GPS-RTK无验潮和验潮数据成果比对分析

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摘要：传统水下地形测量一般采用人工验潮或者自动验潮仪来获得潮位信息。然而当测量区域较大，而水尺又无法固定，或者超过了水尺控制的作用距离，都不能获得准确的潮位信息。为了解决这一难题，可采用载波相位差分技术（RTK）获得实时潮位，这就是利用GPS-RTK实施水下地形测绘的无验潮方法。

关键词：GPSRTK无验潮验潮

1工程简介

巴基斯坦卡西姆发电厂港池与航道疏浚吹填工程是卡西姆港燃煤应急电站项目的配套工程，该项目被列为“中巴经济走廊”的首批项目。项目位于红树林内部区域，航道两侧都有红树林保护，航道面基本不受风浪、流的影响，只受到涨落潮影响。航道没有足够的开放水域，巨浪很难发展。船只航道不受明显的波浪诱导运动，轻量级航运系统扰动由当地风暴和过往的船只引起。本次试验在该项目的港池中进行。

2无验潮技术原理

图1水下地形测绘及设备示意图

GPSRTK无验潮水下地形测量的基本思想是利用GPS-RTK测量获得的瞬时三维坐标，结合GPS天线在船体坐标系VFS下的坐标，水面相对于vfs原点的垂直距离，获得瞬时水面的高程。采用GPSrtk工作模式，开始测量前架好基准站，设置好坐标及电台数据链等，使流动站可以顺利接受到差分信号。

如图1所示，GPS接收机到水面的高度为H0，探头吃水为H1，T1时刻探头测得的水底a点的深度值为h。通过在GPS中正确设置H0、H1，可以直接得到瞬时水面高程A及瞬时水面A至水底a点的距离。由此可以得到，水底a点的高程=A-（H1+h），这种测绘方法集潮位与水深测绘于一身，直接获得底的高程。采用这种方法确定的水位基准高程精度较高，并较好的消除了波浪、潮汐、水位落差等因素对水底高程的影响，大大提高了工作效率。

3海上试验及分析比对

表1

试验位置选在巴基斯坦卡西姆港港池内，该港潮位为全日潮，涌浪较小，采用传统人工验潮和GPS-RTK同步验潮的方法。首先调试GPS基站，测量船作为流动站接受差分信号，调试测深仪和流动站至正常，输入正确的天线高和测深仪吃水；然后按照规范布设测线和海上作业。将采集记录的测量数据分别按无验潮模式和传统人工潮位模式进行处理，对两种模式所得的数据进行比对分析，其部分同名点比对见表1

潮位比对中误差：

±0.114m

其总数据统计分析见表2

表2

部分无验潮和人工潮位数据同步曲线图见图2

图2

由无验潮和人工验潮的折线图可以看出在开始的一段时间（10：24-10：45）时间段内，RTK潮位和人工潮位差值较大，其原因可能是涌浪较大，测量船左右摇晃，导致横摇值偏大，但对测深结果没有影响。水深数据采用HYPACK处理软件进行打假，潮位更新率设置的特别快，在船只左右摇晃的时候可对波浪进行补偿，打假处理界面见图3

图3

下面灰色线条为原始测深数据（含波浪），上面红色线条为经过处理用RTK无验潮测得的水深，基本平滑，能反映出水底地形，在折线图图2上看到的无验潮和人工验潮差值较大就是这个原因。

4无验潮技术的优势及缺点

（一）在实际应用经验中的优点：

（1）进行全天候作业，不受昼夜影响，提高作业效率。

（2）有效的消除了动吃水以及波浪上下等因素影响。

（3）避免了由于潮位观测带来的水位误差改正，可得到即时水位。

（4）无需人工或自动验潮仪验潮，节约成本。

（5）大大提高了工作效率。

（二）在实际应用经验中的缺点：

（1）RTK高程测量的综合误差。

（2）测深仪器自身精度及换能器安装导致的误差。

（3）无法进行深度基准面的推算。

（4）作业受到距离和区域的限制，主要由于数据链的作用距离。

5总结

通过无验潮和验潮数据的对比，无验潮水深测量完全可以满足探测海底地形图的要求，满足规范要求；并且大大提高了工作效率，减少人员的投入，降低了施工成本。但由于RTK的局限性，还是不能满足大范围的区域测量，需要进一步的做研究以满足大范围的水深测量。

参考文献：

[1]徐义超《GPS-RTK无验潮和验潮的数据成果比对分析》现代商贸工业2014年第14期

[2]陈奇周淑波《GPS-RTK无验潮技术在水下地形测量中的应用》石家庄铁路职业技术学院学报2011年第10卷第3期

[3]中华人民共和国《海道测量规范》GB12327-1998