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摘要：GPS技术具有高精度、高效性、经济性和不需通视等的优点，受到人们的广泛应用。GPS技术在水上测量中的应用，增强了测量数据的可靠性、提高了水上测量工作的效率、降低了工作强度以及节约了成本。本文针对GPS在水上测量中的应用进行深入的研究和探讨。
关键词：GPS，水上测量，应用
中图分类号：B819文献标识码： A
引言
GPS技术在水利工程中的应用是水利工程建设中的一项重大变革，其应用前景十分广阔。GPS技术具有自动化程度高、观测速度快、点位精度高和经济效益高的优势。本文主要阐述了有关GPS在水上测量中应用的一系列问题。
一、GPS测量技术的基本特点
1、功能多样化，应用范围较广
GPS技术不仅可以为用户提供精确的三维置坐标，具有测量以及位置导航功能，同时还可以为用户提供精确的时间和速度方面的完整信息，具有测时、测速的功能。随着GPS技术的不断发展与完善，这些功能也被逐渐应用到工程测量、海洋测绘、大地测量以及航空摄影测量等领域，应用范围有了很大的扩展。
2、定位精确
经大量的工程测绘实践证明，GPS的定位精度较传统定位方式有了显著提高。
（1）在静态相对定位模式测量中：若基线<50km，GPS的定位精度高达1-2×10-6左右；若基线在100-500km范围内，其定位的精度可达10-6到10-7左右；若基线在1000km范围内，其定位的精度可达10-8左右。
（2）实时定位以及实时分差定位：GPS测量技术应用于實时定位时可将精度控制在分米、厘米单位，极大的减少误差。比如如果工程测绘的边长在300-1500m范围的实时定位，1h以上观测的平均平面误差。
3、操作简便
现代化的GPS测量技术不断的引进各种先进科学技术手段，极大的提高了GPS技术的智能化、自动化及集成化程度，操作方法也非常的简便。在实际的工程测量过程中，只需要工作人员了解仪器的安装、基本的连线、气象数据收集以及天线高度的量取等简单内容即可，GPS仪器会自动进行卫星定位、跟踪观测并及时记录等内容，工作人员只需要负责维护监测仪器的正常运行。因此对工作人员的专业要求并不会太高，也可以减少由人为失误造成的误差。
二、GPS-RTK技术的基本原理和特点
1、动态(RTK)测量系统
实时动态(RTK)测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术中的一个新突破。RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。GPS-RTK系统主要由基准站、流动站和通讯系统三部分组成。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。GPS-RTK系统的基本原理：在基准站和流动站都设置好后,同时接收五颗以上的相同卫星进行载波相位观测，基准站在跟踪载波相位测量的同时通过数据链将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去；流动站在接收GPS卫星信号进行载波相位观测的同时,还通过数据链接收来自基准站的信息,实时解算出相对于基准站点的基线向量,并通过已知设置的转换参数及投影方法计算出流动站的地方坐标。
2、GPS-RTK技术的特点
GPS-RTK测量技术除了具有GPS测量的优点外，同时它还具有观测时间短，能实现坐标实时解算的优点，从而可以提高生产效率。GPS-RTK技术还能实时动态定位，如果采用快速静态测量模式，在十五千米范围内，其定位精度可控制达一至二厘米内。它可用于工程控制测量。RTK测量系统的开发成功，为GPS测量工作的可靠性和高效率提供了保障，这对GPS测量技术的发展和普及，具有重要的现实意义。
三、GPS技术在水上测量中的分析研究
1、测区简介
温州水下地形测量项目，为了配合温州港建设开发工程的顺利开展，加强对港区各工程的科学管理，港口管理部门及建设部门需要新的、完整的、客观的港区控制资料和水下地形资料，对温州港通航区域及规划建设区域进行水下地形测量。
测量内容为：（1）温州市区温瑞塘河航道区域1:2000比例尺水下地形测量，（2）瓯江、飞云江、鳌江三条江域下游部分河段，以及洞头水域水下地形测量，测量比例尺为1:5000。在测量过程中GPS均能满足定位要求。
2、测量设备
