基于ZJCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在錢塘江防汛測量中的應(yīng)用

陳鐵鑫,駱國華,趙廣乾

(浙江省河海測繪院,浙江 杭州 310008)

1 問題的提出

從2002年開始,每年2月、3月、5月、6月進行錢塘江防汛測量,4月、7月、11月進行錢塘江常規(guī)大測量,以摸清錢塘江河床隨季節(jié)的演變過程和錢塘江江道的實際情況,為錢塘江防汛提供決策依據(jù)。

防汛測量范圍2月測次一般從錢塘江三江口至蕭山廿二工段閘,其他月份一般從錢塘江閘口至蕭山廿二工段閘(見圖1)。

圖1 錢塘江防汛測量范圍示意圖

傳統(tǒng)的防汛測量方法是信標DGPS定位配合測深儀測深,兩岸通過人工觀測水位,再進行水位三角插補獲取測點水位。該方法缺點是定位精度不高,水位獲取方式復(fù)雜且精度較低,內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理繁瑣。

隨著基于浙江省連續(xù)運行參考站 (ZJCORS)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)推廣和完善,從2011年7月至今連續(xù)4個測次在防汛測量中運用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù),積累了一定的經(jīng)驗。

2 網(wǎng)絡(luò)RTK工作原理

虛擬參考站技術(shù)(VRS)是GPS網(wǎng)絡(luò) RTK中一種比較成熟的、可實時提供高精度導(dǎo)航定位信息的技術(shù),主要利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有參考站原始觀測數(shù)據(jù),在流動站附近實時模擬一組參考站數(shù)據(jù),實現(xiàn)對“參考站數(shù)據(jù)的模擬和重建”。

基于VRS的ZJCORS,利用參考站網(wǎng)計算出用戶附近某點 (虛擬參考站)各項誤差改正,再將它們加到利用虛擬參考站坐標和衛(wèi)星坐標所計算出的距離上,得出虛擬參考站上的虛擬觀測值,將其發(fā)送給用戶,進行實時相對定位?；赩RS技術(shù)的CORS系統(tǒng)包括3個部分:控制中心、參考站和流動站系統(tǒng)(見圖2)。

2.1 控制中心

控制中心是整個系統(tǒng)的核心,通過通信線 (光纜、ISDN、電話線)與所有的固定參考站通信,通過無線網(wǎng)絡(luò)(GSM、CDMA、GPRS)與移動用戶通信,處理來自參考站的衛(wèi)星數(shù)據(jù),并利用流動站的近似位置來合成靠近流動站的虛擬站,通過無線網(wǎng)絡(luò)向流動站發(fā)送改正數(shù)據(jù)[1]。

2.2 參考站

參考站是固定的GPS接收系統(tǒng),分布在整個網(wǎng)絡(luò)中,1個VRS網(wǎng)絡(luò)至少有3個參準站,站與站之間的距離達60 km。參考站與控制中心之間由通信線相連,參準站接收機通過調(diào)制解調(diào)器、互聯(lián)網(wǎng)或其他通信鏈向中央服務(wù)器,將衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)實時傳送到控制中心。

2.3 流動站

在基于CORS網(wǎng)絡(luò)的測量系統(tǒng)中,流動站通過無線網(wǎng)絡(luò)將自己的初始位置發(fā)送到控制中心,并接受VRS中央服務(wù)器發(fā)出的改正信號。高精度定位數(shù)據(jù)的最終實現(xiàn)由用戶部分實現(xiàn),即雙頻的GPS-RTK流動站接收機和無線通訊的調(diào)制解調(diào)器。

圖2 網(wǎng)絡(luò)RTK工作原理示意圖

3 防汛測量應(yīng)用

3.1 測量方法

此次測量采用的技術(shù)方法為在ZJCORS下的網(wǎng)絡(luò) R TK,通過GPRS等數(shù)據(jù)通訊方式提供厘米級實時定位服務(wù)(網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)),配合單頻測深儀采用無驗潮模式施測水下地形。

