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　　随着科技的进步、测绘新技术的发展，多波束测深、三维图像声呐系统、机载激光测深等一批具有高效率、大范围、高精度的设备在水下测量领域普及使用，使测绘对象由单一化，扩展为多元化综合性测量。随着近年RTK技术的不断发展，在解决了多路径效应影响及单基站覆盖范围的问题后，RTK技术已能够较好的适应水下地形测量的需求。本文介绍了传统验潮方法的原理及其优缺点、RTK无验潮技术的原理、RTK无验潮水下测量的误差及其产生原因和RTK三维水深测量与传统验潮测量之间的比较。

　　自新中国成立以来，国家相继推出了“一带一路”、“海上丝绸之路”和“海洋强国”等一系列战略实施，水下地形测量遇到了前作为有的挑战。水下地形测绘的主要内容是在陆地上建立控制网和进行水下地形测绘。随着科技的进步、测绘新技术的发展，多波束测深、三维图像声呐系统、机载激光测深等一批具有高效率、大范围、高精度的设备在水下测量领域普及使用，使测绘对象由单一化，扩展为多元化综合性测量。本论文的研究方向是验潮技术的发展，现有的验潮技术和GPS新验潮技术的优缺点对比。验潮就是潮汐测量。验潮的内容就是测量某个固定点的水位变化。

　　我国的潮汐测量可以追溯到唐朝，唐朝的窦叔蒙，封演，北宋的燕肃、余靖等人，都对沿海地区进行过潮汐观测。在北宋时期，我国就在福建的木兰坡设置了许多“水则”用来观测水位的高低。据史料记载，在北宋时期，我国在县西南平桥下，设置了“水则”，而且安排了人员进行观察水位的高低，但是它当时是为了农田灌溉所设置的。到了明代，我国又在此基础上进行了改造，在河道上设立了两个水则碑，分为左右两碑。设置在左边的水则碑用于记录每年的的最高水位，右边的水则碑用于记录每月，每季度的最高水位。由此可以看出，我国古代的潮汐测量虽然简单，精度低，但是也反映出了潮汐测量对于人民的重要性。虽然只是一个简单的石碑，但这却显示出了我国劳动人民的伟大智慧和人民对验潮的重视。到了近代，科技不断进步，而且随着人们对于海洋的认识不断加深，以及对海洋不断地探索，海洋测绘已经对于军事、运输等方面十分重要，水位观测就是海洋测绘中不可缺少的一部分。我国近代的验潮工具，从人为操控，再到半自动化，最后到现在的自动化、数据化和智能化。起初的水尺验潮，需要打桩、设置水尺等步骤，需要的劳动力多并且不便于维护和保存，而且不能测量远离海岸的水域，目前我国只有在偏远的地区中的短期验潮使用这种验潮方法。后来的浮子式验潮仪和引压钟式验潮仪，在精度方面比水尺验潮要高上很多，而且维护

　　方便，但是投入费用比较高，不方便移动，并且需要防风防雨等排除外界因素的干扰。目前我国内的长期验潮站很多都用浮子式验潮仪和引压钟式验潮仪。随着科技的进步和声学的发展，又出现了声学式验潮仪。这种验潮仪原理是由探头发出声波，声波在接触到海面时再返回到接收器，根据声波的往返时间计算得出当时水位的深度。但是这种仪器受到的限制比较多，例如在水面结冰时就无法使用。其次由于水中有许多漂浮物、生物等等，这种仪器在水位越深时，精度越低。随后的压力式验潮仪，是一种比较新型的验潮设备。它的优点在于数据方便储存，精度高以及轻便灵活。

　　随着我国在太空领域的飞速发展，GPS系统已经走入了老百姓的生活。近些年来，我国在卫星方面不断做出了重大突破，与此同时GPS验潮也走进了人们的视野。GPS验潮的原理简单来说，就是把一台GPS接收机放在基准站上，然后太空中的所有GPS卫星对其进行连续地不间断地观测，并且实时的把数据传送给观测用户站。接收机利用相对定位原理，对接收到的卫星信号和基准站的数据进行计算，最后得到用户所在的三维坐标。目前我国大部分使用这种DGPS+验潮技术，但是这种验潮技术的自动化程度不够高以及精度不够好，导致无法很好的满足港口工程、航道工程等涉水工程的作业精度要求。 随着近年RTK技术的不断发展，在解决了各种技术问题后，RTK技术已能够较好的适应水下地形测量的需求。RTK无验潮技术是一种高精度的测量技术，实际上是利用 RTK的动态定位技术，测量出目标点的平面坐标和高程。因此，解决了测量中的水面变化和设置水尺时所引起的测量误差。