本次测量平面位置及高程采用Trimble 4700/5800 双频GPS接收机，其静态基线测量精度为±（5mm+1ppm），实时动态定位精度为±（1cm+1ppm）/水平、±（2cm+1ppm）/垂直，测深设备采用美国生产的Odom Hydrotrac型单频测深仪，其频率为206KHz，换能器波束角8°，量程0～80m，测深精度5cm±0.5%D（D为测量水深值）。通过测深仪计算机系统实时记录各个定位点的坐标和水深数据。
3、水下地形测量的基本过程
测量过程中GPSRTK的作用在于平面位置定位及高程测量，而测深仪的作用在于水深数据的采集。其过程大致分三阶段：测前准备阶段、数据采集阶段和数据后处理阶段。
（1）测前准备阶段：
首先，布置测深断面线根据测区的坐标系统和测量范围建立任务，并采用海达水下地形测量专用导航软件在测深仪中输入预设航线。航线的垂直于等深线方向，航线的间距为10米。其次，安装仪器。①测深仪换能器的安装：测深仪换能器应安装在距测量船船首1/3～1/2船长处，可采用舷侧安装。在安装前先应检查换能器与安装杆的垂直度，可通过螺丝的调节使换能器的发射面与安装杆垂直，最后借助经纬仪的竖丝来调整安装杆垂直度，从而达到换能器的发射面与水面平行的目的。安装杆的固定可采用固定夹板和钢缆。②GPS接收机天线安装：将连接天线的对中杆与换能器的安装杆捆绑在一块，使GPS的定位中线与测深中心一致。③GPS基站设置：将基准站架设在已知点A上，同时设置好测区的参考坐标系、投影参数、卫星限制高度等，并输入基准站的三维坐标，启动基准站，发射无线电，并对已知点进行校测。
4、数据采集阶段
RTK及计算机系统结合自动定位，并实时通过数据线将测深仪水深数据传输到计算机系统成图。避免全站仪模式要将平面定位数据和水深数据拼在一起而产生的麻烦和不必要的错误。在采集过程中，由于GPS天线与测深仪的换能器处于同一垂直面，GPS接收的时间与采集水深数据的时间同步，而且GPS的定位点与水深采集点重合，从而提高了数据资料的准确性，为工程的质量打下良好的基础。其具体的采集过程如下：
（1）将GPS接收机、测深仪连接完成，设置测深仪的记录设置（一般按1米间距设置）、吃水深度和采集数据频率等，并打开各种仪器的电源，并对仪器进行初检，主要进行水深比对，即用测坨量测水深与测深仪测量水深进行比对，满足规范即可进行测量。
（2）当GPS接收机收到固定解，测量船开到测区内。测量船会在测深仪计算机系统上显示一个船型图标，并显示断面线。
（3）控制好测量船，尽量使测量船沿航线行走，设置好测深仪计算机系统的记录保存功能，计算机会实时地将测深仪采集的水深数据及RTK采集的坐标一一对应的保存。
5、水深数据后处理阶段
测量结束后，经水深资料处理软件进行水深后处理及综合改正输出，在指定文件中自动生成定位数据文件和水深数据文件，将此两文件调入EXCEL电子表格经处理后生成南方CASS7.0可调入的展野外测点的*.dat格式，最后用南方CASS7.0成图软件内业编辑成图。
四、GPS技术在水上测量中的应用分析
水利工程测量最难的是水下地形测量,水下地形复杂,人肉眼又看不见,水上作业条件差,水下地势的准确性对水利工程建设十分重要,水下地形测量传统的测量方法大多采用六分仪、三杆分度仪、全站仪配合测深仪,其缺点是精度不高,测区范围有限,工作量大,人员配置多等。随着GPS-RTK技术在测量中的快速发展,水下地形测量也得到了广泛的应用,主要有:中海达动态GPS、中海达数字单(双)频测深仪、海洋测量软件等。GPS进行水下地形测量的步骤:将GPS、测深仪和电脑系统连接成一起,导航软件对测量船进行定位,并指导测量船在指定测量断面上航行,GPS和测深仪将实时测得数据导入电脑,由海洋测量软件处理生成水下地形图或导出*.dat文件,再由南方测绘cass7.0地形地籍成图软件绘制水下地形图。从几年测量结果来看,GPS在水下地形测量的应用,大大提高了测量的精度,减少了工作量,缩短了工作周期,并且输出的数字化的水下地形图为工程建设及今后地理信息系统的建立和管理创造了有利的条件。
结束语
总之，在未来的测绘行业中GPS技术测量定位新技术将发挥越来越大的作用，用GPS技术进行水上测量，使得水上测量这项工程变得高效、方便。由于GPS技术劳动强度低、作业速度快，节省了外业费用，提高了测量效率。因此GPS定位技术将为水下地形测量提供高精度、高质量和高效益的应用前景。
参考文献
[1]李引生.GPSRTK技术在昭平台水库水下地形测量中的应用[J].华北水利水电学院学报,2010,26(3).
[2]陈远帆,蔡柳阳,陈斌.有关GPSRTK技术在地形测量中的步骤及应用探讨[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2011,(6).
