陳鐵鑫,駱國(guó)華,趙廣乾

(浙江省河海測(cè)繪院,浙江 杭州 310008)

1 問(wèn)題的提出

從2002年開(kāi)始,每年2月、3月、5月、6月進(jìn)行錢(qián)塘江防汛測(cè)量,4月、7月、11月進(jìn)行錢(qián)塘江常規(guī)大測(cè)量,以摸清錢(qián)塘江河床隨季節(jié)的演變過(guò)程和錢(qián)塘江江道的實(shí)際情況,為錢(qián)塘江防汛提供決策依據(jù)。

防汛測(cè)量范圍2月測(cè)次一般從錢(qián)塘江三江口至蕭山廿二工段閘,其他月份一般從錢(qián)塘江閘口至蕭山廿二工段閘(見(jiàn)圖1)。

圖1 錢(qián)塘江防汛測(cè)量范圍示意圖

傳統(tǒng)的防汛測(cè)量方法是信標(biāo)DGPS定位配合測(cè)深儀測(cè)深,兩岸通過(guò)人工觀測(cè)水位,再進(jìn)行水位三角插補(bǔ)獲取測(cè)點(diǎn)水位。該方法缺點(diǎn)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(yùn)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(gè)測(cè)次在防汛測(cè)量中運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù),積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

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(shí)時(shí)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(cè)數(shù)據(jù),在流動(dòng)站附近實(shí)時(shí)模擬一組參考站數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)“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(jì)算出用戶附近某點(diǎn) (虛擬參考站)各項(xiàng)誤差改正,再將它們加到利用虛擬參考站坐標(biāo)和衛(wèi)星坐標(biāo)所計(jì)算出的距離上,得出虛擬參考站上的虛擬觀測(cè)值,將其發(fā)送給用戶,進(jìn)行實(shí)時(shí)相對(duì)定位?；赩RS技術(shù)的CORS系統(tǒng)包括3個(gè)部分:控制中心、參考站和流動(dòng)站系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)。

2.1 控制中心

控制中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心,通過(guò)通信線 (光纜、ISDN、電話線)與所有的固定參考站通信,通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(GSM、CDMA、GPRS)與移動(dòng)用戶通信,處理來(lái)自參考站的衛(wèi)星數(shù)據(jù),并利用流動(dòng)站的近似位置來(lái)合成靠近流動(dòng)站的虛擬站,通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向流動(dòng)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(gè)網(wǎng)絡(luò)中,1個(gè)VRS網(wǎng)絡(luò)至少有3個(gè)參準(zhǔn)站,站與站之間的距離達(dá)60 km。參考站與控制中心之間由通信線相連,參準(zhǔn)站接收機(jī)通過(guò)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(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到控制中心。

2.3 流動(dòng)站

在基于CORS網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量系統(tǒng)中,流動(dòng)站通過(guò)無(wú)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(hào)。高精度定位數(shù)據(jù)的最終實(shí)現(xiàn)由用戶部分實(shí)現(xiàn),即雙頻的GPS-RTK流動(dòng)站接收機(jī)和無(wú)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(cè)量應(yīng)用

3.1 測(cè)量方法

此次測(cè)量采用的技術(shù)方法為在ZJCORS下的網(wǎng)絡(luò) R TK,通過(guò)GPRS等數(shù)據(jù)通訊方式提供厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位服務(wù)(網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)),配合單頻測(cè)深儀采用無(wú)驗(yàn)潮模式施測(cè)水下地形。

所用儀器為美國(guó)Trimble SPS882雙頻機(jī),其動(dòng)態(tài)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)精度:平面≤5 mm+0.5 ppm,高程≤10 mm+1 ppm。

通常RTK測(cè)量得到的是WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)和大地高程,而防汛測(cè)量成果使用的是1954年北京坐標(biāo)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(guó)家高程基準(zhǔn),因此需進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。因整個(gè)測(cè)區(qū)范圍較大,將測(cè)區(qū)分成5個(gè)區(qū)域進(jìn)行坐標(biāo)系(從WGS 84坐標(biāo)系到1954北京坐標(biāo)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(biāo)數(shù)據(jù)檢核

