ＲＴＫ技術(shù)在水深測量中的應(yīng)用

曹金忠

摘要:隨著RTK技術(shù)的出現(xiàn),使得水上測量可以采用GPS無驗潮方式進行工作(RTK方式)成為可能。大大減少了測量人員的勞動強度,自動化程度高,省工省時,精度高,全天候,提高了工作效率。

關(guān)鍵詞:RTK GPS 水深測量

0 引言

RTK技術(shù)在陸域測繪的應(yīng)用中已經(jīng)較為成熟了,在水深測量中的應(yīng)用也已經(jīng)興起。以往的水深測量多采用交會定位,故測量工作受氣象的影響較大,精度難以控制,測量工作難度大,外業(yè)測量人員也很艱苦,且內(nèi)業(yè)成圖時間長。使用RTK技術(shù)后,這些困擾水上測量工作的問題就簡單了。隨著RTK技術(shù)的出現(xiàn),使得水上測量可以采用GPS無驗潮方式進行工作(RTK方式)成為可能。大大減少了測量人員的勞動強度,自動化程度高,省工省時,精度高,全天候,提高了工作效率。下面針對南方GPS(S80)與南方測深儀結(jié)合水深測量過程簡單說明。

1 無驗潮水深測量的理論基礎(chǔ)

如(公式1)所示,I為測深儀探頭吃水線到GPS天線的高度,Z0為設(shè)定吃水,Z為測得的水深度。Zm為實際水深,H

為RTK測得的高程。則:

水深水位=H-h

S=水位-Z0-Z =(H-I)-Z (公式1)

當水面由于潮水或者波浪升高時,H增大,相應(yīng)地Z也增加相同的值,根據(jù) (公式1)式,Zm將不變。因此從理論上講,RTK無驗潮測深將消除波浪和潮位的影響,是一種理想的水上測量方法。

2 水深測量的基本作業(yè)步驟

水深測量的作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機、數(shù)字化測深儀、數(shù)據(jù)通信鏈和便攜式計算機及相關(guān)軟件等組成。測量作業(yè)分三布來進行,即測前的準備、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集測量作業(yè)和數(shù)據(jù)的后處理形成成果輸出。

2.1 測前的準備

2.1.1 根據(jù)所測水域情況,見意將GPS基準站架設(shè)在任意有利的未知點上,這種架站方式靈活,且受控制點位置影響較小。

2.1.2 將GPS移動站分別架設(shè)在已知點A,B上,設(shè)置好參考坐標系、差分電文數(shù)據(jù)格式、接收間隔,有了固定解后求得四參數(shù),然后校正求得三參數(shù),設(shè)站成功,

2.1.3 將GPS接收機、數(shù)字化測深儀和便攜機等連接好后,打開電源。設(shè)置好記錄設(shè)置、定位儀和測深儀接口、接受機數(shù)據(jù)格式、測深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后,就可以進行測量工作了

2.2 數(shù)據(jù)的后處理 數(shù)據(jù)后處理是指利用相應(yīng)配套的數(shù)據(jù)處理軟件對測量數(shù)據(jù)進行后期處理,形成所需要的測量成果——水深圖及其統(tǒng)計分析報告等,所有測量成果可以通過打印機或繪圖機輸出。

3 影響水深測量精度的幾種因素及相應(yīng)對策

在實際的使用無驗潮方式進行水深測量時,測量結(jié)果精度會由于船體的搖擺、采樣速率、同步時差及RTK高程的可靠性等因素造成的誤差的影響,這些誤差遠遠大于RTK定位誤差,從而成為無驗潮方式水深測量精度提高的瓶頸因素。

3.1 船體搖擺姿態(tài)的修正 船的姿態(tài)可用電磁式姿態(tài)儀進行修正,修正包括位置的修正和高程的修正。姿態(tài)儀可輸出船的航向、橫擺、縱擺等參數(shù),通過專用的的測量軟件接入進行修正。

3.2 采樣速率和延遲造成的誤差 GPS定位輸出的更新率將直接影響到瞬時采集的精度和密度,現(xiàn)在大多數(shù)RTK GPS都可以最高輸出率達20HZ,而測深儀的輸出速度各種品牌差別很大,數(shù)據(jù)輸出的延遲也各不相同。因此,定位數(shù)據(jù)的定位時刻和水深數(shù)據(jù)的測量時刻的時間差造成定位延遲。對于這項誤差可以在延遲校正中加以修正,修正量可在斜坡上往返測量結(jié)果計算得到,也可以采用以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

3.3 RTK高程可靠性的問題 RTK高程用于測量水深,其可信度問題是倍受關(guān)注的問題。在作業(yè)之前可以把使用RTK測量的水位與人工觀測的水位進行比較,判斷起可靠性,實踐證明RTK高程是可靠的。為了確保作業(yè)無誤,可從采集的數(shù)據(jù)中提取高程信息繪制水位曲線(由專用軟件自動完成)。根據(jù)曲線的圓滑程度來分析RTK高程有沒有產(chǎn)生個別跳點,然后使用圓滑修正的方法來改善個別錯誤的點。

4 作業(yè)時應(yīng)該注意的若干問題

4.1 有關(guān)基準站的問題

4.1.1 因為RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)(偽距觀測值,相位觀測值)及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機。所以:①電臺天線要盡量高。如果距離教遠,則要使用高增益天線;否則將影響到作業(yè)距離。②電源電量要充足,否則也將影響到作業(yè)距離。

4.1.2 設(shè)站時要限制最大衛(wèi)星使用數(shù),一般為8顆。如果太多,則影響作業(yè)距離;太少,則影響RTK初始化。

4.1.3 如果不是使用七參數(shù),則在設(shè)置基準站時要使Transform To WGS84(轉(zhuǎn)換到WGS84坐標系)處于off(關(guān)閉)狀態(tài)。

4.1.4 如果使用七參數(shù),則△X、△Y、△Z都小于±100較好,否則重求。

4.1.5 在求轉(zhuǎn)換參數(shù)前,要使參數(shù)轉(zhuǎn)換和七參數(shù)關(guān)閉。

4.1.6 在RTK作業(yè)模式下,基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù),還要采集GPS觀測數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理,同時給出厘米級定位結(jié)果,歷時不到一秒鐘?；鶞收竞鸵苿诱颈仨氁３炙念w以上相同衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形,則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果,所以有時偶爾RTK沒有固定解也是很正常的。

4.2 有關(guān)流動站的問題

4.2.1 解的模式要使用RTK Extrap(外推)模式。

4.2.2 數(shù)據(jù)鏈接受間隔要與基準站設(shè)置的發(fā)射間隔一致,都要為1。

4.2.3 如果使用海洋測量軟件導航、定位,則①記錄限制要為RTK固定解。②高程改正要在天線高里去改正。

4.2.4 差分天線要盡可能的高。

4.3 有關(guān)求轉(zhuǎn)換參數(shù)的問題 已知兩點在測程及測區(qū)內(nèi)要盡量遠。同時,這兩點不能在同一條經(jīng)線或同一條緯線上。

5 結(jié)束語

利用RTK技術(shù)進行水深測量,使得水深測量這項工程變得簡單、方便、快捷、輕松、高效、經(jīng)濟,所以不失為一種先進的測量技術(shù),必將得到更加廣泛的應(yīng)用。