張煒，鄭紅

摘 要：GNSS-RTK技術已經(jīng)融入海洋測繪體系中，成為海岸地形測量的常規(guī)技術，其測量精度高，操作簡單，便捷實用。本文主要內(nèi)容是利用GNSS-RTK技術測量舟山桃花島塔灣金沙景區(qū)沙灘灘面寬度，長度和潮間帶坡度計算以及坡面圖的繪制，同時在GNSS-RTK測量值內(nèi)業(yè)計算上，運用拉依達法則剔除粗大誤差，提高測量精度，以此為海岸地形測量發(fā)展提供實驗支撐。

關鍵詞：海洋測繪;GNSS-RTK;灘涂測量;坡面圖;坡度

中圖分類號：P229 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2019）12-0042-03

海洋測繪[1]作為測繪學的分支，主要的研究對象是占地球總面積的71%的海洋區(qū)域以及在陸地上的水域部分為研究目標，其主要的研究項目為海洋及大陸的水域的地理空間位置，以及隨著時間的推移，各項地理參數(shù)的變化。海洋測量技術在近十多年有了顯著的提高，在新的海洋測繪體系中，融合和吸收了大量的其他相關學科的理論和技術，如航空航天技術，通信技術、計算機技術，天文學、海洋學等等，不同學科的相互作用與促進，產(chǎn)生了更為先進的海洋測量技術。

隨著海洋技術的不斷發(fā)展，GNSS技術[2，3]已經(jīng)廣泛應用于海洋測量中，GNSS-RTK是一種嶄新的技術，它給海岸地形測量作業(yè)方法帶來質的變化，特別是在大面積灘涂不方便建立控制的區(qū)域更具有優(yōu)越性，它對海洋測量的自動化有著重要的作用。

本文提出基于GNSS-RTK技術在沿海區(qū)域測量上的研究，GNSS技術是具備快捷的定位速度，全天候作業(yè)，實時性和作業(yè)模式便捷等長處。該技術應用領域已經(jīng)在大陸廣泛使用，根據(jù)全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位技術的研究趨勢，測量精度一直在提高，目前的精度可達厘米級，在沿海以及近海測量的作業(yè)也越來越通暢。本文以舟山桃花島塔灣金沙景區(qū)為例，基于GNSS-RTK技術對沙相的長寬度測量，以及潮間帶區(qū)域的坡面圖繪制和坡度計算的應用。在外出作業(yè)時可以明顯感覺到GNSS-RTK測量的便捷性和實時性以及穩(wěn)定性。因此利用GNSS-RTK技術測量沿岸灘涂地形能夠為高精度灘涂地形測量提供實驗支撐。

1 原理方法

1.1GNSS-RTK基本原理

RTK技術指的是GNSS技術中的利用載波相位觀測測量，基于差分定位技術的一種新型技術，目前，RTK技術測量的精度可達厘米級，現(xiàn)如今采用的RTK技術的主要有GNSS-RTK和GPS-RTK，兩者的區(qū)別在于衛(wèi)星信號的不同。原理如圖1所示，首先需在合適的位置上放置基準站（網(wǎng)絡RTK無需自己設置基站，本文采用網(wǎng)絡RTK），移動流動站的位置根據(jù)實際測量需要移動，通過在基準站已知點的坐標關系，通過基準站與流動站距離的差分（L3）來解算流動站三維坐標。利用基準站與流動站同步觀測的原理，來消弱具有相關性的誤差。

圖1 ?GNSS-RTK工作原理圖

1.2測量值內(nèi)誤差處理方法

在GNSS-RTK測量值內(nèi)業(yè)計算上，由于在實際作業(yè)中對每個點需進行多次測量，故采用拉依達法則[4]剔除粗大誤差對數(shù)據(jù)進行處理。

首先將測量數(shù)據(jù)以平面直角坐標形式導出，求得每組數(shù)據(jù)的x方向、y方向和H方向的平均值，以及殘余誤差v，i為第i個單點，為某點的第i個歷元的觀測值，n為一個測量點的觀測次數(shù)。

（1）

根據(jù)中誤差的貝塞爾公式：

（2）

m是中誤差，由于工程測量規(guī)范的規(guī)定，內(nèi)精度的誤差擁有一個極限值，這個限值值稱為極限誤差。通常我們以三倍中誤差作為這個限值，公式如下：

