GPS睷TK無(wú)驗(yàn)潮和驗(yàn)潮的數(shù)據(jù)成果比對(duì)分析

徐義超

摘要：現(xiàn)代水下地形測(cè)繪常采用GPS作為平面定位手段，用回聲聲納設(shè)備作為測(cè)深手段，并根據(jù)水位面的高程來(lái)反算水底點(diǎn)高程的基本模式。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)測(cè)繪水域位于驗(yàn)潮站作用范圍內(nèi)時(shí)，該模式可被采用。但當(dāng)工作水域超出了驗(yàn)潮站的有效作用距離范圍或因無(wú)法架設(shè)驗(yàn)潮站而不能獲取驗(yàn)潮資料時(shí)，該模式難以實(shí)施。為了解決這一難題，通常采用衛(wèi)星潮汐或預(yù)報(bào)潮汐獲得潮位變化資料。但因精度較差，難以滿足大比例尺水下地形測(cè)繪精度要求。隨著OTF技術(shù)的日益成熟，整周模糊度能夠在很短的時(shí)間內(nèi)被精確確定，從而保證了GPS載波相位實(shí)時(shí)差分技術(shù)（RTK）能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，獲得厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的水平定位精度和厘米級(jí)的高程定位精度。這就是利用GPS RTK實(shí)施水下地形測(cè)繪的無(wú)驗(yàn)潮方法，該方法克服了傳統(tǒng)水下地形測(cè)繪模式的缺陷，實(shí)施起來(lái)簡(jiǎn)單方便。

關(guān)鍵詞：GPS;無(wú)驗(yàn)潮;驗(yàn)潮

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16723198（2014）14019301

1無(wú)驗(yàn)潮水下測(cè)繪原理

無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)繪采用GPS RTK工作模式，在事前準(zhǔn)確設(shè)定基準(zhǔn)站的平面和高程坐標(biāo)，進(jìn)入差分工作狀態(tài)后GPS流動(dòng)站實(shí)時(shí)測(cè)繪探頭位置及水位數(shù)據(jù)，并將采集時(shí)間，探頭位置、水面高程、深度數(shù)據(jù)匯總到一個(gè)文件中儲(chǔ)存。

如圖1所示，GPS接收機(jī)至水面高為H0，探頭吃水為H1，t1時(shí)刻探頭測(cè)繪水底a點(diǎn)的深度值h。通過(guò)在測(cè)深、導(dǎo)航軟件中正確設(shè)置H0、H1，可以直接得到瞬時(shí)水面高程A及瞬時(shí)水面A至水底a點(diǎn)的距離。

圖1水下地形測(cè)繪定位及測(cè)深設(shè)備示意圖由此可以得到，水底a點(diǎn)高程=A-（H1+h）,上述測(cè)繪方法集潮位測(cè)繪與水深測(cè)繪于一身，直接獲得水底點(diǎn)的高程。采用這種方法確定的水位基準(zhǔn)高程精度較高，并較好的消除了波浪、潮汐、水位落差等因素對(duì)水底高程的影響，大大提高了工作效率。

2海上試驗(yàn)

按照《海道測(cè)量規(guī)范》的要求進(jìn)行測(cè)線布設(shè)和海上作業(yè)。將采集記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)分別按CORS無(wú)驗(yàn)潮模式和傳統(tǒng)人工驗(yàn)潮模式兩種方式處理，對(duì)兩種模式所獲得的數(shù)值成果、圖形成果進(jìn)行比較分析，同時(shí)將GPS測(cè)高模式所獲得潮位數(shù)據(jù)與驗(yàn)潮站人工觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而檢核基于NBCORS的RTK無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量精度，以及所獲取測(cè)量成果的可靠性、精度等特性。本文選擇了水域數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)驗(yàn)潮數(shù)據(jù)處理，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了消浪處理和聲速改正，其同名點(diǎn)比對(duì)結(jié)果如下：

