簡 波，胡偉平，張 誠

(長江航道測量中心，湖北 武漢430010)

在航道測量中，利用RTK(real-time kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分)技術(shù)進(jìn)行地形測量具有常規(guī)測量儀器難以比擬的優(yōu)勢，能夠?qū)崟r(shí)提供移動(dòng)測點(diǎn)的三維定位結(jié)果，測量速度快、能實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制，且測量點(diǎn)位精度完全滿足規(guī)范要求[1]，在航道測量中已得到了廣泛應(yīng)用。但其應(yīng)用范圍受自然條件限制，特別在呈典型的帶狀特性且多彎曲的長江航道上，由于網(wǎng)絡(luò)及差分信號傳輸?shù)仍?，RTK常常收不到差分信號或者無法得到固定解[2]，無法達(dá)到定位的要求。

PPK(post processed kinematic，動(dòng)態(tài)后處理)技術(shù)是利用進(jìn)行同步觀測的一臺(tái)基準(zhǔn)站接收機(jī)和至少一臺(tái)流動(dòng)接收機(jī)對衛(wèi)星載波相位的觀測值，之后利用GNSS(global navigation satellite system，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))處理軟件進(jìn)行解算，并經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到流動(dòng)站在某坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。PPK作為一種動(dòng)態(tài)后處理模式，無需數(shù)據(jù)通訊，且作業(yè)半徑大、觀測更靈活、效率更高，目前已得到廣泛應(yīng)用。趙建虎等[3]給出了基于GPS PPK和PPP(precise point positioning，精密單定位技術(shù))的長距離潮位測量的思想和方法，并通過試驗(yàn)對其進(jìn)行驗(yàn)證，取得了良好的效果；洪日桂[4]介紹基于CORS(continuously operating reference stations，連續(xù)運(yùn)行參考站)系統(tǒng)的PPK和相關(guān)操作及數(shù)據(jù)后處理流程，結(jié)合像控外業(yè)測量實(shí)例，探討此方法的可用性，并分析測量成果的內(nèi)外符合精度以及作業(yè)應(yīng)該注意的相關(guān)問題；張文朗等[5]針對PPK的優(yōu)點(diǎn)，通過理論分析與實(shí)踐，探索PPK在像控測量中的應(yīng)用方法，達(dá)到提高作業(yè)效率、節(jié)省人力物力的目的。

用于坐標(biāo)解算的基準(zhǔn)站可以是在已知控制點(diǎn)上架設(shè)的基站，也可以是地方省級CORS基站、長江干線北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)(簡稱長江CORS系統(tǒng))基站等。長江CORS系統(tǒng)覆蓋長江干線帶狀范圍，是以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為主，兼顧其他導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，可完全獨(dú)立接收北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號，且具備在不影響北斗信號接收安全的前提下接收其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號能力的地基增強(qiáng)系統(tǒng)[6]。本文分析基于長江CORS系統(tǒng)的PPK技術(shù)在長江航道水下地形測量中的應(yīng)用，通過試驗(yàn)探索該技術(shù)在長江航道測量中的方法，并進(jìn)行成果數(shù)據(jù)分析，論證該技術(shù)在長江航道測量中的可行性。

1 基于PPK定位技術(shù)的長江航道地形測量流程

基于PPK的長江航道地形測量作業(yè)流程分為資料收集、基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)獲取、設(shè)備安裝、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等步驟，見圖1。

注：POS為定位定姿系統(tǒng)；IMU為慣性測量單元。

2 實(shí)測試驗(yàn)

2.1 基準(zhǔn)站選擇及數(shù)據(jù)收集

為驗(yàn)證基于長江CORS系統(tǒng)的PPK定位技術(shù)在長江航道測量中的應(yīng)用可行性，依托相關(guān)工程在長江下游張家洲水道開展測量試驗(yàn)。通過現(xiàn)場踏勘收集測區(qū)已有的前期測量成果，校對獲取的控制點(diǎn)坐標(biāo)成果及不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，確定坐標(biāo)基準(zhǔn)及試驗(yàn)所需坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

張家洲水道試驗(yàn)區(qū)附近有湖口和九江兩個(gè)長江CORS系統(tǒng)基準(zhǔn)站，其中湖口基站距張家洲水道測區(qū)中心約10.3 km，九江基站距離約14.0 km，精度分析均基于湖口基站。此外，由于多波束系統(tǒng)測量時(shí)采用RTK定位方式，可用于比較基于長江CORS系統(tǒng)基站PPK解算的水深數(shù)據(jù)精度，因此試驗(yàn)時(shí)還在已知控制點(diǎn)上架設(shè)了基站，自架基站一方面向多波束測深系統(tǒng)提供RTK定位服務(wù)；一方面采集靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)供激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行PPK解算。各基站的位置見圖2。試驗(yàn)外業(yè)工作結(jié)束后，通過長江CORS系統(tǒng)有關(guān)管理部門收集外業(yè)期間長江CORS系統(tǒng)湖口基站記錄的靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)。

