水下地形測(cè)量的GPS誤差控制對(duì)策

曾翔

摘 ? 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)地形測(cè)量技術(shù)的水平也在不斷提升和完善，在GPS技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用的今天，在我國(guó)水下地形測(cè)量工作中，GPS系統(tǒng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，GPS測(cè)量技術(shù)能夠有效降低水下地形測(cè)量的難度，節(jié)省測(cè)量工作的時(shí)間，所獲得的水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)也較為精確，但是在進(jìn)行水下測(cè)量作業(yè)的時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，所以進(jìn)行GPS誤差分析在水下地形測(cè)量中是重要的環(huán)節(jié)。本文通過(guò)對(duì)水下地形測(cè)量中的GPS誤差進(jìn)行分析，能夠準(zhǔn)確了解各種誤差的來(lái)源，并提出了相應(yīng)的策略對(duì)GPS誤差進(jìn)行控制，從而降低水下測(cè)量工作中誤差的干擾，確保水下地形測(cè)量工作的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：水下地形測(cè)量 ?GPS ?誤差分析 ?控制策略

中圖分類號(hào)：TV22 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）01（a）-0009-02

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)各領(lǐng)域的用水量在不斷的增加，自來(lái)水供應(yīng)企業(yè)也加大了對(duì)取水泵船的建設(shè)，從而滿足居民的用水需求。在建設(shè)取水泵船的時(shí)候需要對(duì)取水泵船周邊水下地形進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量，隨著測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展，取水泵船周邊水下地形測(cè)量已經(jīng)普遍采用較為先進(jìn)的GPS技術(shù)，有效提高了測(cè)量的工作效率。但是使用GPS技術(shù)進(jìn)行水下地形測(cè)量的時(shí)候容易出現(xiàn)較多類型的誤差，包括差分GPS定位誤差、信號(hào)傳遞誤差以及時(shí)間測(cè)定誤差等。GPS系統(tǒng)船舶動(dòng)態(tài)測(cè)量能夠達(dá)到厘米級(jí)的精度，所以在水下地形測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際的測(cè)量工作中容易受到各種外界因素的影響，從而產(chǎn)生各種類型的誤差，通過(guò)對(duì)GPS誤差進(jìn)行分析，可以更好的控制誤差的產(chǎn)生，從而提高水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度。

1 ?水下地形測(cè)量中應(yīng)用GPS技術(shù)的原理和優(yōu)勢(shì)

1.1 GPS技術(shù)的應(yīng)用原理

在水下地形測(cè)量過(guò)程中應(yīng)用的GPS測(cè)量技術(shù)是一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，一個(gè)完整的GPS系統(tǒng)一般包括基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和通訊系統(tǒng)。在進(jìn)行水下地形測(cè)量的過(guò)程中，設(shè)置在陸地上的GPS系統(tǒng)中的基準(zhǔn)站會(huì)收集到相應(yīng)的坐標(biāo)信息和觀測(cè)值，然后通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將這些信息數(shù)據(jù)傳遞給流動(dòng)站，一般流動(dòng)站是裝置在測(cè)量船上的，流動(dòng)站在接收到這些數(shù)據(jù)信息后會(huì)進(jìn)行快速的處理，同時(shí)流動(dòng)站對(duì)這些信息數(shù)據(jù)具有非常高的處理精度，能夠?qū)⒍ㄎ坏慕Y(jié)果精確到厘米級(jí)。在確定好坐標(biāo)位置后，使用數(shù)字測(cè)深儀對(duì)相關(guān)位置的水深進(jìn)行測(cè)量，就可以得出水下地形的高程。

1.2 GPS技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

在進(jìn)行水下地形測(cè)量的過(guò)程中應(yīng)用GPS技術(shù)，能夠有效增加水下地形測(cè)量的距離，該技術(shù)在水下地形測(cè)量時(shí)，由于具有較大的電臺(tái)功率，所以能夠?qū)y(cè)量的距離增加到10km左右;該測(cè)量技術(shù)還具有較強(qiáng)的抗干擾能力，和傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，使用基準(zhǔn)站和流通站進(jìn)行信號(hào)的傳遞和處理，能夠避免通視環(huán)節(jié)，從而有效降低外界因素對(duì)信號(hào)的干擾;該測(cè)量技術(shù)具有較高的測(cè)量精度，能夠有效提高被測(cè)點(diǎn)水域的高程位置，以及水平位置的測(cè)量精度。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如圖1所示。

2 ?GPS技術(shù)在水下地形測(cè)量時(shí)存在的誤差

2.1 差分GPS定位時(shí)的誤差

進(jìn)行差分GPS平面定位時(shí)，要充分了解基準(zhǔn)站和移動(dòng)站GPS接收機(jī)之間的誤差，使用差分技術(shù)能夠消除公共誤差，提升移動(dòng)臺(tái)動(dòng)態(tài)定位的精確度。當(dāng)應(yīng)用偽距差分和載波相位差分時(shí)，基站間的距離越長(zhǎng)，存在的誤差越小，難以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的定位精確度。在一定的范圍內(nèi)使用該技術(shù)，雖然對(duì)衛(wèi)星軌道和大氣延遲等誤差能夠消除，但隨著距離的增加，這些誤差還會(huì)繼續(xù)增大。

