测深点定位

在进行水下地形测量时，测量船须沿着预先设计的测线行驶，并按照规定的时间或距离间隔获取水深值和该水深值对应的平面位置。用于水下地形测量的定位方法有多种，在20世纪90年代以前，有断面索量距法、六分仪、交会法、极坐标法、无线电定位系统等。 目前，GPS几乎完全取代了这些传统的定位方法，成为水下地形测量中最主要的定位手段，另外，对于一些小型的水下地形测量任务，也常采用角度交会法和极坐标法定位。

一、角度交会法和极坐标法定位

（一）角度交会法

该方法就是角度前方交会法定位。将两台经纬仪分别架设在岸上的两个控制点上，互相照准并使度盘置零，当测船沿测深线方向行驶到测深点P位置时，即发出观测信号，两台经纬仪同时照准测深位置（如测深绳等），测出水平角，然后计算出测深点P的坐标。

（二）极坐标法

该方法需使用经纬仪和电磁波测距仪或全站仪。测量时将经纬仪架设在岸上的某个控制点上，照准另一控制点并使度盘置零。当测船行驶到测深点P位置并发出观测信号时，照准测深位置并同时测出角度和距离，然后计算出测深点P的坐标。

利用全站仪进行测深点定位，具有快速准确的特点，是目前常用的方法之一。该方法是将全站仪安置在岸边控制点上，后视另一控制点，利用坐标测量或数据采集的功能，直接测定船上棱镜点的坐标和高程。

二、GPS定位方法

目前，大范围的水下地形测绘常采用GPS定位+测深仪+测图软件的组合，形成水下地形测量系统，从而实现水下地形测绘的自动化。测量时利用GPS进行定位，利用导航软件指导其在设定的测线上航行，定位和测深系统每隔一定时间自动记录观测数据，并进行水位改正和相关数据处理，最终通过测图软件得到相应的水下地形图。一个典型的水深测量导航定位系统应包括GPS接收机、安装有导航定位软件的计算机、导航显示器、操作员使用的显示终端以及与测深仪连接的数据通讯电缆。有时候还需要一个专门的同步定标器，其作用是控制测深仪的测深与GPS定位取样时间保持一致。导航定位系统的组成见图11-3。

图11-3 水深测量导航定位系统组成

不同的水深测量项目，对定位的精度和覆盖区域的要求不同，所以，应根据项目的具体要求选择合适的导航定位方式。 目前在水深测量工作中主要有以下几种导航定位方式。

（一）单点GPS定位

单点GPS定位就是采用一台GPS接收机，以测码伪距为观测量，根据单点定位的原理，确定测量船水深测量瞬时的位置，也称为绝对定位。其定位的精度，取决于应用的测距码。当采用P码时，单点定位的精度为5～10m；当采用C/A码（S码）时，定位精度为20～50m。根据水下地形测量对定位精度的要求，当测量比例尺小于1∶5万时，由于定位精度要求低，因此，采用单点GPS定位的方式可以满足定位工作的需要。

（二）差分GPS定位

差分GPS定位，即DGPS （Differential GPS）定位。DGPS系统主要由基准台（也称基准站）的GPS接收机、数据处理与传输设备以及移动台GPS接收机组成。DGPS定位需要在一个或一个以上的坐标已知点上设立GPS接收机作为基准站，并和测量船上的GPS接收机（移动台）同步观测不少于4颗的同一组卫星，求得该时刻的差分改正数，通过通讯数据链把这些改正数实时播发给测量船上的移动台或者事后传送给移动台，移动台用所接收到的差分改正数对其GPS定位数据进行修正，进而获得精确的定位结果。由于在差分改正数中包含了星历误差、接收机钟差、大气传播误差等的综合影响，DGPS定位的精度和移动台与基准站的距离和改正数的龄期密切相关。在DGPS定位系统中，基准站提供的改正数的常见形式有伪距改正数、坐标改正数和载波相位改正数。其中，以伪距差分模式最为灵活，应用普遍，但其定位精度一般较低，适合于中、小比例尺水下地形测绘；以载波相位差分模式的定位精度最高，适合于大比例尺水下地形测绘和要求厘米级精度的定位测量。

图11-4 GPS RTK无水位观测模式水深测量原理

GPS RTK或CORS定位是一种高精度实时动态载波相位差分定位技术，能够实时获得厘米级精度的三维坐标，GPS RTK定位技术的作用距离较近，通常只有10～20km。利用GPS RTK定位技术可实现无水位观测的水下地形测量。如图11-4所示，h为GPS天线到吃水线的高度，Z0为测深仪换能器设定吃水，Z为测量的水深值。ZP为绘图水深，H为RTK测得的相对深度基准面的高程。则：

由于H、 Z的测量精度不受潮水或者波浪起伏的影响，Z0、 h数值不变。根据式（11-1），从理论上讲，GPS RTK无验潮测深将消除波浪和潮位的影响，是一种较好的测量方法。

在使用GPS进行水深测量的导航定位时，须采取下列措施，以保证导航定位的质量。

（1）测量前应在已知点上对GPS接收机作检校和比对测量。比对时应将各项技术参数设置在与实际测深时相同的状态，比测时间一般在半小时以上。利用式（11-2）进行精度估算。

式中，m为定位中误差，n为比对观测值个数，x0 、 y0为已知点坐标值，xi、 yi为比对观测坐标值。

（2）当采用自设基准站DGPS或RTK DGPS定位时，基准站应选在视野开阔、视场障碍物仰角小于10°的地区；尽可能避开强磁和电信号干扰的物体和区域。当差分改正数的龄期大于30s时，应停止作业，查明原因，直到信号恢复正常。

（3） GPS定位测量的坐标值应转换为工程项目要求的坐标值。在获取定位数据时，通常采用等时或等距的方式与测深数据同步采集。当采用等距方式采集定位数据时，采集的定位数据密度视测图比例尺和项目的要求而定，一般为图上1～2cm。采用多波束测量时，定位数据的采集密度与多波束系统的发射更新率有关，大部分系统要求1次/s。此外，遇到下列情况时，应及时定位：进出一条测线、发现特殊水深、改变航向和其他突发情况。