基于差分GPS水深測量系統(tǒng)的航道普查運用

劉敏

摘 要：差分GPS水深測量系統(tǒng)在航道普查中的運用具有一定特殊性，屬于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展條件下的新的探索。本文基于該系統(tǒng)的硬件組成及基本定位原理加以分析，簡要探討該系統(tǒng)運用于航道普查中的作業(yè)流程及注意事項，僅供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：差分GPS；水深測量系統(tǒng)；航道普查；運用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展完善，GPS技術(shù)以其自身低成本、全球性等優(yōu)勢，受到各領(lǐng)域的高度重視，GPS滲透到社會生活的各個方面。隨著差分GPS定位模式的形成，差分GPS水深測量系統(tǒng)在交通運輸領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。為全面提高航道普查工作效率，本文基于差分GPS水深測量系統(tǒng)開展新的嘗試，以確保該系統(tǒng)的實際應(yīng)用價值得到更大程度的發(fā)揮。

1 差分GPS水深測量系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)組成

差分GPS水深測量系統(tǒng)以便攜式計算機、GPS信標(biāo)機、數(shù)字化測深儀以及電源作為其組成部分，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基于圖1可知，在差分GPS水深測量系統(tǒng)中，便捷式計算機以PC擴展卡為主要介質(zhì)，擴展為2個COM口，實現(xiàn)測深儀和GPS信標(biāo)機的有序聯(lián)結(jié)，并制作專用電源線，以保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)運行過程中以GPS信標(biāo)機作為核心部件，在對GPS測距信號進行精準(zhǔn)接收的同時，能夠?qū)ρ睾Ｐ艠?biāo)臺的差分GPS信號進行準(zhǔn)確定位和規(guī)范接收。數(shù)字化測深儀在實際應(yīng)用中可將側(cè)身精度控制在0.1m左右。電瓶電源的供電操作主要依據(jù)逆變器來實現(xiàn)，從而為差分GPS水深測量系統(tǒng)的安全運行提供可靠的電源服務(wù)。

1.2 工作原理

就差分GPS水深測量系統(tǒng)運行情況來看，其通過1臺GPS信標(biāo)機即可實現(xiàn)亞米級定位，能夠準(zhǔn)確獲取來自交通部GPS共用信標(biāo)臺站的差分信號，實際作用距離可達到300m。該系統(tǒng)運行過程中以差分GPS定位技術(shù)為基本原理，在不同的信息發(fā)送方式下，差分GPS定位主包含四種不同形式，分別是位置差分、偽距差分、相位平滑偽距差分和載波相位差分。偽距差分在系統(tǒng)運行過程中能夠基礎(chǔ)直接改正數(shù)獲取較高精度的數(shù)據(jù)，即便是在未得到改正數(shù)的孔隙內(nèi)也能夠保證定位的精準(zhǔn)度，最大程度上滿足RTCM-104的具體標(biāo)準(zhǔn)。在差分GPS水深測量系統(tǒng)運行過程中，用戶站接收4顆衛(wèi)星后即可針對基準(zhǔn)站衛(wèi)星改正數(shù)開展改正操作，由此可知在差分GPS水深測量系統(tǒng)運行條件下，用戶站通過具備差分功能的簡易接收機即可完成相關(guān)操作。

當(dāng)前科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進步，基準(zhǔn)站與用戶站之間的距離也明顯加大，此種情況下系統(tǒng)誤差也呈現(xiàn)一定程度的增加，并具有無法消除的特性。因此在差分GPS水深測量系統(tǒng)運行過程中，基準(zhǔn)站與用戶站之間的距離是影響偽距差分精度的重要因素。為保證差分GPS服務(wù)的有效性，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際情況建立一定數(shù)量的基準(zhǔn)站和主站，促進差分GPS網(wǎng)的形成。在該系統(tǒng)運行過程中，主差分主要負(fù)責(zé)接收差分GPS信號，這些信號主要來自于各個監(jiān)測站。在對差分GPS信號進行準(zhǔn)確接收后，將其組合為有效差分GPS改正電文，以衛(wèi)星通信線路或無線電數(shù)據(jù)鏈將其傳送至用戶站，促進擴展差分GPS的實現(xiàn)，從而保證差分GPS水深測量系統(tǒng)的實際應(yīng)用價值得到最大程度的發(fā)揮。

擴展差分GPS是基于GPS觀測量誤差源的有效區(qū)分來實現(xiàn)的，在單獨對誤差進行模型化處理的基礎(chǔ)上，對誤差源數(shù)值進行精準(zhǔn)計算，以數(shù)據(jù)鏈作為傳輸媒介，將所計算的數(shù)值傳送至用戶站，從而對用戶站的GPS定位誤差進行有效改正。通過研究分析可知，差分GPS水深測量系統(tǒng)在航道普查中的合理應(yīng)用，能夠在一定程度上提高GPS定位精準(zhǔn)度，在擴大差分GPS有效工作范圍的同時，切實提高了整體工作效率。