　　RTK测量技术是一种实时差分技术，它的依据是载波相位观测。RTK的实时动态测量就是把一台GPS接收机放在基准站上面，同时所有可以观测到它的卫星都对其进行不间断的测量接收机利用相对定位原理，对接收到的卫星信号和基准站的数据进行计算，最后得到用户所在的三维坐标。目前，RTK测量精度非常高，已经达到了厘米级别。

　　目前我国大部分使用DGPS+验潮技术，但是这种验潮技术的自动化程度不够高以及精度不够好，导致无法很好的满足港口工程、航道工程等涉水工程的作业精度要求。 随着近年RTK技术的不断发展，在解决了各种技术问题后，RTK技术已能够较好的适应水下地形测量的需求。RTK无验潮技术是一种高精度的测量技术，实际上是利用 RTK的动态定位技术，测量出目标点的平面坐标和高程。

　　传统的水下地形测量是用RTK实时地测量出该测量船的平面坐标，然后使用测深仪测量出此时的水深，还需要测量出水位值，最后把平面坐标、水深值和水位值进行汇总和计算，得出水下某点的高程值。目前进行水下地形测量时仍然较多的使用这种GPS验潮技术来获得水下某点的三维坐标。但是该技术的自动化程度以及精度已经无法良好的满足航道工程、港口工程等涉水工程的精度要求。近些年来，随着RTK技术的发展，在解决了一些技术难题之后，RTK技术已经能够较好的适应精密水下地形测量的需求。所以本研究目的在于探讨采用RTK无验潮测量技术来实现测量自动化程度和测量精度的提高。

　　验潮就是潮汐测量，通过测量固定点的水位随时间的变化。简单来说就是测量这个固定点的水深变化。我国的潮汐测量最早可以追溯到唐代，唐朝和宋朝的许多人，都对沿海地区进行过潮汐观测。在北宋时期，我国就在福建的木兰坡设置了许多“水则”用来观测水位的高低。“水则”其实就是我国古代的水尺，在这种水尺上坐上标记，当水位达到某个标记时，进行放水，从而达到了防洪报讯的功能。据史书记载，在南宋时期我国在县西南平桥下，设置了“水则”，而且安排了人员进行观察水位的高低，但是它当时是为了农田灌溉所设置的。到了明代，我国又在此基础上进行了改造，在河道上设立了两个水则碑，分为左右两碑。左侧的水则碑负责记录每年的的最高水位，右侧的水则碑负责记录每月，每季度的最高水位。这种水尺验潮虽然简单，但是它代表了我国古代人民对潮汐测量的认识和发展，它是我国伟大劳动人民的智慧结晶。

　　水尺验潮是将水尺安置于水中。在测量时需要在水里打一个木桩，再把一个水尺固定到木桩上。在码头时，则可直接把水尺安置在港池壁上。这种方法简单并且直观，方便水准联测、绿色环保，且价格低廉，并可以长期保存。但是水尺测量现在国内外已经很少使用了，因为这种技术需要大量的人力投入，并且自动化程度很低，但是在国内一些偏远的地区还使用这种水尺验潮。水尺测量是我国早期使用的验潮方式，过去科学不发达，这种验潮方式虽然辛苦，人工投入大，但是它却能比较精准的测量出水的深度。

　　浮子式验潮仪原理是通过一个浮子的运动状态，经过一系列的转换，最终得到海面变化的曲线。引压钟式验潮仪是在水底放置一个引压钟，海水会对这个引力钟产生压力，再把这个压力记录下来，通过计算得到水的深度。这两种潮汐仪的安装复杂，在安装设备的时候需要打井建站，所以这两种验潮仪只适合岸边的长期验潮。它的优点是精度较高，方便维护，缺点是对周围环境的要求比较高，而且需要投入的费用比较大。

