论文部分内容阅读
摘要：RTK技术在水深测量中的广泛应用，使得无验潮水深测量成为可能，但因差分改正信号尚受到作业区域长度的限制；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带状内河航道水下地形测量。
关键词：CORS RTK；无验潮；水深测量
0 引言
随着测绘技术的发展，GPS RTK技术的应用，RTK结合数字测深仪在电脑测深软件帮助下实现自动化测深，极大地提高了工作效率、测量精度；RTK技术的不断成熟，并被用于无验潮水深测量，减少了水位观测的工作量，但传统RTK尚受到工作距离的限制，对于宁波市弯曲狭长的甬江航道测量工作存在美中不足，近年来宁波市建立的NBCORS系统，为宁波GPS用户提供了极大的方便，由于其宁波市全覆盖、24小时连续观测，能更好更稳定地给用户提供差分信号，NBCORS系统支持下的网络RTK能便利地实现甬江航道的无验潮水深测量。
1 CORS RTK的组成
CORS RTK 的组成包括：参考站系统，数据服务中心，数据通信系统，用户应用系统等。
参考站系统：是固定的GPS接收系统，可以布设一个或多个固定基准站。站与站之间距离可控制在60公里以内，使用数字移动通信数据链，通过无线网络（GPRS/CDMA）方式访问数据服务中心。
数据服务中心：数据服务中心包括一台上网的服务器型电脑及相关数据处理软件，负责接收、管理、分析、运算参考站和用户终端发来的数据，并发送差分信息供用户终端接收。
数据通信系统：参考站、用户终端与数据服务中心之间的通信通过无线网络（GPRS/CDMA）方式。参考站通过无线网络（GPRS/CDMA）将数据首先发送到数据服务中心，数据服务中心的数据通过无线网络（GPRS/CDMA）发送到用户应用终端。
用户应用系统：主要是包括一台或者多台带有数字移动通信数据链功能的GPS接收机，通过无线网络（GPRS/CDMA）方式将自身的实时信息发送给数据服务中心，并接收数据服务中心发送来的差分信息进行实时数据采集。
2 CORS RTK无验潮水深测量工作原理
其工作原理跟一般RTK工作原理一样，通过实时接收NBCORS差分改正信号实现水深作业的实时定位，GPS接收机处理得到的是WGS84大地坐标，通过参数转换得到所需坐标系统下的三维坐标（x,y,h），RTK测量得到的h对应水深作业实时的水位值,其高程数据被实时记录到电脑中，通过简单计算即可得到每个测量数据对应的潮位，无需内插，提高了潮位数据精度，同时省去了人工观测潮位及测设潮位站的工作量。
如下图所示，所测水深值B=S-(H-h)。在实际甬江航道测量中，波浪不会太大即不会导致船姿倾斜严重从而影响RTK高程测量精度，而RTK接收机随波浪运动，其实时测得的水位比通过人工观测的水位更具可靠性，尤其在涨潮落潮时潮位站跟测船位置水位落差大的时候RTK实时水位观测的优越性更加突出，而且RTK观测得到的水位实际上在垂直方向上对浪涌进行了一维改正，极大地减弱了波浪对测量水深的影响，更好的保证了水深测量的精度。
3 甬江航道水深测量中的应用
水深测量作业系统主要由带有接收NBCORS信号卡的GPS接收机、数字测深仪、便携式PC及相应测深HAPACK软件组成。测量作业主要通过测前准备、野外数据采集、数据后处理及成果输出来实现。
甬江航道两岸每年都要对各个码头进行大比例尺测量，附近有我公司近年来布设的多个高等级GPS点和水准点，可以作为水深作业的控制点使用。
3.1 测前准备
(1)在HYPACK软件中建立任务，设置好坐标系、投影、转换参数。
(2)按测图比例做好计划线，调入甬江岸线地形图做背景底图。
3.2 外业数据采集
（1）CORS RTK接收机初始化待有固定解后至附近的控制点进行检测，以确保该GPS接收机正常工作。检测结果符合要求后，方可进行数据采集工作。
（2）将GPS接收机、数字化测深仪和便携PC机等连接好后，打开电源。设置好记录设置、定位仪和测深仪接口、接收机数据格式、测深仪配置。把GPS天线至探头的高度填在天线高处。
（3）根据HYPACK 软件导航，沿计划线跑船，进行野外数据采集。
3.3 数据后处理
在HYPACK数据后处理软件中输入绘图水位，将水深文件中的测深仪测得的水深和GPS高程换算成基于绘图基准面的水深。然后和定位数据一起导入成图软件中编辑水下地形图并根据实际需要进行成果输出及绘图输出。
3.4 成果檢验