2 差分GPS水深測量系統(tǒng)應(yīng)用于航道普查中的外業(yè)工作流程

差分GPS水深測量系統(tǒng)工作原理比較復(fù)雜，但在航道普查中的應(yīng)用則相對簡單，以下就其外業(yè)工作流程開展具體分析：首先，應(yīng)當(dāng)做好系統(tǒng)調(diào)試工作。就航道普查工作的具體情況來看，整個系統(tǒng)主要包含4個部分和7根電纜線，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行系統(tǒng)連接，將測深桿固定后，確保GPS天線在測深桿的正上方位置，必要情況下應(yīng)當(dāng)進行調(diào)整，從而確保差分GPS水深測量系統(tǒng)運行的可靠性。該系統(tǒng)連接情況見圖1。在系統(tǒng)調(diào)試過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)在外業(yè)采集軟件的作用下，準(zhǔn)確把握系統(tǒng)運行狀態(tài)，利用測深桿獲得實測水深數(shù)值，并與測深儀測得水深相對比，基于聲速加以適當(dāng)調(diào)整以保證水深的一致性，基于可靠的系統(tǒng)調(diào)試工作為航道普查后續(xù)相關(guān)操作提供極大便利。其次應(yīng)當(dāng)確定區(qū)域坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。為確保差分GPS水深測量系統(tǒng)在巷道普查中能夠得到高效運用，提高整體工作效率，應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)調(diào)試的基礎(chǔ)上，明確區(qū)域坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。在外業(yè)實測之前，在3個四等以上的坐標(biāo)系統(tǒng)起算點上安置GPS接收機，進行5min精準(zhǔn)觀測，從而確保獲得精準(zhǔn)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)，促進巷道普查工作的順利高效開展。第三，讀取水尺制作及水位。水位測量是水深測量不可缺少的數(shù)據(jù)，因此從現(xiàn)有水文站上（或設(shè)臨時水尺）獲取觀測期間的水位數(shù)據(jù)，以便對測得的水深進行一定的改正。第四，縱斷面測量。對于等級航道的外業(yè)普查可分2步進行。第一步沿航道中心線測量航道的縱斷面，第二步對選定的河床區(qū)域進行橫斷面測量并對跨河和臨河建筑物進行較為詳細(xì)的調(diào)查。當(dāng)一條航道縱斷面測量完成后，可將其數(shù)據(jù)記錄文件調(diào)入相應(yīng)的成圖處理文件，在經(jīng)過適當(dāng)?shù)木庉嬏幚碇?，即可計算整條線路的里程、各彎道處的曲率半徑和偏角、樞紐的起終點里程、主要跨河建筑物和航標(biāo)位置坐標(biāo)及里程等普查參數(shù)。第五，橫斷面測定。縱斷面測量結(jié)束后，將水深測定文件經(jīng)過吃水、水位等改正并進行數(shù)據(jù)編輯之后調(diào)入平面圖，便形成縱斷面圖。此時可清楚看出每一航段的水深情況，因而可確定橫斷面的測定區(qū)域。在橫斷面測量之前，可在讓算機上設(shè)定好3～5條橫斷面測量設(shè)計線，測線間隔為40m。具體測量時可用GPS水深測量系統(tǒng)進行，測深點間隔為2m。第六，外業(yè)數(shù)據(jù)的處理。在外業(yè)采集的航跡圖上量算航道里程、航道寬度、航道水深、彎曲半徑、跨河及臨河建筑物的位置及相關(guān)數(shù)據(jù)。并按照普查辦制定的相關(guān)表格對各航段進行填表和數(shù)據(jù)錄入，最后形成可供調(diào)用的電子表格。

3 系統(tǒng)評價和注意事項

實踐表明，差分GPS水深測量系統(tǒng)的引入，摒棄了傳統(tǒng)的測繩加測深桿的方法，極大地提高了勞動生產(chǎn)力，同時也為后續(xù)航道改造和整治打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

數(shù)字測深儀的穩(wěn)定工作至關(guān)重要，每天工作前都應(yīng)通過調(diào)整換能器的吃水改正和聲速改正使測量值盡量接近測深桿的實測值。標(biāo)機在工作過程中應(yīng)設(shè)置成自動尋找信標(biāo)臺站。若精度要求不高（小于10m）時，信標(biāo)機還可設(shè)置成“無差分也記錄”功能。電源的有效供電對提高系統(tǒng)的作業(yè)效率十分重要，因此在工作過程中不僅要為系統(tǒng)配備一個高性能的蓄電池，而且還應(yīng)配備一個備用電池，以確保系統(tǒng)的正常工作。

4 結(jié)論

就差分GPS水深測量系統(tǒng)在巷道普查中的應(yīng)用情況來看，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性較高，發(fā)揮了現(xiàn)代高科技應(yīng)有的作用，極大地提高了勞動生產(chǎn)率。

參考文獻

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