多波束联合rtk技术在航道测量中的应用

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1、多波束联合RTK技术在航道测量中的应用广东邦鑫勘测科技股份有限公司广东广州510000摘要：水域测量工作意义重大，文章介绍了多波束测深系统水深测量的基木原理,方法要点以及GPSRTK三维水深测量技术，接着结合工程实例，就多波束测深系统集成RTK三维水深测量技术进行了分析，实践证明综合运用RTK和多波束测深技术进行水域水深测量，可有效提高水深测量精度和工作效益。关键词：测绘工作；测量技术；多波束探测系统；GPSRTK技术；数据处理水下测绘工作的进行以及测绘技术的运用使得在水域的考察和测量之中，我们能够比较深入的对人类无法触及的海洋领域进行了解，进而开发出有利于人类进步和发展的海洋资源，促进人

2、类的进步。多波速测深系统的不断更新发展以及GPSRTK技术的普及，为航道测量、设计、建设、维护，海洋资源的利用等工程提供了极大的便利。文章在介绍多波束测深系统以及RTK三维水深测量技术的基础上，结合工程实例，进一步说明多波束测量技术结合RTK技术在水深测量中的高精度、全覆盖、高分辨率和高效率的特点。1多波束测深系统1.1系统构成多波束测深系统(TheMultibeamBathymetricSystem)是一个复杂的综合性系统，主要由多波束声学系统、多波束釆集系统、外围辅助传感器和数据处理系统组成。其中，换能器是多波束的声学系统，负责波束的发射和接收；多波束釆集系统完成波束的形成和将接收到声

3、波信号转换为数字信号，并反算其距离或记录声波往返换能器面和海底的时间；外围设备主要包括定位传感器、姿态传感器、声速剖面仪和电罗经，实现测量船瞬时位置、姿态、船姿、声速剖面和潮位等信息，计算波束脚卬的坐标和深度，并绘制海底地形图。1.2工作原理多波束测深系统以一定的频率发射沿航迹方向开角窄而垂肓航迹方向开角宽的波束，形成一个扇形声波束传播区。多个接收波束横跨与船龙骨垂直的发射扇区，接收波束垂直船迹方向很窄，而沿航迹方向的波束宽度取决于所使用的纵摇稳定方向。单个发射波束与接收波束的交叉区域称为脚印。一个发射和接收循环通常称为一个声脉冲。一个声脉冲获得的所有脚印的覆盖宽度称为一个测幅，测幅在给定

4、水深下对海底的覆盖宽度是噪声水平和海底反向散射强度的函数,根据各角度声波到达的吋间或相位就可以分别测量岀每个波束对应点的水深值。若干个测量周期组合起来就形成了一条以测量船航迹为中心线的带状水深图，因此，多波束测深系统也被称为条带测深系统。对波束i测量信号往返传播吋间ti和波束角θi,考虑至声线由于声速剖面引起的折射产生的弯曲，可计算斜距ri,水深zi和水深相对于天底的位置yi,见图1。1.3作业方法多波束测深系统水上作业的过程包括测前试验、测前准备和数据采集3个步骤。首先进行测前试验，就是在测量前对多波束测深系统及各种外围设备进行检查、测试和校准。接下来进行实测前的准备：启动多

5、波束主机和实时采集计算机，装入声呐参数、声速剖面文件、按照工作计划输入导航测线，量测吃水，然后进行多波束数据采集：根据已有资料估算测量起始点的水深值，启动多波束测深系统处于发射状态，实施水深测量、声速测量、潮位测量。需要注意的是每次起航前及返航后均指挥测量船在预定的测线方向上保持直线航行，做好数据记录。1.4测深数据处理由于多波束测深数据是在高度动态的海洋中采集的，所以仪器的噪声、海况的复杂性、多波束声呐的参数设置不合理等都会使得数据产生误差，从而使绘制的地形图与海底地形存在差异。同其它测量误差分类一样，多波束测深的误差类型也分为3种，分别是粗差、系统误差和偶然误差。系统误差是多波束测深系

6、统主设备与辅助设备本身的误差，其中声速剖面测量误差对测深精度影响最大。B前一般通过声速改正技术来修正声速剖面测量误差。粗差产生的原因较为复杂，目前常用的粗差判别准则有3σ准则、罗曼诺夫准则、格拉布斯准则、狄克松准则、样本分位数检验统计法等。在实际工作中，由于多波束采集的深度数据量很人，一般采用3σ准则结合其它滤波方法剔除粗大误差。2RTK三维水深测量经典水深测量模式采用GPS进行平面定位，测深工具为多波束或者单波束测深设备，在水深测量同时，在测区内各验潮站进行同步水位观测，并最终应用分带改正等方法将测深数据改正到深度基准面起算的水深。但是当测量水域范围超出了验潮站的

7、有效作用范围或者因无法架设验潮站而不能获取实吋验潮资料时，最终归算到深度基准面的水深数据精度将受到很大影响。RTK三维水深测量技术的出现解决了上述问题，其进行水深测量的原理是利用RTK测得的GPS天线精确的三维坐标(X,Y,H),其中X,Y确定定位点的平面位置，RTK高程结合由测深仪同步测得的水深换算出同一平面位置上的水下泥面的高程或水深值，从而获得水下地形数据，如图2所示。图2中：H为GPS接收机测得的高程，h为GPS