基于河北CORS的無(wú)驗(yàn)潮模式在水深測(cè)量中的應(yīng)用

逯金明，武榮榮

（1.河北省制圖院，河北 石家莊 050032； 2.河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050081）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS-RTK技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用到水深測(cè)量中，相比傳統(tǒng)的驗(yàn)潮模式下的水深測(cè)量，無(wú)驗(yàn)潮模式水下地形測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)明顯。在沿海大面積水深測(cè)量中，由于潮位存在坡降比，常規(guī)驗(yàn)潮方式需要在測(cè)區(qū)內(nèi)按距離分塊布設(shè)潮位觀測(cè)點(diǎn)，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)要配備相應(yīng)的工作人員和設(shè)備進(jìn)行潮位觀測(cè)，這樣既不容易求出準(zhǔn)確的潮位數(shù)據(jù)，且工作效率也不高。無(wú)驗(yàn)潮模式改進(jìn)了水下地形測(cè)量的工序，減少了測(cè)量人員和設(shè)備，提高了工作效率。在GPS-RTK信號(hào)覆蓋良好的地區(qū)，水深的精度可滿足測(cè)量規(guī)范的要求。GPS-RTK常采用大地高，需要考慮高程的轉(zhuǎn)化，同時(shí)，需要對(duì)轉(zhuǎn)化后的高程進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。我單位承接了某區(qū)近海海域150 km2的水深測(cè)量任務(wù)，主要進(jìn)行了灘涂測(cè)繪和水深測(cè)量，并對(duì)水深進(jìn)行了比對(duì)。

1 河北CORS及測(cè)深儀無(wú)驗(yàn)潮模式簡(jiǎn)介

1.1 河北CORS

河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)（即河北CORS）是由河北省地理信息局負(fù)責(zé)，同時(shí)，與河北省氣象局、河北省地質(zhì)環(huán)境勘察院、66240部隊(duì)合作建設(shè)，是遵循“降低系統(tǒng)建設(shè)成本、資源互補(bǔ)、共建共享”的原則合作建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。整個(gè)系統(tǒng)主要內(nèi)容包括基準(zhǔn)站部分、控制中心部分、網(wǎng)絡(luò)通信及數(shù)據(jù)發(fā)布部分。系統(tǒng)一期工程建設(shè)于2008-08啟動(dòng)，2010-04完成；二期基準(zhǔn)站工程建設(shè)于2011-06正式啟動(dòng)，2011年底完成，形成由64個(gè)參考站組成的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。

1.2 無(wú)驗(yàn)潮模式水深測(cè)量的基本原理

無(wú)驗(yàn)潮模式水深測(cè)量利用河北CORS系統(tǒng)和測(cè)深儀，在儀器設(shè)置中輸入GPS天線高，進(jìn)行吃水改正和聲速改正，測(cè)得水面大地高和水深值，得到水底的三維坐標(biāo)（X，Y，H），通過(guò)七參數(shù)轉(zhuǎn)換成1985國(guó)家高程，獲得水下地形數(shù)據(jù)。在測(cè)量時(shí)，受潮汐和波浪的影響較小，也不用考慮測(cè)量船舶的動(dòng)態(tài)吃水，是一種理想的水上測(cè)量方法。

1.3 測(cè)量系統(tǒng)的組成

采用中海達(dá)HD-MAX測(cè)深儀、中海達(dá)K9定位儀、MiniSVP聲速剖面儀和輔助設(shè)備進(jìn)行水下地形測(cè)量。中海達(dá)HD-MAX測(cè)深儀測(cè)深范圍為0.3～600 m，測(cè)深精度±10mm+0.1%h（h為水深，單位：m），水深最大采樣速率為30次/s。中海達(dá)K9定位儀RTK平面精度為±0.8 cm+1 ppm，垂直精度為±1.5 cm+1 ppm。MiniSVP聲速剖面儀量程1 375～1 900 m/s，分辨率為0.001 m/s，精度為±0.02 m/s。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

為了解水深情況，為后續(xù)的開(kāi)發(fā)和保護(hù)服務(wù)，從而進(jìn)行水下地形測(cè)量工作，比例尺為1∶5 000，測(cè)區(qū)面積為150 km2。