（3）

根據(jù)實際測量需求的不同，精度要求較高時，也可采取2倍中誤差作為極限誤差。本文仍采用三倍極限誤差為標準。在測量工作中，當出現(xiàn)的誤差超過極限誤差，就可以將它當作是粗差，應將其剔除，再將符合內(nèi)精度要求的觀測值取平均作為測量點。

2 作業(yè)區(qū)概況以及作業(yè)準備

作業(yè)區(qū)位于舟山桃花島，測量區(qū)域是塔灣金沙景區(qū)，作業(yè)內(nèi)容是：對這塊區(qū)域進行長寬度的測量、潮間帶的坡面圖繪制以及坡度的計算。

主要設備儀器是華測公司的GNSS-RTK定位設備，以及計算機來做內(nèi)業(yè)計算。另外設置手薄坐標系參數(shù)，本次實驗采用CGCS2000坐標系，中央經(jīng)線定位122.5度。GNSS-RTK工作模式為網(wǎng)絡RTK技術中的CORS工作模式，測量時對每個測量點觀測次數(shù)為100次。

3 區(qū)域測量[5]

根據(jù)拉依達法則，需對每個點的觀測數(shù)據(jù)進行粗大誤差排除，故下圖2為塔灣金沙景區(qū)沙灘測量并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理符合內(nèi)精度要求的35個測量點（導入到谷歌衛(wèi)星地圖中），測量點以圓點表示。

將所有測量數(shù)據(jù)導入到ArcGIS[6，7]中，由圖2可知，所測量的點大致分為三大類：第一類為植被點數(shù)據(jù)，即最靠近沙灘的植被為測量點;第二類為高潮位點，即以當時的海浪的高潮時刻為測量點，在找尋點時可以海浪沖刷在沙灘的殘留物為判斷依據(jù);第三類為低潮位點，即以海浪的低潮時刻為測量點，在尋找點時可以查詢潮汐網(wǎng)站來判斷最低潮時刻。經(jīng)過計算，圖形左側邊界點與植被點的連線長度約為1195.16m，圖形上側植被點與低潮位點的連線長度為732.39m，圖形右側兩個低潮位點間的連線長度為1418.69m，圖形下側低潮位點與邊界點的連線長度為32.81m。四條連線勾勒出閉合沙相區(qū)域，完成沙相長寬度測量要求，并且可以利用ArcGIS進一步求取沙相區(qū)域面積，本文未計算。

利用高潮位點和低潮位點的測量數(shù)據(jù)，通過克里金差值方法，差值出潮間帶的坡面圖如圖3所示。圖中各類顏色代表著不同的大地高，從圖2，圖3中可知，有四組高潮位點與低潮位點的聯(lián)測，聯(lián)測點的連線應盡量海浪線相垂直。聯(lián)測點間長度從圖形中從上往下依次為68.49m、69.13m、63.81m和83.95m。從圖3中可以看出測量出數(shù)據(jù)的四條直線所在的坡面坡度都比較接近，由此選取其中一對數(shù)據(jù)來計算坡度如圖所示，兩點之間的高度差是兩點的大地高差等于2.42m，兩點的直線距離就是兩個坐標的經(jīng)緯度之間的距離，直線距離為69.13m。如圖4，因此坡度約為1：28.57。

4 測量點誤差分析

將該區(qū)域測量點觀測值誤差依據(jù)拉依達法則（三倍極限誤差[8，9]）并通過Matlab計算分析[10，11]，分析結果如下表1。沙相35個測量點中有9個測量值平面點出現(xiàn)粗大誤差，12個測量值高程點出現(xiàn)粗大誤差，舍去這些粗大誤差點，再取該測量點剩余觀測值做平均，得到最終測量值。目的是減少由于人工操作不當造成的誤差，提高測量精度。

表1 測量點誤差分析

5 結論

本文介紹了GNSS-RTK的基本原理，以及基于RTK技術中的CORS作業(yè)方式，因其測量精度高，便捷，為現(xiàn)代測量技術的主流方法。本文通過GNSS-RTK技術在舟山桃花島灘涂高精度測量應用的實驗，為海洋灘涂測量技術發(fā)展做實驗支撐。在灘涂測量中，利用GNSS-RTK的測量點數(shù)據(jù)可以模擬出待測區(qū)的三維坡面圖以及在實際應用中對沙相坡度值點的選取都進行了分析。本實驗不足之處在于測量點數(shù)據(jù)的不足導致三維坡面圖的精度下降，經(jīng)考慮可以通過乘坐氣墊船的方法在低潮位點測量來增加測量點數(shù)據(jù)，提高插值精度以及作業(yè)效率。

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