王旭

(廣州港工程管理有限公司,廣東廣州 510730)

RTK GPS無驗潮技術(shù)在水深測量中的應(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)實時動態(tài)測量(RTKGPS)技術(shù)進行無驗潮水深測量的基本方法。 介紹了無驗潮水深測量的基本作業(yè)步驟。介紹了無驗潮水深測量的處理方法。介紹了無驗潮水深測量中遇到的若干問題。

全球定位系統(tǒng) 實時動態(tài)測量 水深測量

1 引言

RTK技術(shù)在陸地測量和放樣的應(yīng)用中已經(jīng)比較成熟，在海洋測量和海洋工程中的應(yīng)用也已經(jīng)興起。以往的水深測量多采用DGPS定位，故測量工作受氣象及衛(wèi)星信號的影響較大，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)，使得水上測量可以采用GPS無驗潮方式進行工作(RTK方式)成為可能。

2 無驗潮水下地形測量基本原理

當(dāng)前GPS實時動態(tài)相位差分(RTK)的定位精度普遍為：平面10mm+1ppm，高程20mm+1ppm。無驗潮水下地形測量的基本原理是利用RTK測得的GPS天線精確的三維坐標(X，Y，H)，其中X、Y確定定位點的平面位置，RTK高程結(jié)合由測深儀同步測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 水深測量的基本作業(yè)步驟

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

3.1 測前準備

(1)進行點校正(求轉(zhuǎn)換參數(shù)) 為了保證RTK的定位和高程測量精度，測區(qū)周圍至少要有3個已知高等級的測量點，且這些點連結(jié)的幾何圖形能夠把測區(qū)包圍在里面。(2)建立任務(wù)，設(shè)置好坐標系、投影、一級變換及圖定義。(3)作計劃線，在電腦上做好測量斷面的布設(shè)。

3.2 外業(yè)的數(shù)據(jù)采集

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

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數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為現(xiàn)行成圖軟件所認可的數(shù)據(jù)，并在上面繪制出地形圖及其統(tǒng)計分析報告等，所有測量成果可以通過打印機或繪圖機輸出。

4 影響水深測量精度的幾種因素及相應(yīng)對策

在實際的使用無驗潮方式進行水深測量時，測量結(jié)果精度會由于船體的搖擺、采樣速率、同步時差及RTK高程的可靠性等因素造成的誤差的影響，這些誤差遠遠大于RTK定位誤差，從而成為無驗潮方式水深測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)，通過專用的的測量軟件接入進行修正。

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20HZ，而測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)的定位時刻和水深數(shù)據(jù)的測量時刻的時間差造成定位延遲。對于這項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量結(jié)果計算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

4.3 RTK高程可靠性的問題

RTK高程用于測量水深，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測量的水位與人工觀測的水位進行比較，判斷起可靠性，實踐證明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)生個別跳點，然后使用圓滑修正的方法來改善個別錯誤的點。

5 作業(yè)時應(yīng)該注意的若干問題

5.1 有關(guān)基準站的問題

(1)因為RTK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定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)(偽距觀測值，相位觀測值)及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機。所以：1)電臺天線要盡量高。如果距離教遠，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)置基準站時要使Transform To WGS84(轉(zhuǎn)換到WGS84坐標系)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，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不到一秒鐘?；鶞收竞鸵苿诱颈仨氁３炙念w以上相同衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果；所以有時偶爾RTK沒有固定解也是很正常的。

5.2 有關(guān)流動站的問題

(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站設(shè)置的發(fā)射間隔一致，都要為1。(3)如果使用海洋測量軟件導(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

已知兩點在測程及測區(qū)內(nèi)要盡量遠。同時，這兩點不能在同一條經(jīng)線或同一條緯線上。

6 結(jié)語

目前，利用RTK技術(shù)進行無驗潮水深測量理論上已經(jīng)成熟，儀器設(shè)備的精度也完全能滿足要求，并且作業(yè)過程簡單、便捷，將得到更加廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，這種方法在實際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，還需要進一步驗證和總結(jié)，從而形成規(guī)范的、得到管理機構(gòu)認可的作業(yè)程序。

[1]徐紹銓,張華海,楊志強,王澤民.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用.武漢測繪科技大學(xué)出版社,1998.

[2]吳子安,吳棟材.水利工程測量.測繪出版社,1993.

[3]劉基余,李征航,王躍虎等.全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用.測繪出版社,1993年.

[4]郭秉義,李洪濤.差分GPS定位技術(shù)與應(yīng)用.北京電子工業(yè)出版社,1996年.

[5]徐紹銼,張海華等.GPS測量原理及應(yīng)用.武漢測繪科技大學(xué)出版社,1998年.

[6]王志林等：《GPS一RKT技術(shù)》,天津：《海洋測繪》,1996(3).

[7]王真祥,胡國棟.GPS RTK技術(shù)在無驗潮水下地形測量中的應(yīng)用初探,2001.