网络RTK验潮技术在水上测量的应用研究.doc

1、1网络 RTK 验潮技术在水上测量的应用研究【摘 要】网络 RTK 验潮技术是利用基准站的载波相位观测数据，与流动站的观测数据进行实时差分处理，并解算整周模糊度，从而能够达到厘米级精度。是 GPS 应用的重大里程碑。本文主要对网络 RTK 验潮技术在水上测量的应用进行了分析。 【关键词】GPS；CORS；RTK 验潮技术；水上测量 中图分类号：P228.4 文献标识码： A 随着科学技术的进步，GPS 定位技术的进步及定位设备在海洋测绘领域的广泛应用， 采用 GPS 技术进行验潮得以实现。传统 RTK 验潮通过测得一段时间内水面载体（如测船或浮球） 上的 GPS 天线的系列高程值，计算得出潮位

2、。传统 GPS 验潮模式主要采用了 GPS-RTK 的定位模式， 受到通信链路的影响， 作用的距离非常有限， 通常在 10km 以内， 致使远离参考站的海域无法采用这种模式。随着近年来城市 CORS 站的建立，覆盖范围较广，网络 RTK 能更便利地实现无验潮结合回声测深系统进行水深测量。以往由于一些工程上的特殊需要或特定区域地形的限制，在水域测绘中通常会遇到使用常规潮位观测来进行水深改正的误差问题。如： （1）山区河道短距离内水位落差较大，河道左右岸存在较大比降，这些落差和比降变化并非线性和规则的，有时平缓有时突变，在这种情况下，单纯利用一个或几个水位站观测水位来改正水深值会造成较大的2误差，

3、即使在测区内根据这些具体变化建立数目繁多的水位观测站，虽然在一定程度上减小了误差，但必须投入几倍的人力、物力，工效将大打折扣。 （2）当测量项目远离海岸线十几公里甚至几十公里时，常规的做法是在离测区最近的岸边设置潮位站，用它来代替测区内的潮位进行水深改正，因此即使不考虑相差几十公里潮位的差值，就两地的波浪和涌浪的差异也远远超出了测量的精度要求，虽然可以通过长期验潮确定潮汐参数，采用潮面外推方法来消除一定误差，但花费大，成本高。 因此如何解决这些问题，寻找一种实时潮位改正来取代常规潮位观测，对海洋测绘尤为重要，而网络 RTK 验潮技术的应用很好的解决了这些难题。 1.GPS 水上测量的特点 水上

4、测量的条件和要求不同于陆地测量，所以在水上测量的实际作业中方法也与陆地测量有明显区别。水上测量内容主要是： 水下地形测量， 水上物体定位导航。测量特点表现在以下几个方面： （1）水上测量一般要使用组合仪器进行间接测量。 （2）水上无法固定和架设仪器， 无法完成陆地常常采用的转点作业方式，尤其是大片水域。 （3）水上作业其作业精度要求实现难度大， 实时性要求高。 2.网络 RTK 特点 2.1 CORS 系统的简介 当前，利用多基站网络 RTK 技术建立的连续运行卫星定位服务综合3系统（Continuous Operational Reference System，缩写为 CORS） ，已成为城

5、市 GPS 应用的发展热点之一。连续运行参考站系统（CORS）可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的 GPS 参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网（LAN/WAN）技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的 GPS 观测值（载波相位，伪距） 、各种改正数、状态信息以及其他有关 GPS 服务项目的系统。CORS 系统是由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。 2.2 CORS 系统技术特点 CORS 系统目前主要核心的技术有三种：一

6、种是单基站 RTK 技术，一种是虚拟基站技术（VRS） ，另一种是主副站技术（MAC） 。它们自身具有不同的特点，并有不同的解算方式。单基站 RTK 技术中 CORS 站网由若干个 CORS 站组成,在这种网络 RTK 模式下，每个基准站服务于一定作用半径的 GPS 用户，服务半径可以达到 30KM，GPS 差分数据播发可以使用无线电台也可用公用无线通讯网。虚拟基站技术（VRS） ，数据中心通过组合所有基准站的数据从而确定整个 CORS 系统覆盖区域的误差模型，然后用一定的数学模型和流动站概略位置模拟出一个对应于流动站的概略位置的虚拟基准站，然后将这个虚拟基准站的改正信息发送给流动站，流动站再