[3]陶歆贵．GPSRTK技术在水上测量中的测量中的应用[J]铜业工程，2012（02）.
关键词：GPS，水上测量，应用
中图分类号：B819文献标识码： A
引言
GPS技术在水利工程中的应用是水利工程建设中的一项重大变革，其应用前景十分广阔。GPS技术具有自动化程度高、观测速度快、点位精度高和经济效益高的优势。本文主要阐述了有关GPS在水上测量中应用的一系列问题。
一、GPS测量技术的基本特点
1、功能多样化，应用范围较广
GPS技术不仅可以为用户提供精确的三维置坐标，具有测量以及位置导航功能，同时还可以为用户提供精确的时间和速度方面的完整信息，具有测时、测速的功能。随着GPS技术的不断发展与完善，这些功能也被逐渐应用到工程测量、海洋测绘、大地测量以及航空摄影测量等领域，应用范围有了很大的扩展。
2、定位精确
经大量的工程测绘实践证明，GPS的定位精度较传统定位方式有了显著提高。
（1）在静态相对定位模式测量中：若基线<50km，GPS的定位精度高达1-2×10-6左右；若基线在100-500km范围内，其定位的精度可达10-6到10-7左右；若基线在1000km范围内，其定位的精度可达10-8左右。
（2）实时定位以及实时分差定位：GPS测量技术应用于實时定位时可将精度控制在分米、厘米单位，极大的减少误差。比如如果工程测绘的边长在300-1500m范围的实时定位，1h以上观测的平均平面误差。
3、操作简便
现代化的GPS测量技术不断的引进各种先进科学技术手段，极大的提高了GPS技术的智能化、自动化及集成化程度，操作方法也非常的简便。在实际的工程测量过程中，只需要工作人员了解仪器的安装、基本的连线、气象数据收集以及天线高度的量取等简单内容即可，GPS仪器会自动进行卫星定位、跟踪观测并及时记录等内容，工作人员只需要负责维护监测仪器的正常运行。因此对工作人员的专业要求并不会太高，也可以减少由人为失误造成的误差。
二、GPS-RTK技术的基本原理和特点
1、动态(RTK)测量系统
实时动态(RTK)测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术中的一个新突破。RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。GPS-RTK系统主要由基准站、流动站和通讯系统三部分组成。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。GPS-RTK系统的基本原理：在基准站和流动站都设置好后,同时接收五颗以上的相同卫星进行载波相位观测，基准站在跟踪载波相位测量的同时通过数据链将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去；流动站在接收GPS卫星信号进行载波相位观测的同时,还通过数据链接收来自基准站的信息,实时解算出相对于基准站点的基线向量,并通过已知设置的转换参数及投影方法计算出流动站的地方坐标。
2、GPS-RTK技术的特点
GPS-RTK测量技术除了具有GPS测量的优点外，同时它还具有观测时间短，能实现坐标实时解算的优点，从而可以提高生产效率。GPS-RTK技术还能实时动态定位，如果采用快速静态测量模式，在十五千米范围内，其定位精度可控制达一至二厘米内。它可用于工程控制测量。RTK测量系统的开发成功，为GPS测量工作的可靠性和高效率提供了保障，这对GPS测量技术的发展和普及，具有重要的现实意义。
三、GPS技术在水上测量中的分析研究
1、测区简介
温州水下地形测量项目，为了配合温州港建设开发工程的顺利开展，加强对港区各工程的科学管理，港口管理部门及建设部门需要新的、完整的、客观的港区控制资料和水下地形资料，对温州港通航区域及规划建设区域进行水下地形测量。
测量内容为：（1）温州市区温瑞塘河航道区域1:2000比例尺水下地形测量，（2）瓯江、飞云江、鳌江三条江域下游部分河段，以及洞头水域水下地形测量，测量比例尺为1:5000。在测量过程中GPS均能满足定位要求。
2、测量设备
本次测量平面位置及高程采用Trimble 4700/5800 双频GPS接收机，其静态基线测量精度为±（5mm+1ppm），实时动态定位精度为±（1cm+1ppm）/水平、±（2cm+1ppm）/垂直，测深设备采用美国生产的Odom Hydrotrac型单频测深仪，其频率为206KHz，换能器波束角8°，量程0～80m，测深精度5cm±0.5%D（D为测量水深值）。通过测深仪计算机系统实时记录各个定位点的坐标和水深数据。