2.2 測(cè)量前準(zhǔn)備

對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行了踏勘，測(cè)區(qū)有河北省沿海GPS控制網(wǎng)C級(jí)GPS控制點(diǎn)5個(gè)，按三等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，控制點(diǎn)保存狀況良好，點(diǎn)位分布合理，作為本項(xiàng)目的首級(jí)控制網(wǎng)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用布爾莎七參數(shù)，選擇測(cè)區(qū)附近的C級(jí)GPS控制點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如下。

較差：ΔX=－0.003 m；ΔY=－0.006 m；ΔH=－0.027 m。檢核結(jié)果滿足精度要求，可以進(jìn)行測(cè)量。

選擇在水深大于5 m的海底平坦處，連續(xù)開(kāi)機(jī)時(shí)間大于2 h，試驗(yàn)中，每隔5 min比對(duì)一次水深，水深比對(duì)限差在0.3 m以內(nèi)，符合《海道測(cè)量規(guī)范》（GB 12327—1998）以及項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)要求，停泊穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)N=25個(gè)；差值分布區(qū)間為－0.01～0.02 m；中誤差δ=±0.01 m。

中海達(dá) K9定位儀在已知C級(jí)控制點(diǎn)上對(duì)定位設(shè)備進(jìn)行一次連續(xù)8 h的穩(wěn)定性試驗(yàn)。通過(guò)采集坐標(biāo)與該控制點(diǎn)已知坐標(biāo)比較，計(jì)算出該控制點(diǎn)計(jì)算坐標(biāo)與已知坐標(biāo)間的較差，其檢驗(yàn)結(jié)果如下。

中誤差Mx=±0.015 m，My=±0.016 m，Mz=±0.022 m；與已知點(diǎn)的差值ΔX=0.03 m，ΔY=－0.02 m，ΔZ=－0.03 m。

2.3 測(cè)量的實(shí)施

為了保證測(cè)量的精度，每日開(kāi)始測(cè)量前，使用K9定位儀在GPS控制點(diǎn)上進(jìn)行坐標(biāo)比對(duì)，平面較差不大于5 cm、高程較差不大于5 cm時(shí)，可使用K9定位儀進(jìn)行水深測(cè)量，測(cè)后也在控制點(diǎn)上進(jìn)行比對(duì)，確保當(dāng)天的數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。

安裝好儀器后，在測(cè)區(qū)水深較深的區(qū)域測(cè)量聲速剖面，將聲速值輸入儀器，使用深度檢查板檢查水深，對(duì)水深進(jìn)行比對(duì)，較差滿足規(guī)范要求后可開(kāi)始水深測(cè)量。

2.3.1 水深測(cè)量

檢查儀器設(shè)置，確保七參數(shù)、吃水、聲速輸入無(wú)誤后開(kāi)始水下地形測(cè)量工作。導(dǎo)入計(jì)劃航線，單擊“海洋測(cè)量”，進(jìn)入測(cè)量界面，點(diǎn)擊“開(kāi)始記錄”按鈕，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和記錄，測(cè)量時(shí)GPS解狀態(tài)需要處于固定解。否則，無(wú)法進(jìn)行無(wú)驗(yàn)潮模式水深測(cè)量。偏航窗口實(shí)時(shí)顯示偏航信息，一般不超過(guò)測(cè)線間距的50%，做好現(xiàn)場(chǎng)情況的記錄，比如遇到礙航物（船舶、養(yǎng)殖區(qū)、漁網(wǎng)等）及時(shí)做好標(biāo)記，待現(xiàn)場(chǎng)情況不影響船舶正常航行時(shí)補(bǔ)測(cè)。

2.3.2 水深數(shù)據(jù)處理

先對(duì)原始錯(cuò)誤的水深點(diǎn)進(jìn)行改正，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行水深點(diǎn)取樣，導(dǎo)出水深數(shù)據(jù)，采用Cass9.1繪制等深線，進(jìn)行編輯、整飾和檢查，得到水下地形圖。

2.4 成果檢驗(yàn)