在進(jìn)行水下地形測(cè)量時(shí)還會(huì)出現(xiàn)時(shí)間延遲的誤差，基準(zhǔn)站的GPS接收機(jī)計(jì)算相應(yīng)的差分改正數(shù)，到達(dá)移動(dòng)臺(tái)數(shù)傳機(jī)時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，這就使得進(jìn)入移動(dòng)臺(tái)GPS接收機(jī)的時(shí)間延長(zhǎng)，當(dāng)接收機(jī)處理和計(jì)算移動(dòng)臺(tái)GPS接收機(jī)的差分信號(hào)時(shí)，當(dāng)信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)時(shí)，計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲(chǔ)的時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)。

2.2 深度基準(zhǔn)面存在的誤差

利用深度基準(zhǔn)面，水面上的船只可以得到相應(yīng)的便利，而且可以有效降低水面深度的計(jì)算難度。由于在進(jìn)行取水泵船水下地形測(cè)量的過(guò)程中，受到地質(zhì)因素、水文因素以及其他因素的影響，最后測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)存在一定的誤差，而這種誤差又會(huì)對(duì)深度基準(zhǔn)面的準(zhǔn)確度造成一定的影響，這就使得在使用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行水下地形測(cè)量的工作不能夠順利的開展。

2.3 觀測(cè)過(guò)程中存在的誤差

傳統(tǒng)的觀測(cè)方式主要有人工觀測(cè)方式和自動(dòng)觀測(cè)方式，雖然兩種方式都具有較為廣泛的應(yīng)用，但同時(shí)也存在著一定的缺陷。使用人工觀測(cè)方式的時(shí)候，主要的誤差是來(lái)源于水尺的位置和不合理的架設(shè)，很難確保數(shù)據(jù)觀測(cè)的準(zhǔn)確度;使用自動(dòng)觀測(cè)方式的時(shí)候，高程控制點(diǎn)與水邊具有較遠(yuǎn)的距離或者具有較大的坡度，也很難保證觀測(cè)的準(zhǔn)確性，最后得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)也就具有一定的誤差。

3 ?水下地形測(cè)量中GPS誤差控制策略

3.1 合理設(shè)置基準(zhǔn)站的位置

在進(jìn)行普通的水下地形測(cè)量時(shí)，一般都要先在相應(yīng)的陸地上布置控制點(diǎn)，然后開展相應(yīng)的測(cè)量觀測(cè)工作。如果結(jié)合水上測(cè)量和岸上觀測(cè)這兩種方式，就可以有效縮短觀測(cè)的時(shí)間，并提高觀測(cè)數(shù)據(jù)的精確性，GPS系統(tǒng)的接受設(shè)備只需要在基準(zhǔn)站的輻射區(qū)域內(nèi)，利用2min的時(shí)間進(jìn)行初始化，就可以得到RTK的工作狀態(tài)，從而更容易實(shí)現(xiàn)GPS的定位，有效保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的精確度。

3.2 創(chuàng)新和完善觀測(cè)方式

使用GPS對(duì)水面高程進(jìn)行確定，在GPS的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)RTK工作模式，這樣能夠確保良好的觀測(cè)效果。在進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)候，首先要對(duì)基準(zhǔn)站上的平面和高程坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確地確定，當(dāng)進(jìn)入到差分工作模式之后，再將流動(dòng)站GPS接受設(shè)備安置到相應(yīng)的水岸上，在獲得GPS天線幾何中心的高程數(shù)據(jù)后，其與GPS天線到水面之間的高度距離之間的差值，就是水邊點(diǎn)的高程。這種方式操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單方便，整個(gè)觀測(cè)過(guò)程不會(huì)受到外界其他因素的影響，所測(cè)量的數(shù)據(jù)信息也具有一定的安全性，同時(shí)也具有較高的精確度，減小甚至消除了相應(yīng)的誤差。

4 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在水上進(jìn)行相關(guān)資源利用的時(shí)候需要對(duì)水下地形進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，以獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息提供給相應(yīng)的工程。水下地形測(cè)量工作具有較強(qiáng)的專業(yè)性和較高的技術(shù)含量，這對(duì)工程師也具有較高的要求，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，GPS技術(shù)在水下地形測(cè)量中得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是在應(yīng)用的過(guò)程中也存在著一定的誤差，本文通過(guò)對(duì)這些GPS誤差進(jìn)行分析，提出了控制GPS誤差的相關(guān)策略，從而能夠有效保證水下地形測(cè)量工作達(dá)到良好的效果，獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。

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