3、水下地形测量的基本过程
测量过程中GPSRTK的作用在于平面位置定位及高程测量，而测深仪的作用在于水深数据的采集。其过程大致分三阶段：测前准备阶段、数据采集阶段和数据后处理阶段。
（1）测前准备阶段：
首先，布置测深断面线根据测区的坐标系统和测量范围建立任务，并采用海达水下地形测量专用导航软件在测深仪中输入预设航线。航线的垂直于等深线方向，航线的间距为10米。其次，安装仪器。①测深仪换能器的安装：测深仪换能器应安装在距测量船船首1/3～1/2船长处，可采用舷侧安装。在安装前先应检查换能器与安装杆的垂直度，可通过螺丝的调节使换能器的发射面与安装杆垂直，最后借助经纬仪的竖丝来调整安装杆垂直度，从而达到换能器的发射面与水面平行的目的。安装杆的固定可采用固定夹板和钢缆。②GPS接收机天线安装：将连接天线的对中杆与换能器的安装杆捆绑在一块，使GPS的定位中线与测深中心一致。③GPS基站设置：将基准站架设在已知点A上，同时设置好测区的参考坐标系、投影参数、卫星限制高度等，并输入基准站的三维坐标，启动基准站，发射无线电，并对已知点进行校测。
4、数据采集阶段
RTK及计算机系统结合自动定位，并实时通过数据线将测深仪水深数据传输到计算机系统成图。避免全站仪模式要将平面定位数据和水深数据拼在一起而产生的麻烦和不必要的错误。在采集过程中，由于GPS天线与测深仪的换能器处于同一垂直面，GPS接收的时间与采集水深数据的时间同步，而且GPS的定位点与水深采集点重合，从而提高了数据资料的准确性，为工程的质量打下良好的基础。其具体的采集过程如下：
（1）将GPS接收机、测深仪连接完成，设置测深仪的记录设置（一般按1米间距设置）、吃水深度和采集数据频率等，并打开各种仪器的电源，并对仪器进行初检，主要进行水深比对，即用测坨量测水深与测深仪测量水深进行比对，满足规范即可进行测量。
（2）当GPS接收机收到固定解，测量船开到测区内。测量船会在测深仪计算机系统上显示一个船型图标，并显示断面线。
（3）控制好测量船，尽量使测量船沿航线行走，设置好测深仪计算机系统的记录保存功能，计算机会实时地将测深仪采集的水深数据及RTK采集的坐标一一对应的保存。
5、水深数据后处理阶段
测量结束后，经水深资料处理软件进行水深后处理及综合改正输出，在指定文件中自动生成定位数据文件和水深数据文件，将此两文件调入EXCEL电子表格经处理后生成南方CASS7.0可调入的展野外测点的*.dat格式，最后用南方CASS7.0成图软件内业编辑成图。
四、GPS技术在水上测量中的应用分析
水利工程测量最难的是水下地形测量,水下地形复杂,人肉眼又看不见,水上作业条件差,水下地势的准确性对水利工程建设十分重要,水下地形测量传统的测量方法大多采用六分仪、三杆分度仪、全站仪配合测深仪,其缺点是精度不高,测区范围有限,工作量大,人员配置多等。随着GPS-RTK技术在测量中的快速发展,水下地形测量也得到了广泛的应用,主要有:中海达动态GPS、中海达数字单(双)频测深仪、海洋测量软件等。GPS进行水下地形测量的步骤:将GPS、测深仪和电脑系统连接成一起,导航软件对测量船进行定位,并指导测量船在指定测量断面上航行,GPS和测深仪将实时测得数据导入电脑,由海洋测量软件处理生成水下地形图或导出*.dat文件,再由南方测绘cass7.0地形地籍成图软件绘制水下地形图。从几年测量结果来看,GPS在水下地形测量的应用,大大提高了测量的精度,减少了工作量,缩短了工作周期,并且输出的数字化的水下地形图为工程建设及今后地理信息系统的建立和管理创造了有利的条件。
结束语
总之，在未来的测绘行业中GPS技术测量定位新技术将发挥越来越大的作用，用GPS技术进行水上测量，使得水上测量这项工程变得高效、方便。由于GPS技术劳动强度低、作业速度快，节省了外业费用，提高了测量效率。因此GPS定位技术将为水下地形测量提供高精度、高质量和高效益的应用前景。
参考文献
[1]李引生.GPSRTK技术在昭平台水库水下地形测量中的应用[J].华北水利水电学院学报,2010,26(3).
[2]陈远帆,蔡柳阳,陈斌.有关GPSRTK技术在地形测量中的步骤及应用探讨[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2011,(6).
[3]陶歆贵．GPSRTK技术在水上测量中的测量中的应用[J]铜业工程，2012（02）.