無(wú)驗(yàn)潮模式進(jìn)行主、檢點(diǎn)位水深比對(duì)時(shí)，重合深度點(diǎn)（圖上距離1.0 mm以內(nèi)）的不符值限差：水深5 m以內(nèi)為0.2 m，水深10 m以內(nèi)為0.4 m，10 m以上為水深的4%；超限的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)參加比對(duì)總點(diǎn)數(shù)的25%。共檢核水深點(diǎn)431個(gè)，有6個(gè)點(diǎn)超限，超限率為1.4%，結(jié)合水深圖像檢查，該位置地形變化明顯，滿足規(guī)范要求；無(wú)驗(yàn)潮模式和驗(yàn)潮模式水深在平坦地區(qū)進(jìn)行比對(duì)，平均差值為0.05 m，說(shuō)明測(cè)量成果質(zhì)量良好。灘涂地形采用常規(guī)GPS-RTK測(cè)量模式，與無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量的區(qū)域重疊面積為0.2 km2，進(jìn)行水深比對(duì)，比對(duì)總點(diǎn)數(shù)為86個(gè)，超限點(diǎn)1個(gè)，不符值比例為1.2%，滿足規(guī)范要求。

3 水深測(cè)量作業(yè)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

3.1 Cors信號(hào)問(wèn)題

河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)在全省域范圍內(nèi)可以使用網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)服務(wù)，定位精度可達(dá)平面1～3 cm，高程5～8 cm。在沿海有秦皇島、樂(lè)亭、唐海和黃驊港站，海上無(wú)Cors站，離岸20 km以外Cors信號(hào)較弱，高程誤差較大，不適宜采用無(wú)驗(yàn)潮模式，有一定的局限性，在外業(yè)采集時(shí)需注意Cors信號(hào)的覆蓋問(wèn)題。

3.2 HiMAX測(cè)深儀軟件設(shè)置

設(shè)置GPS信號(hào)為固定解時(shí)采集水深數(shù)據(jù)；定位儀安置在測(cè)深儀正上方，GPS天線相對(duì)測(cè)量點(diǎn)的平面位置偏差為0；如果定位儀安置在其他位置，則需要在船型中輸入GPS天線相對(duì)測(cè)量點(diǎn)的位置偏差，船艏和右船舷方向?yàn)檎?，需要多次測(cè)量取平均值；在GPS天線高中輸入定位儀到水面的高差。

3.3 數(shù)據(jù)采集的問(wèn)題

個(gè)別時(shí)段GPS信號(hào)為非固定解，水深數(shù)據(jù)停止記錄，待固定解時(shí)記錄，造成數(shù)據(jù)采集空白，一般在當(dāng)天補(bǔ)測(cè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用中海達(dá)HD-MAX測(cè)深儀進(jìn)行水深測(cè)量，采用河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行定位，無(wú)驗(yàn)潮模式與驗(yàn)潮模式進(jìn)行比對(duì)，分析了無(wú)驗(yàn)潮模式的適用條件。無(wú)驗(yàn)潮模式是水深測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)，但在距岸較遠(yuǎn)處受Cors信號(hào)的限制，有一定的局限性，需要加強(qiáng)研究，擴(kuò)大適用范圍。

采用中海達(dá)HD-MAX結(jié)合河北CORS的無(wú)驗(yàn)潮模式方便、快捷，減少了驗(yàn)潮站人力和物力的投入，提高了測(cè)量的工作效率。無(wú)驗(yàn)潮模式GPS接收機(jī)和測(cè)深儀換能器固定在同一測(cè)深桿上，兩者之間的距離固定，不用考慮測(cè)量船的動(dòng)態(tài)吃水。河北CORS定位相比常規(guī)采用RBN/DGPS信標(biāo)定位精度高，適合大比例尺水深測(cè)圖。

［1］栗志剛，孫仁權(quán).RTK GPS在無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量中的應(yīng)用［J］.海洋測(cè)繪，2005，25（05）：46-48.

［2］吳文壇，田摯，李哲，等.河北CORS在大比例尺傾斜航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪通報(bào)，2013，2（04）：63-66.

［3］國(guó)家測(cè)繪局測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化研究所，國(guó)家海洋局第一海洋研究所，福建省測(cè)繪局，等.（CH/T 7001—1999）1∶5 000、1∶10 000、1∶25 000海岸帶地形圖測(cè)繪規(guī)范［S］.［出版社不詳］.