所用儀器為美國Trimble SPS882雙頻機,其動態(tài)測量標準精度:平面≤5 mm+0.5 ppm,高程≤10 mm+1 ppm。

通常RTK測量得到的是WGS84坐標系統(tǒng)和大地高程,而防汛測量成果使用的是1954年北京坐標系,高斯正形投影3°分帶,中央子午線為東經(jīng)120°,高程采用1985國家高程基準,因此需進行坐標轉(zhuǎn)換。因整個測區(qū)范圍較大,將測區(qū)分成5個區(qū)域進行坐標系(從WGS 84坐標系到1954北京坐標系)轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置,出圖比例尺為1∶50 000。

3.2 網(wǎng)絡(luò)RTK坐標數(shù)據(jù)檢核

防汛測量比例尺為1∶50 000。

為檢核網(wǎng)絡(luò)RTK測量精度,使用網(wǎng)絡(luò)RTK分別在錢塘江兩岸基礎(chǔ)控制點進行平面和高程的檢核,結(jié)果見表1。

表1 控制點檢核精度統(tǒng)計表

比對結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)RTK測量精度滿足防汛測量要求。

3.3 施 測

水下地形采用網(wǎng)絡(luò)RTK無驗潮模式進行。

測量之前將歷次錢塘江水下地形測量斷面起訖點坐標輸入計算機,并設(shè)定各項參數(shù)。測量時按斷面線位置進行導(dǎo)航,計算機自動采集測點坐標。為減少測點定位誤差,GPS RTK接收機天線與測深儀換能器安裝在同一鉛垂線上。

水深測量采用美國Odom公司生產(chǎn)的Hydrotrac單頻測深儀,該測深儀測深標稱精度為:±[0.01 m±0.1%H(水深)]。

施測時,啟動Haida海洋測量軟件,打開導(dǎo)航文件并設(shè)置好轉(zhuǎn)換參數(shù)和記錄參數(shù),進入測量狀態(tài)為測船導(dǎo)航,引導(dǎo)測船進入需要測量的斷面位置后,按設(shè)定的測點間距進行測點定位和測深,并根據(jù)軟件的偏航顯示數(shù)據(jù),隨時修正測船的航向,使測船始終保持在斷面線上航行,按同樣的方法施測全部測線。

3.4 內(nèi)業(yè)處理

對所采集的各潮位站水位記錄和水深數(shù)據(jù)進行檢查、校核、確認無誤后進行測點高程計算。

由于采用網(wǎng)絡(luò)RTK直接測得各測點瞬時水位,故測點高程計算采用公式:水下測點高程=瞬時水位-水深。把所采集的水下地形數(shù)據(jù)經(jīng)過計算整理,編制成三維數(shù)據(jù)后與灘地數(shù)據(jù)一起輸入AutoCAD平臺,編繪數(shù)字水下地形圖,等高線采用二維多段線,并賦上高程值。經(jīng)校核和審核后,出版正式圖。

4 網(wǎng)絡(luò)RTK優(yōu)點

通過4次在錢塘江防汛測量中的實踐,網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)點明顯,主要有:

(1)CORS系統(tǒng)連續(xù)運行,測量人員隨時可以觀測,使用方便;

(2)直接取得測點瞬時水位,不需要人工在岸邊觀測水位和進行內(nèi)業(yè)水位插補,減少了作業(yè)人員,提高了工作效率,同時提高了測點水位的精度;

(3)與DGPS亞米級精度相比,網(wǎng)絡(luò)RTK定位達到厘米級,提高了整體精度;

(4)改進了RTK初始化時間,擴大了有效工作范圍,保持了很高的一致性,成果質(zhì)量穩(wěn)定;

(5)用戶不需架設(shè)參考站,真正單機作業(yè),減少費用;

(6)使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式,減少噪聲干擾。

5 結(jié) 語

通過簡單介紹網(wǎng)絡(luò)R TK技術(shù)工作原理,詳細說明基于浙江省連續(xù)運行參考站(ZJCORS)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在錢塘江防汛測量中的應(yīng)用,并分析了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)點。

但對于網(wǎng)絡(luò)RTK的使用取決于移動通訊網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),在整個錢塘江及杭州灣大測量中使用,有待進一步探索。

[1]黃俊華,陳文森.連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

[2]周忠謨,易杰軍,周琪.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,1997.

[3]測繪出版社.CH/T 2009—2010全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范 [S].北京:測繪出版社,2010.