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差分GPS與RTK無驗潮在水下地形測量中比較
來源: | 作者:ganghai | 發布時間: 2017-02-28 | 744 次瀏覽 | 分享到:

摘要:GPS技術不斷成熟和發展,如何在海洋測繪中充分利用GPS技術,使測繪事業更好、更快的發展是不斷研究的問題。

本文首先介紹了差分GPS,接著介紹了DGPS、RTK定位技術的原理以及工作組成部分,然后介紹了RTK無驗潮情況下的水下地形測量工作原理和方法,最后分析比較了RTK無驗潮與DGPS在測量水深中的優劣。

關鍵詞:差分GPS,RTK,水下地形測量,海洋測繪,潮汐改正,無驗潮

1、前言

RTK定位技術是基于載波相位觀測值的實時定位技術,能夠實時提供測量點在指定坐標系中的三維定位結果,并能夠達到厘米級精度,是GPS應用的重大里程碑。目前水深測量比較普遍的是使用DGPS 定位技術,需要驗潮水位對測深數據進行水位改正。如果使用RTK 技術加數字測深儀,那么就使得水上測量可以采用RTK無驗潮方式進行,既提高測量自動化程度,又可提高測量精度,而且可實現全天候測量。

本文通過比較兩種不同的定位技術優劣,對不同條件下的水深測量,可選擇不同設備進行測量提供參照。

2、差分GPS定位

差分GPS定位是利用基準站和流動站兩臺GPS接收機同時測量來自相同GPS衛星的定位信號,用以聯合確定用戶的精確位置。

載波相位差分

載波相位差分技術簡稱RTK技術,是建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎上的,它能以厘米級的精度實時提供測站的三維坐標。對載波相位精度引入的誤差只有lmm?;鶞收緜魉偷臄祿莻尉嗪拖辔坏脑加^測量。用戶接收到基準站和本機觀測的數據后,利用靜態相對測量處理方法對基線處理方法對基線進行求解,然后推算出測量點的坐標,在求解中最棘手的問題是如何求解相位整周模糊度。求解相位整周模糊度方法很多,最常見的有:三差法,模糊度函數法,頻率綜合法,快速逼近法等。這些方法用于RTK技術可分為兩大類:有初始化方法和無初始化方法。

初始化后,保持衛星信號不失鎖。一旦信號失鎖,需返回起算點重新捕獲和鎖定。采用雙頻接收機將有效地克服這一缺陷。

3 、RTK水下地形測量基本原理

3.1、RTK簡介

RTK定位技術是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術,它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果,并達到厘米級精度。RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術,RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據(偽距觀測值,相位觀測值)及已知數據傳輸給流動站接收機,數據量比較大,一般都要求9600的波特率,這在無線電上不難實現。

3.2、無驗潮水下地形測量基本原理

當前GPS實時動態相位差分(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高程結合由測深儀同步測得的水深換算出同一平面位置的水下泥面的高程或水深值,從而獲得水下地形數據,如圖:

QQ截圖20130226114336.jpg

用戶可以測得的數據:

 hGPS天線到水面的高度

 HGPS接收機測得的高程(水準高)

 S:測深儀測得的水面到水底的深度

用戶需要得到的最終數據:

 B:水底到水準面的距離

    即通常說的水深值

 C:水準面到水底的距離

   即通常說的水底高程

由圖得出:C= (H – h) – S ;B= S – (H –h )

3.3、無驗潮水下地形測量作業時應該注意的問題

3.3.1、有關岸臺的問題

(1) 因為RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術,RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據(偽距觀測值,相位觀測值)及已知數據傳輸給流動站接收機。所以:

①選擇地勢較高、較開闊的控制點架設岸臺,電臺天線要盡量高

②電源電量要充足,否則也將影響到作業距離

RTK作業應盡量避開雷雨天氣,為減小電離層干擾應該盡量避開中午時間

RTK作業前要進行嚴格的衛星預報,選擇衛星分布好和數量多的時段進行測量

(2) RTK高程要保證精度,所以要精確量取天線高,并設入岸臺中

(3) 岸臺中輸入根據已知點坐標轉換出來的WGS-84坐標,輸入已知點高程

3.3.2、有關流動站的問題

(1) 記錄要限制為RTK固定解

(2) 精確量取天線高(天線至水面的高度),測深儀吃水改正參考同一水面線

(3) 差分天線最好使用高增益天線,天線姿態要盡量保持垂直,差分天線要盡可能的高

(4) RTK觀測中,應確保流動站不受電磁干擾

3.3.3、有關繪圖水位的問題

水位變化較大的區域,每公里約變化0.2m,,所以水深數據換算時分段處理,內插繪圖水位數據,保證段與段之間的繪圖水位差值小于0.1m,這樣每個繪圖水位控制的換算范圍約為500m。

3.4、無驗潮水下地形測量的優劣性

3.4.1、與傳統的驗潮法相比,無驗潮水下地形測量具有如下優勢

(1) 無須驗潮數據,減少工作量

驗潮法需要專門的人員測量水位或者到相關部門獲取測量時段的水位數據。無驗潮法只需在采集水深的同時在同一臺電腦上采集GPS三維數據,這樣起碼可以減少一個讀水尺的工作人員,還不須建一個或多個驗潮站。

(2) 每個水位都同步、精確,提高精度 

GPS高程數據更新速度達10Hz,每個水深點都對應精確的水位值,無須內插或外推整個區域的水位。

(3) 減少浪涌等引起的誤差

驗潮法測量中由于浪涌影響,探頭上下起伏使得測得的水深有瞬時誤差,在最終的數據中無法消除。而無驗潮法是通過GPS天線高程來推算水下高程的,天線與探頭的相對位置固定,無論船怎樣上下波動都不會改變處理后的水下高程。

(4)數據處理方便、快捷

由于所有的數據都采集到一個文件中,并且存在計算機中,減少獲取和編輯潮位數據的時間,即時能進行后處理,編輯水下地形圖或斷面圖。

3.4.2、相對而言無驗潮水下地形測量的缺點是

(1) 造價高

必須用RTK型接收機,這種接收機價格相對DGPS高一些

(2)有效距離短

只能測量靠近基準站的區域,一般范圍為半徑20km,如果測量外海區域,將接收不到電臺信號,便不能工作。

參考文獻:

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