　　声学式验潮仪是根据声学原理制造出来的验潮仪器，这种验潮仪可分为两类，一类是声波探头安装在空气中，这种验潮仪需要在海底打桩，另一类是声波探头安装在水中，这种验潮仪需要把探头固定在水底。声探头安装在空气中的声学验潮仪，它的原理是把一个声学发射接收探头安置在海面上，让探头不断地竖直向下发射超声波，声波通过空气传播到海面，当到达海面以后经过反射再回到探头。然后得到声波往返于探头和海面的时间，最后通过公式计算得到潮高随时间的变化。

　　这种声学式验潮仪一般需要在海底打一个桩，然后把验潮仪安装在装的顶部，以保证涨潮时探头不被海水淹没。这种验潮仪的优点是可以安装在离海面较远的地方，使声波的传播更短，从而保证了更高的精度和更低的成本。缺点是由于需要打桩，所以不能远离海岸，因此测量的水深一边比较浅。

　　声探头安装在水中的潮汐仪是把一个声学探头安装在海底，定是竖直向上发射声波，再接收海面的回波，最后计算出安置点的水深。这种潮汐仪因为需要有电缆连接，所以不能远离海岸。这两种声学仪器的固有误差至少为几厘米，并且还受诸如水物体等因素的影响。水深越浅，它对测量结果的影响就越大，这种声学潮汐表通常无法在水面结冰之后使用。

　　压力式验潮仪是将验潮仪放在水下固定的位置，然后通过检测海水的压力的变化，最后通过计算得出海面的变化。这种压力式验潮仪的使用范围比较广泛，它适用于码头以及离海岸远，较深海域的验潮。这种验潮仪的优点是适用范围广，不需要打井建站，方便携带，且对环境没有污染。压力式验潮仪的工作原理是检测出海水的静压力，再把压力换算成水位。

　　潮。在浅水区，可以把它和水尺安装在一起，首先要进行联测，在得到了大地基准面和水尺零点的关系之后，就可以得到验潮仪零点和大地基准面的关系。而且这种压力式验潮仪可以让一定范围内的用户都可以收到数据。这种压力式验潮仪的精度高，可以达到0.1%FS。缺点是这种验潮仪需要靠电池供电，如果电池没电了，而且此时正在测量时，就会造成许多不必要的麻烦。如果布放点的水深较深时，不方便被探测到时，就需要进行长时间的工作。

　　数据测深仪它完美的克服了模拟测深仪的缺点，它使用高速的处理器对数据进行自动化的处理，从而大幅度的提高了工作效率。数字测深仪可以保证测量的精度足够高，可以利用涌浪、潮汐等数据对测量成果进行校正。它的测量成果便于保存，可以长期使用。

　　多波束测深仪可以发射出一束波束同时接收多个波束，这样形成了多波束探深信号，进而获得水下地形信息。这种测深仪的有着全覆盖，高效率的特点，可以在大水域测量中发挥巨大优势，它还能够良好的适应各种极端环境，在水下物体打捞和堤防检测中起到巨大的作用。

　　传统的验潮测量原理是使用水准仪、经纬仪或者其他测量仪器，通过测量得到测量船的平面坐标和静水面高程，再使用测深仪测量出此时测量船所在位置的水深，最终通过计算得到水底点的三维坐标。

　　首先使用经纬仪进行前方交会，把已知方位角当做后视方向，这时候每个测量点的读数就是相应的方位角。在得到方位角之后，再使用测深仪进行测深，得到水深数据，最后通过计算得到水下某点的三维坐标。这种方法的缺点很明显就是精度低，它受到的影响比较多，例如地球曲率的影响、有时难以通视以及对侧站得要求高等等。

　　无线电技术与测深仪组合系统是利用了无线电波定位原理，在工作室，首先需要在测量船和陆地上放置多个无线电接收台，然后通过确定无电线接收台之间的关系，进而确定测量船的位置。之后使用测深仪测量出测量船所在位置的水深，最后通过计算得出水下某固定点的三维坐标。这种方法的成本比之前的交会定位法要高，但是在施工测量时受到的影响比较大，得出的数据不是很理想，但是这种方法的优点在于速度快。

　　这种方法类似于前方交会法，它就是使用测距仪测距离，然后使用经纬仪测量得到测量船的方位角，再使用测深仪得到测量船的水深数据，最后得到该点的三维坐标。因为这种方法需要同时进行测角、测距和测深，所以产生的误差比较大，从而导致精度较差。