在甬江游航道测量项目中，同时用验潮方法测量了两段水深。通过无验潮方法测得的数据经过与之对比，水深差值基本小于0.1m。经过与传统方法的对比，证明无验潮方法是可行的，且省去了测量过程中因航道段之间潮位落差大经常换潮位站观测水位的麻烦，可以省时省力地完成了测量工作。
4 CORS RTK 与传统 RTK技术比较
1.传统的RTK技术数据采集的局限性
（1）距离与模糊度求解的相关性：当基准站与移动站的距离小于10公里，卫星、轨道、对流层、电离层等误差相关性较强， 大部分可以消除， 可到达小于2厘米级实时采集精度，但当距离大于50公里以上，误差的相关性较弱，难以求解整周模糊度，难以获取固定解，定位精度明显降低，只能达到分米级精度。
（2）电台信号通信数据链的限制性：传统RTK采用UHF和VHF电台信号作为通信数据链，传播路径是直线，并且它的衍射性能差，在本地区山区环境下，一般基准站与移动站间距离不能大于5公里，大于5公里就会出现收到卫星信号而收不到电台信号的现象。虽然目前生产的RTK设备，基准站与移动站带有数字移动通信数据链功能，但由于上述作业距离的限制，基本没有应用价值。
（3）基准站移动频繁的弊端：由于上述两种局限性，在数据采集过程中，需要不断建立基准站，但是这样，会由于仪器操作、外界环境等因素存在潜在粗差甚至错误的可能，又会由于频繁移动基准站将加大设备安全性风险和降低生产效率。
2. CORS RTK的优点
（1）GPS的有效服务范围得到了极大的扩展，实现了真正意义的单机操作。（2）采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高 了工作效率，实现了实时（全天候)数据采集。（3）使用数字移动通信数据链通信方式，通过数据服务中心完善的数据处理、监测，极大增强了作业的可靠性、精确性。（4）利用互联网技术，实现了数据的共享。
5 结语
CORS RTK应用于无验潮水深测量，无疑显示出较大的优越性，省时省力、快捷高效。在有CORS系统的城市CORS RTK技术值得推广使用，因其高效率、高精度、高可靠性和低成本的特点，必将在以后的城市测量工作中发挥更好的便利及创造更好的经济效益。
参考文献：
[1]《连续运行卫星定位综合服务系统 (CORS) 建设与应用》. 科学出版社，2009.1
[2].徐绍铨.张华海.GPS测量原理及应用.武汉:武汉大学出版社，2003.1 [3] 梁开龙.水下地形测量.北京:测绘出版社，1995
关键词：CORS RTK；无验潮；水深测量
0 引言
随着测绘技术的发展，GPS RTK技术的应用，RTK结合数字测深仪在电脑测深软件帮助下实现自动化测深，极大地提高了工作效率、测量精度；RTK技术的不断成熟，并被用于无验潮水深测量，减少了水位观测的工作量，但传统RTK尚受到工作距离的限制，对于宁波市弯曲狭长的甬江航道测量工作存在美中不足，近年来宁波市建立的NBCORS系统，为宁波GPS用户提供了极大的方便，由于其宁波市全覆盖、24小时连续观测，能更好更稳定地给用户提供差分信号，NBCORS系统支持下的网络RTK能便利地实现甬江航道的无验潮水深测量。
1 CORS RTK的组成
CORS RTK 的组成包括：参考站系统，数据服务中心，数据通信系统，用户应用系统等。
参考站系统：是固定的GPS接收系统，可以布设一个或多个固定基准站。站与站之间距离可控制在60公里以内，使用数字移动通信数据链，通过无线网络（GPRS/CDMA）方式访问数据服务中心。
数据服务中心：数据服务中心包括一台上网的服务器型电脑及相关数据处理软件，负责接收、管理、分析、运算参考站和用户终端发来的数据，并发送差分信息供用户终端接收。
数据通信系统：参考站、用户终端与数据服务中心之间的通信通过无线网络（GPRS/CDMA）方式。参考站通过无线网络（GPRS/CDMA）将数据首先发送到数据服务中心，数据服务中心的数据通过无线网络（GPRS/CDMA）发送到用户应用终端。
用户应用系统：主要是包括一台或者多台带有数字移动通信数据链功能的GPS接收机，通过无线网络（GPRS/CDMA）方式将自身的实时信息发送给数据服务中心，并接收数据服务中心发送来的差分信息进行实时数据采集。
2 CORS RTK无验潮水深测量工作原理
其工作原理跟一般RTK工作原理一样，通过实时接收NBCORS差分改正信号实现水深作业的实时定位，GPS接收机处理得到的是WGS84大地坐标，通过参数转换得到所需坐标系统下的三维坐标（x,y,h），RTK测量得到的h对应水深作业实时的水位值,其高程数据被实时记录到电脑中，通过简单计算即可得到每个测量数据对应的潮位，无需内插，提高了潮位数据精度，同时省去了人工观测潮位及测设潮位站的工作量。
