资源描述：
《利用gps在无验潮模式下进行江河水下地形测量》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、文章编号:049420911(2001)0520028203中图分类号:P228.42文献标识码:B利用GPS在无验潮模式下进行江河水下地形测量周丰年,田淳(长江水利委员会长江口水文水资源勘测局,江苏太仓215431)UnderwaterTopographicSurveywithGPSunderNo-tidalModeZHOUFeng2nian,TIANChun摘要:提出了一种无验潮模式下的水下地形测量方法,该方法不用专门测定潮位,而直接利用GPS的RTK测量技术,辅之以姿态测量和补偿,从而获得高精度的水底点高程。关键词:无验潮模式;船体姿态;RTKHkM=HrM-(Hrg-Hkg)(3
2、)现代水下测量定型为采用GPS作为平面定位手段,回声声纳设备作为测深手段,并根据水位面的高程反算水底点高程的基本模式。在实际生产中,当测量水域位于验潮站作用范围内时,该模式可被采用;但当工作水域超出了验潮站的有效作用距离范围或因无法架设验潮站而不能获取验潮资料时,该模式难以实施。为了解决这一难题,通常采用卫星潮汐或预报潮汐获得潮位变化资料。但因精度较差,难以满足大比例尺水下地形测量精度要求。随着OTF技术的日益成熟,整周模糊度能够在很短的时间内被精确确定,从而保证了GPS载波相位实时差分技术(RTK)能够在动态环境下,获得厘米级甚至毫米级的水平定位精度和厘米级的高程定位精度。这使得人们对
3、GPS的应用不仅局限于平面定位方面,而且深入到高程领域。一、在无验潮模式下进行水下地形测量的基本原理GPS差分测量可以非常精确地测定两点之间的相对高差,小区域范围内,通过该高差便可反算出流动站GPS相位中心的高程,该高程同基准站具有相同的高程基准面。在无验潮模式下进行水下地形测量的原理如图1所示。图1中参考站天线高为hra,流动站天线高为hka(流动台站GPS天线高相对于船体或浮球的吃水面,当GPS天线位于浮球的吃水面内时,hka=0),已知点的正常高为hro,参考站GPS天线处的大地高和正常高分别为Hrg,HrM,高程异常为Ν;流动台站GPS天线相位中心的大地高和正常高分别为Hkg,H
4、kM;验潮水尺的零点与已知点的高差为hruler0,瞬时海面在验潮水尺上的读数为hsr0;换能器的瞬时高程为HGT。根据图1下列等式成立:HrM=hra+hroa+=a+-g-()g)ghkHGThrhroHrHkHGT=hrhro-hk-(Hr-a+()4Hkag图1无验潮模式下水下地形测量的原理图换能器的瞬时高程确定后,所测水底点的高程便可很容易的获得:(5)Hb=HGT-hdepth上述测量方法摈弃了传统水下地形测量对潮位观测的严格需求,是集潮位测量与水深测量于一身,直接获得水底点的高程,操作和实施比较方便、快捷。但上述方法同传统的测量方法一样,存在着船体姿态对测量的影响。在海况稳
5、定的情况下,姿态对测量的影响较小,反之,影响较大,必须进行测量和补偿1。为此,下面着重讨论船体姿态的测定和对利用该法进行水下地形测量的补偿问题。二、姿态测量及其补偿波浪的瞬时变化使得船体姿态随之做瞬时的改变,这种改变对GPS在无验潮模式下进行水下地形测量影响较大,不容忽视。姿态补偿即通过姿态参数对观测值进行修正,削弱波浪测量的影响。主要的姿态参数有4个:船首晃动角h,横滚r,纵滚p和动吃水ds,除h外,r,p,ds均会给深度方向产生影响。姿态参数可采用通过姿态仪或GPS进行测定,在文献2中对GPS测姿的方法进行了详细的研究,下面仅讨论姿(1)HkM=hka+HGT根据GPS差分原理,基准
6、站和流动站间距离不是很远时(<30km),可认为下式成立:Hrg-Hkg=HrM-HkM顾及式(1),则换能器的瞬时高程HGT为(2)收稿日期:2000211206;修回日期:2001201220作者简介:周丰年(19632),男,湖北鄂州人,长江口水文水资源勘测局副总工程师,现从事GPS和海洋测绘工作。态的补偿问题。根据定义,动吃水发生在垂直方向,该方向上的位移量可通过架设在船体中心(重心)上方的GPS天线相位中心的瞬时高程信息反映出来,该高程减去GPS天线到换能器的垂距,便是换能器发射面的瞬时高程,而换能器测量的深度正是建立在该高程面的基础上,因而说,船体的动态吃水不用专门去测定,换
7、能器的瞬时高程已经包含了该信息。这是该法所特有的,也是相对传统方法测量精度较高的原因所在。根据文献2,船体横滚和纵滚的测量原理如图2所示。GPS天线到换能器之间的距离。GPS接收机的数据采样率设置根据为1s,测深仪的数据采样率为10次ƒs,同步数据采样率设置为2s。实验时间为2000年9月28日下午3∶25～3∶50,实测断面为一条变化比较剧烈的凹沟。在本文所述方法下的测量工作完成后,利用传统的水下地形测量方法对上述断面进行了重复观