　　这三种传统的验潮测量方法都是使用水准仪、测距仪和经纬仪等测绘仪器在事先测量好的断面上测量水中的测量船的角度和距离。并且每次进行测量的时候，都需要事先通知测量船上的测绘人员开关测深仪，并做好记录。而且它们都需要进行水位测量，这就导致了工作流程的复杂并且测得的成果精度较差。在得到数据之后，还需要专业人员进行计算数据，然后进行手工画图。所以传统验潮测量方法需要的人员多，耗费时间，效率低。

　　随着我国在太空领域以及计算机领域的飞速发展，GPS系统和测量机器人已经走进了海洋测绘，这些测绘新技术使水下测量的自动化程度不断提高，同时也使测量成果精度得到了很大提升。

　　测量机器人通过极坐标法来采集数据并进行储存。在测量机器人采集数据的同时，数字测深仪进行测深。这种测量机器人与测深仪组合的验潮方法实现了验潮的自动化。这是种方法的缺点是不适用于大范围，长距离的测量，其原因是当受到条件限制，无法通视时就无法进行测量。

　　DGPS即差分全球定位系统。它主要是包括差分数据播发台、GPS接收台和卫星这三个部分。它的原理是把某个已知点当做基准点，同时这个已知点上的 GPS接收机连续不断地接收信号。然后把这些信息和已知点的信息进行比较，得到误差的伪距修正值。再把之前得到的修正值经过无线电台发射出去，用户同时接受到来自GPS的信号和来自基准站的修正值，通过计算之后得到了校正之后的位置坐标。GPS验潮技术是利用全球定位系统，在测站放置一个接收机，然后通过相对定位的原理，计算得出此时的高程，最后得出潮位。GPS验潮技术的作用距离比较短，如果测站远离参考站，那么就无法使用这种方法进行测量。DGPS验潮总体上分为两种，一种是静态验潮，另外一种是动态验潮。静态验潮的工作原理是动态载波相位差分测量，在测量时，首先要在海面上找一个固定的位置，然后把DGPS验潮站的接收天线放在那个固定的位置，让它与岸上的接收机进行动态载波相位差分测量，最后得到GPS验潮站的海面高度。动态验潮的工作原理也是动态载波相位差分测量，它与静态验潮的区别是，静态验潮是把GPS接收机天线安装在一个固定在海面上的测量船或者浮筒上，而动态验潮是把GPS接收天线安装在一个可以移动的测量船上。最后通过动态载波相位差分测量得到测量船的瞬时海面高度。这种验潮技术需要使用载重大的测量船，因为这种方法需要使用计算机进行实时地操作，设备比较多。这种验潮方法在测量陡岸坎下的水下地形时会有很多不便，而且需要投入的资金和人员较多。

　　RTK测量技术是全球测绘的新技术，是测绘界的重大突破，它包括数据传输技术与 GPS系统两部分系统。RTK的实时动态测量就是把一台GPS接收机放在基准站上面，同时所有可以观测到它的卫星都对其进行不间断的测量接收机利用相对定位原理，对接收到的卫星信号和基准站的数据进行计算，最后得到用户所在的三维坐标。目前，RTK测量精度非常高，已经达到了厘米级别。RTK测量技术是一种实时差分技术，它的依据是载波相位观测。因为我们在生产实践中通常使用的都是平面直角坐标和正常高，而GPS测量的结果都是WGS—84坐标，所以我们在得到GPS显示的坐标之后，还要对数据进行坐标转化。多波束测深仪的工作原理是发射出一束波束同时接收多个波束，这样形成了多波束探深信号，进而获得水下地形信息。这种测深仪的有着全覆盖，高效率的特点，可以在大水域测量中发挥巨大优势，它还能够良好的适应各种极端环境，在水下物体打捞和堤防检测中起到巨大的作用。RTK和多波束测深仪组合水深测量就是利用更加先进的RTK技术和多波束数字测深仪进行测量。

　　力、实现了对数据的自动化采集、分析、传输和处理，大大地减轻了工作强度，提高了工作效率，而且测量精度也得到了大幅度提升。RTK和多波束测深仪组合水深测量在海洋测量、港口工程测量、大面积水域测量中担任着重要角色，为水下地形测量提供了技术保障，测量结果方便保存，可以利用数据成图软件生成水下地形图。