表1無(wú)驗(yàn)潮與驗(yàn)潮測(cè)點(diǎn)比對(duì)表單位：m

序號(hào)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)XY無(wú)驗(yàn)潮

高程驗(yàn)潮

高程高程差值

(ΔH)11799352.58707589.55-13.66-13.56-0.1021799304.78707608.4-13.35-13.22-0.1331799164.98707673.15-10.22-10.12-0.1041799066.1707727.63-9.63-9.50-0.1351794230.51703602.33-55.40-55.37-0.0361794238703595-57.44-57.27-0.1771794246.34703588.18-43.94-44.060.1281794255.5703582.1-43.10-43.160.0691794265.42703577.06-15.07-14.98-0.09101794275.33703572.15-14.61-14.48-0.13111794284.77703566.36-10.74-10.68-0.06121794293.6703559.8-10.56-10.42-0.14131794301.79703552.53-13.28-13.18-0.10141794301.19703558.4-14.5-15.33-0.17151793838.2702123.5-8.8-8.7-0.10161793850.4702145.3-12.3-12.15-0.15171793888.44702131.2-20.3-20.420.12181793899.5702148.4-18.8-18.67-0.13191794013.4702209.3-15.5-15.60.10201794050.32702219.34-11.8-11.90.10211794080.88702230.4-20.2-20.330.13221794111.32702280.3-30.4-30.22-0.18231794138.4702265.34-22.2-22.04-0.16241794178.55702188.4-20.8-20.56-0.14251794222.4702202.4-15.5-15.60.10261794248.8702233.6-18.9-18.82-0.08271794304.4702550.1-13.3-13.15-0.15281794346.7702572.3-15.8-15.90.10291794444.3702672.1-30.2-30.280.08301794489.23702589.8-22.9-22.8-0.10………………圖上1mm高程點(diǎn)比對(duì)中誤差:

Mh=±秐i=1(ΔHi)2n1=±0.12(m)表2驗(yàn)潮與無(wú)驗(yàn)潮測(cè)點(diǎn)比對(duì)統(tǒng)計(jì)表

比對(duì)結(jié)果0(m)0.1(m)0.2(m)0.3(m)0.4(m)>0.4(m)點(diǎn)數(shù)占%點(diǎn)數(shù)占%點(diǎn)數(shù)占%點(diǎn)數(shù)占%點(diǎn)數(shù)占%點(diǎn)數(shù)占%5043.7%903666.9%303622.5%7255.4%1811.3%320.2%經(jīng)檢測(cè)13514點(diǎn)，其差值≤0.4m為13301點(diǎn)，占總比對(duì)點(diǎn)98.4％RTK潮位與驗(yàn)潮儀潮位同步曲線如圖2所示。

圖2RTK潮位與驗(yàn)潮儀潮位同步曲線從比較的結(jié)果來(lái)看，在本實(shí)驗(yàn)區(qū)域采用NBCORS以無(wú)驗(yàn)潮方式進(jìn)行水下地形測(cè)繪的方法是可行的，精度能夠滿足有關(guān)規(guī)范要求。

3優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)

若潮位資料不具備，利用傳統(tǒng)的水下地形測(cè)繪方法將不能獲得水底點(diǎn)高程，而本文所述方法，無(wú)需驗(yàn)潮便可完成水下地形測(cè)繪的整個(gè)工作，因而，相對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)繪方法，該法具有方便、快捷和簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

從比較的結(jié)果來(lái)看，在本試驗(yàn)區(qū)采用NBCORS以無(wú)驗(yàn)潮方式進(jìn)行水下地形測(cè)量是可行的，精度能夠滿足有關(guān)規(guī)范要求。

在實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)中的優(yōu)點(diǎn)：(1)進(jìn)行全天候作業(yè)，不受晝夜影響，提高作業(yè)效率。(2)有效的消除了動(dòng)吃水以及波浪上下等因素影響。(3)避免了由于潮位觀測(cè)帶來(lái)的水位改正誤差?？傻玫郊磿r(shí)水位。(4)無(wú)需人工或自動(dòng)驗(yàn)潮儀驗(yàn)潮，節(jié)約成本。

缺點(diǎn)表現(xiàn)為RTK高程測(cè)量的綜合誤差。測(cè)深儀器自身精度及換能器安裝導(dǎo)致的誤差。無(wú)法進(jìn)行深度基準(zhǔn)面的推算。作業(yè)受距離和區(qū)域的限制。

4總結(jié)

利用無(wú)驗(yàn)潮技術(shù)進(jìn)行水深測(cè)量，使得水深測(cè)量這項(xiàng)工程變得簡(jiǎn)單、方便、快捷、輕松、高效，極大的提高了生產(chǎn)效率，是一種先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，值得在海島礁測(cè)量技術(shù)中大陸推廣應(yīng)用。

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