差分GPS在动态吃水改正中的应用与实现黄德全（中山大学地理科学与规划学院；广东广州510275）摘要：本文对水深测量中传统的吃水改正方法进行分析后，提出了应用差分（RTKGPS）进行吃水改正尤其动态吃水改正的方法，此方法可以应用在高精度的水深测量和其它海洋工程建设。关键词：传统的吃水改正方法、差分RTKGPS、动态吃水改正。中图分类号：P288.4一吃水改正技术随着科学技术的发展，一些水上工程建设的精度要求越来越高。如：水深测量、港口码头的建设，内河航道的建设、疏浚工程、填海、水下管线的铺设等都需要精确地测量出水面到水底的深度。图-1为换能器（注：换能器也称为声纳，下同。）测深示意图。图-1目前，测量水深的仪器主要是：测深仪或者是具有测深功能的测量设备，这些仪器都必须安装在船上并且把发射和接收声波的换能器（声纳）伸到水中一定的深度。如图-1为静态时携带式换能器（声纳）测深的示意图：在此位置的水深：Z=Z1+ΔZ吃+H潮。1公式中，Z1表示：换能器（声纳）测出的水深（下同）；ΔZ吃表示：换能器的吃水深度（或：吃水改正）；其数值可以直接从固定换能器的铁杆上读出；H潮表示：水位改正（下同）,其值可以在潮汐表中得出。从上面可以看出，当船只静态时要测定出准确的水深必须求出仪器测量出的深度，同时必须求出换能器的吃水改正数。但当采用固定式把换能器固定在船底进行测深时，其吃水改正数的求法与上面图-1携带式换能器测深求吃水改正的方法不同。图-2和图-3为其测深示意图（图-2为测量船侧面图，图-3为测量船正面图）。图中：H首—船首吃水深度（水面到龙骨）；H尾—船尾吃水深度（水面到龙骨）；a—船首至换能器的水平距离；b—船尾至换能器的水平距离；h—换能器底面至龙骨边缘的高度。此时的换能器吃水改正数为：ΔZ吃=H首+（H尾-H首）aa+b-h则测量出来的实际水深为：1作者简介：黄德全（1964-），男，硕士，实验中心主任。主要从事工程测绘、海洋测绘和GIS应用的教学与科研。Z=Z1+[H首+（H尾-H首）aa+b-h]+H潮使用固定式换能器测深时，一定要知道换能器安装的部位，经常读取H首、H尾，以便进行换能器的吃水改正。以上的方法只是船只在静态时求取吃水改正的方法。但研究发现：当船只航行时，由于兴波阻力的影响，使船首翘起、船尾下坐，特别船只在浅水区高速航行时更加明显，发生浅水失速与深度失真现象，在这种情况下，换能器的吃水改还包含有动态吃水改正，与静态时的吃水改正是不相同的。其变化的大小与不同船只的速度、不同的船只构造、不同的区域、换能器的安装部位有关。这种情况引起的吃水改正称为：动态吃水改正。据测定，在40米—50米的水深测量时，其值可以达到一米，这样的数值在高精度的工程建设中是必须要考虑的。在浅水测量时，如何准确地测定出动态吃水改正数是提高精度的一个关键。由于设备和技术上的限制，以往很多施工单位没有考虑到动态吃水改正的误差，由于船只的结构不同，因此每次测量时必须要对船只进行动态监测，以求出该船的动态吃水改正。二RTKGPS技术差分定位（也叫：差分GPS）：是至少用两台GPS接收机，一台作为基准站，另一台作为移动台，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置（位置差），从而实现移动台的高精度定位。图-4为差分GPS（DGPS）的测量原理图：图-4RTKGPS是实时动态载波相位差分GPS，它的原理是（图-4）：将基准站采集的载波相位发给移动台，进行求差解算移动台的坐标（X、Y、H），也可以将基准站的载波相位修正值（差分值）发给移动台，改正移动台接收到的载波相位，再解算移动台的坐标（X、Y、H）。为了获取准确、高精度的差分值，可以采取坐标平滑处理和高程拟合的方法计算。1．坐标平滑处理在至少已知2或3个点的坐标、高程前提下进行。如图—5：O1X1Y1Z1和O2X2Y2Z2为转换前后的坐标系统，两个坐标系相互间的旋转角为：x、y、z。图—5三维直角坐标系之间的转换由于坐标轴之间的旋转，旋转角为x、y、z所引起的坐标变换如下：X2=(cosΩycosΩz−sinΩxsinΩysinΩz)X1+(sinΩzcosΩy−sinΩxsinΩycosΩz)Y1−(sinΩycosΩz)Z1（1）Y2=−(sinΩzcosΩz)X1+(cosΩz...