如下图所示，所测水深值B=S-(H-h)。在实际甬江航道测量中，波浪不会太大即不会导致船姿倾斜严重从而影响RTK高程测量精度，而RTK接收机随波浪运动，其实时测得的水位比通过人工观测的水位更具可靠性，尤其在涨潮落潮时潮位站跟测船位置水位落差大的时候RTK实时水位观测的优越性更加突出，而且RTK观测得到的水位实际上在垂直方向上对浪涌进行了一维改正，极大地减弱了波浪对测量水深的影响，更好的保证了水深测量的精度。
3 甬江航道水深测量中的应用
水深测量作业系统主要由带有接收NBCORS信号卡的GPS接收机、数字测深仪、便携式PC及相应测深HAPACK软件组成。测量作业主要通过测前准备、野外数据采集、数据后处理及成果输出来实现。
甬江航道两岸每年都要对各个码头进行大比例尺测量，附近有我公司近年来布设的多个高等级GPS点和水准点，可以作为水深作业的控制点使用。
3.1 测前准备
(1)在HYPACK软件中建立任务，设置好坐标系、投影、转换参数。
(2)按测图比例做好计划线，调入甬江岸线地形图做背景底图。
3.2 外业数据采集
（1）CORS RTK接收机初始化待有固定解后至附近的控制点进行检测，以确保该GPS接收机正常工作。检测结果符合要求后，方可进行数据采集工作。
（2）将GPS接收机、数字化测深仪和便携PC机等连接好后，打开电源。设置好记录设置、定位仪和测深仪接口、接收机数据格式、测深仪配置。把GPS天线至探头的高度填在天线高处。
（3）根据HYPACK 软件导航，沿计划线跑船，进行野外数据采集。
3.3 数据后处理
在HYPACK数据后处理软件中输入绘图水位，将水深文件中的测深仪测得的水深和GPS高程换算成基于绘图基准面的水深。然后和定位数据一起导入成图软件中编辑水下地形图并根据实际需要进行成果输出及绘图输出。
3.4 成果檢验
在甬江游航道测量项目中，同时用验潮方法测量了两段水深。通过无验潮方法测得的数据经过与之对比，水深差值基本小于0.1m。经过与传统方法的对比，证明无验潮方法是可行的，且省去了测量过程中因航道段之间潮位落差大经常换潮位站观测水位的麻烦，可以省时省力地完成了测量工作。
4 CORS RTK 与传统 RTK技术比较
1.传统的RTK技术数据采集的局限性
（1）距离与模糊度求解的相关性：当基准站与移动站的距离小于10公里，卫星、轨道、对流层、电离层等误差相关性较强， 大部分可以消除， 可到达小于2厘米级实时采集精度，但当距离大于50公里以上，误差的相关性较弱，难以求解整周模糊度，难以获取固定解，定位精度明显降低，只能达到分米级精度。
（2）电台信号通信数据链的限制性：传统RTK采用UHF和VHF电台信号作为通信数据链，传播路径是直线，并且它的衍射性能差，在本地区山区环境下，一般基准站与移动站间距离不能大于5公里，大于5公里就会出现收到卫星信号而收不到电台信号的现象。虽然目前生产的RTK设备，基准站与移动站带有数字移动通信数据链功能，但由于上述作业距离的限制，基本没有应用价值。
（3）基准站移动频繁的弊端：由于上述两种局限性，在数据采集过程中，需要不断建立基准站，但是这样，会由于仪器操作、外界环境等因素存在潜在粗差甚至错误的可能，又会由于频繁移动基准站将加大设备安全性风险和降低生产效率。
2. CORS RTK的优点
（1）GPS的有效服务范围得到了极大的扩展，实现了真正意义的单机操作。（2）采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高 了工作效率，实现了实时（全天候)数据采集。（3）使用数字移动通信数据链通信方式，通过数据服务中心完善的数据处理、监测，极大增强了作业的可靠性、精确性。（4）利用互联网技术，实现了数据的共享。
5 结语
CORS RTK应用于无验潮水深测量，无疑显示出较大的优越性，省时省力、快捷高效。在有CORS系统的城市CORS RTK技术值得推广使用，因其高效率、高精度、高可靠性和低成本的特点，必将在以后的城市测量工作中发挥更好的便利及创造更好的经济效益。
参考文献：
[1]《连续运行卫星定位综合服务系统 (CORS) 建设与应用》. 科学出版社，2009.1
[2].徐绍铨.张华海.GPS测量原理及应用.武汉:武汉大学出版社，2003.1 [3] 梁开龙.水下地形测量.北京:测绘出版社，1995