引言
GNSS无验潮技术在海洋测绘中能提高测绘的准确性,利于全面推进海洋测绘工作开展,作为技术人员,要结合有效的技术应用方式,科学地开展实践分析,以此总结更加有效的应用对策,以全面推进GNSS无验潮技术发展。
1 GNSS无验潮技术在海洋测绘中的应用原理
当下,在测量海底地形和海道时,测量人员需要使用水测量技术,这项技术能够为海洋工程的发展提供服务。使用频率最高的水测量技术是人工验潮和无验潮两种深测量技术。与无验潮技术相比,人工验潮水深测量技术的工作效率较低,且会导致大量的人力物力财力损耗,同时还容易受到多种因素的干扰;除此之外,在构建潮汐模型时,由于验潮站数量的限制,模型的构建工作往往会面临诸多阻碍。因此这项技术已经逐步被淘汰。
在GNSS技术迅速发展的背景下,无验潮水深测量技术的应用范围逐渐拓展。与其他技术如GPS、CORS和RTK相比,GNSS技术具有明显的优势。这种技术能够准确定位潮水,并且给出深测量的精确数值,从而帮助测量人员构建与实际情况相符的水下模型。近年来,有学者对GNSS技术的测量精度和误差进行了实验分析,其研究的观测指标主要包括姿态改正、定位精度、时间延迟和船舶姿态等等,这一研究成果能够为GNSS技术未来更加广泛的应用及技术本身的优化提供参考[1]。
与传统的人工验潮水深测量技术相比,无验潮水深测量技术能够将诸如GNSS、INS、SB/MB以及数据采集的相关软件等软件或者传感装置集中起来。这项技术的工作原理即借助GNSS技术和测深仪,将附近水准点的深度进行测定,并且判断其基准面和大地高,进而将所测得的数据录入相应的数据分析设备,使其借助比例转换等获得海底高程的相关数据。具体而言,需要进行比例转化的数据来源于INS、GNSS、RTK、PPP、PPK等技术,并且这些数据应当与单或多波束的测探技术相结合。实现数据转换的基础是海上似大地水准面为已知数据,或者测量区域的面积符合直接判定高程的要求,以及深度基准面海域。观测信息的获取来自GNSS瞬时椭球高、姿态传感器顺势姿态以及测深仪测量的瞬时水深数据。改正数据需要参考瞬时水深和其他姿态信息,从而明确高程的具体数值,进而借助这一数值明确垂直基准,从而实现水深数据的科学转换。
2RTK、PPK、PPP技术原理与特点
2.1 RTK技术
RTK(Real-time kinematic,实时动态)载波相位差分技术,以其实时定位、实时显示、精度高、作业快的特点被应用到海洋测绘领域。大大减少了测量人员的劳动强度,自动化程度高,省工省时,精度高,全天候,提高了工作效率,使工程变得更经济。
2.2 PPK技术
PPK(post processed kinematic)技术,即动态后处理技术,其作用距离不受数据传输的约束,可以达到50~80 km,相对于GPS RTK无验潮水深测量、潮位推算技术等远距离潮位控制方法,具有精度高、可靠、现势性好等优势,在超长航道的水位控制方面具有较高的推广价值。
2.3 PPP技术
PPP(precise point positioning),即精密单点定位技术,该技术能够仅利用单台接收机实现高精度定位,具有不受测点到基准站距离限制等优势,结合多系统联合定位能够充分利用各系统的卫星,增强定位的可靠性。
3 GNSS无验潮技术在海洋测绘中的应用措施
3.1工作流程及关键技术点
在具体应用GNSS无验潮技术进行海洋测绘的过程中,应当首先关注工作流程和关键的技术点。测前准备是第一个步骤,其中涵盖建立测区控制系统、参数求算的转换、布设测线。第二个步骤使外业数据采集,其中的详细步骤包括布置基站和GNSS接收仪,以及测探仪的布置与连接等等。最后一个步骤是数据后处理。在这个环节中,测量人员借助计算机软件对坐标数据和垂直基准数据进行转换,最终得出水深的精确数据。
