RTK GPS無驗(yàn)潮技術(shù)在水深測(cè)量中的應(yīng)用

王旭

(廣州港工程管理有限公司,廣東廣州 510730)

RTK GPS無驗(yàn)潮技術(shù)在水深測(cè)量中的應(yīng)用

王旭

(廣州港工程管理有限公司,廣東廣州 510730)

介紹了應(yīng)用全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTKGPS)技術(shù)進(jìn)行無驗(yàn)潮水深測(cè)量的基本方法。 介紹了無驗(yàn)潮水深測(cè)量的基本作業(yè)步驟。介紹了無驗(yàn)潮水深測(cè)量的處理方法。介紹了無驗(yàn)潮水深測(cè)量中遇到的若干問題。

全球定位系統(tǒng) 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量 水深測(cè)量

1 引言

RTK技術(shù)在陸地測(cè)量和放樣的應(yīng)用中已經(jīng)比較成熟，在海洋測(cè)量和海洋工程中的應(yīng)用也已經(jīng)興起。以往的水深測(cè)量多采用DGPS定位，故測(cè)量工作受氣象及衛(wèi)星信號(hào)的影響較大，精度難以保證。隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得水上測(cè)量可以采用GPS無驗(yàn)潮方式進(jìn)行工作(RTK方式)成為可能。

2 無驗(yàn)潮水下地形測(cè)量基本原理

當(dāng)前GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相位差分(RTK)的定位精度普遍為：平面10mm+1ppm，高程20mm+1ppm。無驗(yàn)潮水下地形測(cè)量的基本原理是利用RTK測(cè)得的GPS天線精確的三維坐標(biāo)(X，Y，H)，其中X、Y確定定位點(diǎn)的平面位置，RTK高程結(jié)合由測(cè)深儀同步測(cè)得的水深換算出同一平面位置上的水下泥面的高程或水深值，從而獲得水下地形數(shù)據(jù)。

3 水深測(cè)量的基本作業(yè)步驟

水深測(cè)量的作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀、數(shù)據(jù)通信鏈和便攜式計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件等組成。測(cè)量作業(yè)分三步來進(jìn)行，即測(cè)前的準(zhǔn)備、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集測(cè)量作業(yè)和數(shù)據(jù)的后處理形成成果輸出。

3.1 測(cè)前準(zhǔn)備

(1)進(jìn)行點(diǎn)校正(求轉(zhuǎn)換參數(shù)) 為了保證RTK的定位和高程測(cè)量精度，測(cè)區(qū)周圍至少要有3個(gè)已知高等級(jí)的測(cè)量點(diǎn)，且這些點(diǎn)連結(jié)的幾何圖形能夠把測(cè)區(qū)包圍在里面。(2)建立任務(wù)，設(shè)置好坐標(biāo)系、投影、一級(jí)變換及圖定義。(3)作計(jì)劃線，在電腦上做好測(cè)量斷面的布設(shè)。

3.2 外業(yè)的數(shù)據(jù)采集

(1)在控制點(diǎn)上架設(shè)基準(zhǔn)站。(2)將GPS接收機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀和便攜機(jī)等連接好后，打開電源。設(shè)置好記錄設(shè)置、定位儀和測(cè)深儀接口、接受機(jī)數(shù)據(jù)格式、測(cè)深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后，即可進(jìn)行測(cè)量工作。

3.3 數(shù)據(jù)的后處理

數(shù)據(jù)后處理通常指利用后處理軟件將所測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為現(xiàn)行成圖軟件所認(rèn)可的數(shù)據(jù)，并在上面繪制出地形圖及其統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告等，所有測(cè)量成果可以通過打印機(jī)或繪圖機(jī)輸出。

4 影響水深測(cè)量精度的幾種因素及相應(yīng)對(duì)策

在實(shí)際的使用無驗(yàn)潮方式進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果精度會(huì)由于船體的搖擺、采樣速率、同步時(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于RTK定位誤差，從而成為無驗(yàn)潮方式水深測(cè)量精度提高的瓶頸因素。

4.1 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(jìn)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(cè)量軟件接入進(jìn)行修正。

4.2 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(shí)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(dá)20HZ，而測(cè)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(shí)刻和水深數(shù)據(jù)的測(cè)量時(shí)刻的時(shí)間差造成定位延遲。對(duì)于這項(xiàng)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(cè)量結(jié)果計(jì)算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4.3 RTK高程可靠性的問題

RTK高程用于測(cè)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(cè)量的水位與人工觀測(cè)的水位進(jìn)行比較，判斷起可靠性，實(shí)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。根據(jù)曲線的圓滑程度來分析RTK高程有沒有產(chǎn)生個(gè)別跳點(diǎn)，然后使用圓滑修正的方法來改善個(gè)別錯(cuò)誤的點(diǎn)。

5 作業(yè)時(shí)應(yīng)該注意的若干問題

5.1 有關(guān)基準(zhǔn)站的問題

(1)因?yàn)镽TK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(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)(偽距觀測(cè)值，相位觀測(cè)值)及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)。所以：1)電臺(tái)天線要盡量高。如果距離教遠(yuǎn)，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。(2)設(shè)站時(shí)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。(3)如果不是使用七參數(shù)，則在設(shè)置基準(zhǔn)站時(shí)要使Transform To WGS84(轉(zhuǎn)換到WGS84坐標(biāo)系)處于off(關(guān)閉)狀態(tài)。(4)如果使用七參數(shù)，則△X、△Y、△Z都小于±100較好，否則重求。(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。(6)在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不到一秒鐘。基準(zhǔn)站和移動(dòng)站必須要保持四顆以上相同衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果；所以有時(shí)偶爾RTK沒有固定解也是很正常的。

5.2 有關(guān)流動(dòng)站的問題

(1)解的模式要使用RTK Extrap(外推)模式。(2)數(shù)據(jù)鏈接受間隔要與基準(zhǔn)站設(shè)置的發(fā)射間隔一致，都要為1。(3)如果使用海洋測(cè)量軟件導(dǎo)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)差分天線要盡可能的高。

5.3 有關(guān)求轉(zhuǎn)換參數(shù)的問題

已知兩點(diǎn)在測(cè)程及測(cè)區(qū)內(nèi)要盡量遠(yuǎn)。同時(shí)，這兩點(diǎn)不能在同一條經(jīng)線或同一條緯線上。

6 結(jié)語

目前，利用RTK技術(shù)進(jìn)行無驗(yàn)潮水深測(cè)量理論上已經(jīng)成熟，儀器設(shè)備的精度也完全能滿足要求，并且作業(yè)過程簡(jiǎn)單、便捷，將得到更加廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，這種方法在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，還需要進(jìn)一步驗(yàn)證和總結(jié)，從而形成規(guī)范的、得到管理機(jī)構(gòu)認(rèn)可的作業(yè)程序。

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