上。之后，将GPS、测深仪与便携计算机向连接，打开水深测量软件，对测深仪采集到的数据进行记录。另外需要注意的是还应合理设置流动站的RTK接收机的对中杆的高度，默认高度是RTK接收机的接收天线到RTK对中杆底长2m，在实际中，比如测量船体的上升或下沉、涨潮或退潮等情况会使水位不稳定，应使用RTK的实时高程来替代水位观测，应根据实际情况对测深软件中的数据进行记录。运用RTK实时高程测量方法，可以有效预防可能影响航道水深测量的一系列因素，使测量结果精确度达到最高。
结束语
随着时代的发展，技术的进步，GPS技术得到了快速发展。双频GPS接收机的发明，使GPS测量技术在航道水运中得到了合理及有效的运用。目前，我国的港口航道施工中，水深测量工作因为GPS技术的应用变得越来越简单，越来越方便，而正确性和准确性也越来越高。在航道水深测量过程中，数据采集及成图等环节依靠先进设备及先进的处理软件，减少了人力投入，节约了大量人力、物力及资金。基于GPS的航道水深测量具有极高的实用价值，应广泛应用于我国的航道水深测量及港口建设等工程项目中去。
参考文献
[1]张英奇. 动态GPS在内河航道水深测量上的应用[J]. 中国新技术新产品，2013，23：22-23.
[2]林方炎. GPS定位技术和全站仪相配合在航道测量中的应用[J]. 珠江水运，2007，09：42-43.
[3]陆成成. GPS实时动态（RTK）系统在航道测量中的应用探讨[J]. 丹东海工，2012，02：9-11.
[4]程晋红. GPS-RTK配合电子经纬仪在航道测量中的应用探讨[J]. 科技风，2010，14：224+226.
[关键词]GPS；航道；水深测量
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0364-01
前言
GPS定位技术的发展促进了与GPS相关技术的快速发展，GPS测量技术即是依赖于GPS定位技术发展起来的有效测量技术。GPS测量技术可以突破航道内的各种限制，使航道水深测量可以在节省人力、减少劳动强度的情况下快速、准确的完成，成为海岸地形测量、控制测量、高精度水深测量的有效手段。
1 基于GPS进行航道水深测量原理
航道水深测量一般情况下使用的主要测量方法是交会定位法。但是，由于易受到地势特点及天气情况等方面的影响，而且野外作业工作测量条件艰苦、测量人员较多、成图所用时间较长。所以，使用交会定位法进行水深测量是有一定难度的。近年来，GPS测量技术在各种测量工作中应用越来越广泛，基于GPS的航道水深测量即是它的一项重要的应用。而RTK技术的应用更进一步的促进了航道水深测量中GPS无验潮方式的合理应用。
航道水深测量的核心工作是测量水面的一点到水底的垂直距离以及水面点的平面位置。基于GPS的航道水深测量即是通过GPS对水面的一点进行定位来进行水深测量的技术，可以避免测深仪器及测点位置的客观影响，提高测量的精确度。
基于GPS的航道水深测量技术可以根据GPS定位模式的不同，分为单点定位和差分定位两种技术。差分技术根据其测量区域的不同又可分为局域差分和星站差分定位技术。差分技术的一些不足在于：①至少两台双频GPS接收机；②用户测量成本会较高；③测量距离有限。而对于GPS单点定位技术来说，使用一台双频GPS接收机即可，且其测量范围较广。因此，GPS单点定位技术的应用较广泛。
2 水深测量步骤
航道水深测量作业系统主要由GPS接收机、测深仪、数据通信系统及便携计算机等几部分组成。而航道水深测量的基本步骤是首先进行前期准备，而后收集测量的相关数据，最后一步对数据进行后处理并形成成果输出。
2.1 前期准备
航道水深测量的第一步是为测量做准备，主要是在测量之前对仪器等进行校正和记录初始参数两个方面的准备。
GPS定位使用的坐标系为WGS-84坐标系，并在这一坐标系基础上发布了星历参数。而我国运用最广泛的测量坐标系统是1954年的北京坐标系。在航道水深测量中，我国也是采用的是1954年北京大地测量坐标系。这样就需要在测量开始之前，对当地坐标与北京大地测量坐标系进行坐标校正。在校正过程中，应至少对4个对当地投影的3D网格坐标进行校正使用，以便提供给测量过程有充足的冗余度。