为进一步提升数据的准确性,应当对现有的GNSS技术的精确度加以提升。在进行海洋测绘工作室,潮汐或波浪等都会对测绘的结果产生影响。因此,换能器得出的数据不能直接当成水深的精确数值,而应当对其进行归算改正,并且借助精度较高的垂直基准模型对其进行基准数据转换,才能最终得出以某一水深为标准的相对水深数值。
3.2水深测量的误差分析
使用测探仪所得出的深度Hs并不能直接作为精确数值,而应当对其进行校正。用于校正的数据包括海水声速改正ΔHv、换能器动态吃水改正ΔHA以及潮汐改正ΔHw等。四者之间的具体换算关系如下[2]:
对水下声速的准确测量有助于获得更加精准的深度数据。而在水下声速的测量过程中,多种因素都会对测量结果造成干扰,并且现有的公式无法直接计算得出这一数据。因此,水下声速数据的获得只能够间接借助经验数据,并且参考大量的资料,形成数学模型(C即声速,单位是米/秒;T是水温;S是水体的无机盐含量;d代表水深;本公式仅适用于水深位于0-1km之间的情况):
借助上述公式,可以判断水深与水体的含盐量以及水温呈现曲线关系,在进行实际海洋测绘工作时,最常使用的水中声速计算公式如下:
3.3数据获取与处理
在这个实验中,船舶前1/3处安装了验测深仪换能器,从而能够有效避免因螺旋桨工作而产生的噪声对水深测量数值的影响。同时,将测线航偏距控制在10米之内。借助Hypack软件完成数据的采集及计算机分析工作,这一软件能够将地图呈现出来,并且对其中的指标进行测量,同时还能够对船舶的位置与水深的变化进行动态追踪,此外还能及时修改之诸如导航参数、船舶航向以及打标方向等数据。这一软件同时还为数据处理提供了单波束编辑器,其读取的水深原始数据能够以图表窗口的形式展示出来,同时,水深改正数据以及RTK潮位改正数据也能够借助单波束编辑器进行显示。去噪是水深数据后期处理中最重要的一项工作,其可以借助Hypack软件的自动滤波处理来完成。去噪后的数据即海底高程的数值。Hypack软件的向量方向是从海平面向下,因此应当选择负输出的模式进行数据导出[3]。
3.3.1数据后处理
数据的后处理需要借助数据处理软件完成,处理的原始数据主要是原始水深测量数值。无验潮方式需要借助GPS高程进行数据后处理,因此应当尽量准确判读GPS天线相位中心和测探仪换能器之间的垂直距离[4]。
3.3.2数据校核
数据校核应当使海上与岸边同步进行,即将临时水尺设置在岸边;在海上RTK无验潮水深测量的同时,在岸边进行数据的记录。所获取的数据应当与无验潮水深度进行比照,从而判断数据的可信度。为避免其他因素的干扰,获取同一组水深数据时的时间节点应当一致,并且按照相应的要求控制数据的精确度。
结束语:
总之,通过以上分析,结合GNSS无验潮技术应用方向,总结了几点应用措施,希望分析能进一步提高应用能力,从而为海洋测绘工作全面开展提供有效的技术保证。
参考文献:
[1]雷利元,赵东洋,尤广然,吴英超,孔重人.基于LNCORS的无验潮水深测量[J].工程勘察,2019,47(12):50-52+68.
[2]江林,陈振宇,胡云朋,董迪,粱湛,刘晃.基于EGM模型的多波束无验潮测深技术应用[J].海洋技术学报,2019,38(05):104-108.
[3]冀念芬,王成志.GPS-RTK无验潮技术在围海工程水深测量中的应用[J].四川水泥,2019(07):117.
[4]崔坤生,曹正伟,宋晓蛟,左利钦.RTK无验潮水深测量误差分析及控制方法[J].测绘地理信息,2019,44(03):38-41.