　　RTK测量技术是一种实时差分技术，它的依据是载波相位观测。RTK的实时动态测量就是把一台GPS接收机放在基准站上面，同时所有可以观测到它的卫星都对其进行不间断的测量接收机利用相对定位原理，对接收到的卫星信号和基准站的数据进行计算，最后得到用户所在的三维坐标。目前，RTK测量精度非常高，已经达到了厘米级别。

　　使用RTK实时地测量出该测量船的平面坐标，然后使用测深仪测量出此时的水深，还需要测量出水位值，最后把平面坐标、水深值和水位值进行汇总和计算，得出此测点的高程值。目前我国大部分水下地形测量都是用这种验潮方式，但是随着RTK技术的发展以及人们对于水下地形测量的要求不断提高，这种验潮模式已经渐渐不能满足日常的生产需要。尤其是在港口工程和航道工程中，这种RTK验潮技术的精度已经不能达到要求，而且这种模式的自动化程度不够理想，相对于无验潮模式，这种验潮模式已经不能满足大部分涉水工程。

　　目前RTK技术已经成熟，它可以很精确地测量出两个点之间的相对高差，我们可以利用这个高差通过反算的方式计算出RTK流动站相位中心的高程。这个高程与基准站在同一个高程基准面上。它的基本原理是利用RTK测量出瞬时三维坐标，再测量出RTK天线到换能器的垂直距离，然后用测深仪测量出水深，最后经过计算得出水底地面的高程。如图（1）

　　用RTK测量得到的实施高程来代替水位观测有着许多优点，因为船体会发生上升或者下沉，此时穿的吃水会发生变化，用这种方法就可以不考虑测量船的动吃水问题。当潮位因为涨潮与退潮发生变化时，RTK能够实时的测量高程，所以解决了水位不断变化的问题。RTK还能够忽略测量船因为波浪等因素产生上升或者下沉的情况，所以说这种RTK无验潮技术测得的水底高程值更加接近真实值。

　　这种测量方法不用进行潮位观测，直接获得水底某点的高程值，可以更加方便，快捷的获取测量结果。但是这种方法和传统的测量方法一样，都存在着测量船姿态对测量结果产生的影响。

　　首先要架设基站，在岸上一个已知的控制点上架设一台GPS接收机，把这台接收机作为测量的基准站，设置好各项参数，例如GPS天线高、坐标等。测量前确认电池的电量是否充足，并对仪器进行检测和校正。在测量船上设置移动站，把RTK接收机安装在测量船上，保证GPS的天线与地面是相互垂直的。开启GPS移动站，把它的解的类型设置成“固定”，同时观察显示屏上的卫星数量，当同时接收的卫星数量达到四颗或者四颗以上时，开始记录并测量。开动测量船，控制测量船沿着预定的航道航行，记录并储存RTK测量结果以及测深仪测量出的水深数据。外业工作完成后，要对测量得到的数据进行内业处理，按照工作需要，对数据进行格式转换以及误差改正等处理，最后得到水下地形测量图。

　　测量任务开始之前，首先要要检查好电源的电量是否充足，同时要选择卫星分部好和数量多的时候进行测量。在测量前要量取天线高，并且把这个值输入到仪器中，还要把已知点的高程和坐标输入到仪器中。在野外测量前要定时检查仪器是否准确，每次作业前，应该把流动站放置在已知点上，测量并记录已知点的坐标和高程，并且与该点已知的坐标和高程进行比较，它们之间的差值符合规定后在进行作业。同时测量前还要对测深仪进行检测和校正。在测量过程中，应该有一个人一直观察测深仪，当发现异常时，应该立即停止测量，改正后再进行测量。在测量船上的RTK接收机要确保天线与地面是互相垂直的，同时还要保证RTK接收机不受到电磁干扰，在测量前还要设置好参考坐标系等各项参数。在测量时，要注意风浪的影响，在浪高1m时应该停止测量。最好选在无风的时候进行测量，这时候船体的摇晃是最小的。在测量时还要考虑船速的影响，在船速较快时，测深仪将显示出错误的水深数据，造成测量误差。船速过慢时，会造成测量得到的数据过多，在进行内业处理时，需要花费大量的时间进行处理，既费时又费力。熊猫体育网址