圖2 試驗(yàn)區(qū)使用基站位置

2.2 檢校點(diǎn)布設(shè)及測量

試驗(yàn)中在測區(qū)內(nèi)根據(jù)不同的地形地貌特征，均勻選擇諸如房角、圍墻角、道路交角等特征明顯地物點(diǎn)，利用RTK流動(dòng)站或全站儀進(jìn)行點(diǎn)位的平面及高程數(shù)據(jù)采集，用于基于長江CORS系統(tǒng)PPK解算的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)平面、高程和相對關(guān)系精度檢測分析。

2.3 數(shù)據(jù)采集

本文采用多波束測深系統(tǒng)及機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行水下地形及陸域地形數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集前，按要求進(jìn)行設(shè)備的校準(zhǔn)。測量時(shí)，多波束測深系統(tǒng)采用RTK定位方式；將激光雷達(dá)上的POS系統(tǒng)作為流動(dòng)站，觀測模式為PPK模式，采樣率與自架基站相同，與基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步觀測，同時(shí)采集GNSS、IMU觀測數(shù)據(jù)。

2.4 定位數(shù)據(jù)解算

POS解算前，將基站原始文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，生成Renix文件。POS解算采用Inertial Explorer第三方后處理軟件進(jìn)行，處理位置、速度和姿態(tài)等信息，融合GNSS和INS(inertial navigation system，慣性導(dǎo)航系統(tǒng))數(shù)據(jù)，生成軌跡文件，其主要操作流程見圖3。

圖3 Inertial Exploer后處理流程

2.5 數(shù)據(jù)處理

使用各測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理軟件，分別將POS和原始多波束、激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)融合并解算出las格式的數(shù)據(jù)文件，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、去噪等處理，對于激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，則進(jìn)行數(shù)據(jù)則分類處理，提取點(diǎn)云中的地面點(diǎn)。

3 數(shù)據(jù)精度分析

3.1 水深數(shù)據(jù)定位精度分析

在測區(qū)中選擇4條測線，用長江CORS系統(tǒng)基站的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行PPK解算，并導(dǎo)出航跡數(shù)據(jù)文件，與實(shí)測時(shí)RTK的航跡定位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，精度見表1。

表1 基于長江CORS系統(tǒng)的PPK定位精度

由表1可看出，4#、21#兩條測線PPK平面定位精度可以達(dá)到20～30 mm，高程精度也在70 mm以內(nèi)，滿足規(guī)范要求。但是11#、18#兩條測線的平面及高程精度均超過規(guī)范要求的精度范圍，其原因可能來自于基站不穩(wěn)定的靜態(tài)數(shù)據(jù)。

3.2 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)定位精度分析

為分析激光點(diǎn)云的數(shù)據(jù)定位精度，在試驗(yàn)測區(qū)進(jìn)行了兩次機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)。外業(yè)結(jié)束后，將采集的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)用長江CORS系統(tǒng)湖口基站的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位數(shù)據(jù)的解算，與通過RTK采集的部分檢核點(diǎn)進(jìn)行對比，并計(jì)算其中誤差。兩個(gè)測次激光雷達(dá)數(shù)據(jù)平面及高程精度的對比分析見表2。

表2 基于長江CORS湖口基站激光點(diǎn)云平面及高程精度分析

由表2可看出，用長江CORS湖口基站解算的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算所得的中誤差值均滿足規(guī)范的精度要求；但有的點(diǎn)誤差較大，特別是高程平均誤差約200 mm。

4 結(jié)語

1)本文試驗(yàn)是首次將長江CORS系統(tǒng)應(yīng)用在航道測量中。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可看出，基于長江CORS系統(tǒng)的PPK技術(shù)是RTK技術(shù)的有效補(bǔ)充，其平面定位精度可滿足規(guī)范要求，但高程精度則不穩(wěn)定。

2)對高程精度要求不大的長江航道日常維護(hù)測量中，可以選擇測區(qū)附近的CORS基站，采用PPK定位模式進(jìn)行航道地形測量，但為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，需要采取一定的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

3)目前如果完全依靠長江CORS基站的數(shù)據(jù)，則可能影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，關(guān)鍵取決于CORS基站有效覆蓋范圍，在實(shí)際工作中要對選取的基站數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，并不斷總結(jié)。隨著長江CORS系統(tǒng)的運(yùn)行、應(yīng)用及基站數(shù)量和位置也在不斷優(yōu)化，長江CORS系統(tǒng)將在長江航道測繪和地理信息服務(wù)方面發(fā)揮巨大作用。