防汛測(cè)量比例尺為1∶50 000。

為檢核網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量精度,使用網(wǎng)絡(luò)RTK分別在錢(qián)塘江兩岸基礎(chǔ)控制點(diǎn)進(jìn)行平面和高程的檢核,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 控制點(diǎn)檢核精度統(tǒng)計(jì)表

比對(duì)結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量精度滿足防汛測(cè)量要求。

3.3 施 測(cè)

水下地形采用網(wǎng)絡(luò)RTK無(wú)驗(yàn)潮模式進(jìn)行。

測(cè)量之前將歷次錢(qián)塘江水下地形測(cè)量斷面起訖點(diǎn)坐標(biāo)輸入計(jì)算機(jī),并設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)。測(cè)量時(shí)按斷面線位置進(jìn)行導(dǎo)航,計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。為減少測(cè)點(diǎn)定位誤差,GPS RTK接收機(jī)天線與測(cè)深儀換能器安裝在同一鉛垂線上。

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

施測(cè)時(shí),啟動(dòng)Haida海洋測(cè)量軟件,打開(kāi)導(dǎo)航文件并設(shè)置好轉(zhuǎn)換參數(shù)和記錄參數(shù),進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)為測(cè)船導(dǎo)航,引導(dǎo)測(cè)船進(jìn)入需要測(cè)量的斷面位置后,按設(shè)定的測(cè)點(diǎn)間距進(jìn)行測(cè)點(diǎn)定位和測(cè)深,并根據(jù)軟件的偏航顯示數(shù)據(jù),隨時(shí)修正測(cè)船的航向,使測(cè)船始終保持在斷面線上航行,按同樣的方法施測(cè)全部測(cè)線。

3.4 內(nèi)業(yè)處理

對(duì)所采集的各潮位站水位記錄和水深數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、校核、確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行測(cè)點(diǎn)高程計(jì)算。

由于采用網(wǎng)絡(luò)RTK直接測(cè)得各測(cè)點(diǎn)瞬時(shí)水位,故測(cè)點(diǎn)高程計(jì)算采用公式:水下測(cè)點(diǎn)高程=瞬時(shí)水位-水深。把所采集的水下地形數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算整理,編制成三維數(shù)據(jù)后與灘地?cái)?shù)據(jù)一起輸入AutoCAD平臺(tái),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(diǎn)

通過(guò)4次在錢(qián)塘江防汛測(cè)量中的實(shí)踐,網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)明顯,主要有:

(1)CORS系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行,測(cè)量人員隨時(shí)可以觀測(cè),使用方便;

(2)直接取得測(cè)點(diǎn)瞬時(shí)水位,不需要人工在岸邊觀測(cè)水位和進(jìn)行內(nèi)業(yè)水位插補(bǔ),減少了作業(yè)人員,提高了工作效率,同時(shí)提高了測(cè)點(diǎn)水位的精度;

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

(4)改進(jìn)了RTK初始化時(shí)間,擴(kuò)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(jī)作業(yè),減少費(fèi)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(yǔ)

通過(guò)簡(jiǎn)單介紹網(wǎng)絡(luò)R TK技術(shù)工作原理,詳細(xì)說(shuō)明基于浙江省連續(xù)運(yùn)行參考站(ZJCORS)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在錢(qián)塘江防汛測(cè)量中的應(yīng)用,并分析了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

但對(duì)于網(wǎng)絡(luò)RTK的使用取決于移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),在整個(gè)錢(qián)塘江及杭州灣大測(cè)量中使用,有待進(jìn)一步探索。

[1]黃俊華,陳文森.連續(xù)運(yùn)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(cè)量原理與應(yīng)用[M].北京:測(cè)繪出版社,1997.

[3]測(cè)繪出版社.CH/T 2009—2010全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)技術(shù)規(guī)范 [S].北京:測(cè)繪出版社,2010.