航道水深测量之前的另一个主要准备工作即是对仪器等的初始参数进行记录，并将采集到的初始参数放到控制器及记录卡里以备处理。在水上测量作业时，测深仪需要与GPS接收机进行连接，这样就可以通过测深软件来设置GPS接收机的参数，这些设置的参数也是需要进行记录并存储的，之后GPS接收机会根据给定的输出频率对测深仪的位置信息进行输出，测深软件就会对输出的数据进行采集，这就进入了测量的第二步骤。
2.2 外业测量及数据采集
在准备工作之后，已经对初始参数进行了记录，并将测深仪与GPS接收机进行了连接等工作。接下来，需要架设基准站，并将测深仪、GPS接收机与便携计算机向连接，启动GPS，测量工作便开始了。这一步骤的主要工作就是对测深仪采集的数据通过测深软件进行读取，并记录和存储。
2.3 数据的处理与出图
航道水深测量的第三步就是对第一步准备阶段采集的初始数据及第二步测深仪采集到的数据依靠相关数据处理软件进行后期分析与处理，在进行分析与处理后就可以得出测量成果了，即水深图及水深统计报告等。另外，现代成图软件都可以与绘图仪或打印机相连，这样就可以将测量结果直接出图了。
3 工程作业
3.1 GPS RTK水深测量系统
基于GPS的航道水深测量工作中应用的GPS RTK技术的基本原理与在陆地测量的放样原理基本一致。基准站位置及作用保持不变，主要的变化是流动站上的人工跑点被测量船测点代替，然后是流动站上固定了数字测深仪装置，便携计算机代替了控制手簿，而且测点和测线的控制与管理完全依靠先进的水深导航测量软件进行，并在此基础上由水深测量软件对测点的水深及测点的平面坐标数据进行采集与记录，最后通过数据处理软件对收集的数据进行后处理，与绘图仪或打印机相连就能直接得到水深图。
在实际的工程作业中，GPS RTK技术可以使用“1个基准站+1个流动站”的测量模式，也可以使用“1个基准站+2个流动站”的测量模式。在大型的水深测量工程项目中，甚至可以使用“1个基准站+多个流动站”的测量模式，即流动站是可以任意多个，这样可以增加测量基准站周围水深图的准确性。
3.2 水深測量作业
①GPS仪器架设
GPS仪器架设时应注意选择周围开阔的地点，GPS架设后首先应转换为1954年北京坐标系，之后连接通信系统，就可以对流动站的设备进行控制了。另外，还需要对RTK进行初始化设置及参数记录。
②测深系统
测量船应停靠在较为平静的水域上，然后将测深仪探头安装在测量船的中部船舷上，固定后调整GPS接收机的天线，使其与测深仪探头中心处于同一轴线上。之后，将GPS、测深仪与便携计算机向连接，打开水深测量软件，对测深仪采集到的数据进行记录。另外需要注意的是还应合理设置流动站的RTK接收机的对中杆的高度，默认高度是RTK接收机的接收天线到RTK对中杆底长2m，在实际中，比如测量船体的上升或下沉、涨潮或退潮等情况会使水位不稳定，应使用RTK的实时高程来替代水位观测，应根据实际情况对测深软件中的数据进行记录。运用RTK实时高程测量方法，可以有效预防可能影响航道水深测量的一系列因素，使测量结果精确度达到最高。
结束语
随着时代的发展，技术的进步，GPS技术得到了快速发展。双频GPS接收机的发明，使GPS测量技术在航道水运中得到了合理及有效的运用。目前，我国的港口航道施工中，水深测量工作因为GPS技术的应用变得越来越简单，越来越方便，而正确性和准确性也越来越高。在航道水深测量过程中，数据采集及成图等环节依靠先进设备及先进的处理软件，减少了人力投入，节约了大量人力、物力及资金。基于GPS的航道水深测量具有极高的实用价值，应广泛应用于我国的航道水深测量及港口建设等工程项目中去。
参考文献
[1]张英奇. 动态GPS在内河航道水深测量上的应用[J]. 中国新技术新产品，2013，23：22-23.
[2]林方炎. GPS定位技术和全站仪相配合在航道测量中的应用[J]. 珠江水运，2007，09：42-43.
[3]陆成成. GPS实时动态（RTK）系统在航道测量中的应用探讨[J]. 丹东海工，2012，02：9-11.
[4]程晋红. GPS-RTK配合电子经纬仪在航道测量中的应用探讨[J]. 科技风，2010，14：224+226.