7、结合自身的观测数据实时解算其所在位置的精确坐标。主副站技术（MAC） ，首先选取一个基准站作为主站，并将主站所有的改正数及坐标信息传递给流动站，而网络中其他基准站只是将其相对于主站的改正4数变化及坐标差信息传送给流动站，从而减少了传送的数据量提高了作业效率。VRS 和 MAC 技术服务半径可以达到 40KM 左右。 3.网络 RTK 验潮的实现方法 3.1 网络 RTK 的测高原理及精度评估 GPS 以其“高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活”著称，而基准站的载波相位观测数据的网络 RTK 技术，其理论严密、技术成熟、精度高且具有自动化和快速定位的特点，已在各行业中广泛应用。根据 RTK 测量原

8、理，使用网络 RTK 验潮必须基于 RTK 测高的基础之上。 关于 RTK 测高，其理论和实践均比较成熟。就其精度而言，可获得厘米级甚至毫米级的 WGS-84 平面和大地高程精度。由于 WGS-84 参考椭球面与地方椭球面，大地水准面和似大地水准面在对应处的切线并不平行，它们之间的（高程异常）并非常量。根据大地高 H 与正常高 h 之间的关系：H=h-h1-h2+（其中h1 为 WGS-84 参考椭球面与地方椭球面的差值，可通过坐标转换来消除或消弱影响。只要确定了，大地高 H 与正常高 h 之间的转换将迎刃而解。目前确定的方法很多，但主要是重力法和几何法。在地势平坦地区，几何法确定高程可达到四

9、等水准精度要求，在地势起伏较大地区，必须考虑地形改正的几何拟合法。从实测数据可得出： （1）RTK 测高在符合条件，测区范围较小（56km）时，特别是在沿海地势平坦的地区，其高程异常值接近，可达到四等水准精度要求；而测区范围较大达 10km 以上时，其高程异常值互差较大，则是需建立模型，结果可达到图根水准精度要求。 （2）根据表中高程异常值，建立高程异常模型，可对该区域内的任5意点大地高与正常高进行转换。 4 影响 RTK 技术应用的因素 技术在工程中的应用，大大提高了测量的效率，但也存在不足之处，主要有： a 观测时，要求测站上空必须开阔，周围无磁场的影响，确保接收GPS 卫星信号不受干扰，

10、否则将影响到数据处理和传输； b 在城市高楼密集区和山区及其他卫星信号接收条件不好的地方需通过常规方法补测； c 高程测量时，应用技术不能直接得到水面点的正常高程，需要进行高程换算； d 不容易达到变形监测的精度要求而且组织相对复杂。 5.结束语 总之，网络 RTK 验潮技术除了 GPS 所具有的常规测量方法无法比拟的优点外，还有具有提高水深测量精度作用，其动态高程包含了风浪、潮汐、测船动态吃水等信息，并能消除常规潮位观测进行分带改正引起的误差；解决山区河道比降落差大，需大量设立验潮站的问题，也同时解决了海域测量无法设立验潮站或测区远离验潮站的问题。 参考文献： 1 刘经南， 叶世榕.GPS 非差相位精密单点定位技术探讨J.武汉大学学报 信息科学版， 2002， （6）： 234 239 2 阳凡林， 赵建虎. GPS 验潮中波浪的误差分析和消除J.海洋测绘， 2003， （3）：14 63 周乐韬，连续运行参考站网络实时动态定位理论，算法和系统实现D 成都：西南交通大学，2007 4 李成刚，基于多基站网的 VRS 技术及其误差分析与建模D 成都：西南交通大学，2003 5 郭万里、张永等，城市 GPS 连续运行参考站（CORS）应用综述J 人民珠江：2008， （1）：65-67.