JSCORS在滆湖水下地形測量中的應用

卞英春

摘要 應用JSCORS系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字化測深儀進行無驗潮水下地形測量，及相對傳統(tǒng)RTK水下地形測量作業(yè)方法其所具備的優(yōu)點進行分析。

關鍵詞 JSCORS；水下地形測量；數(shù)字化測深儀；導航

引言

高精度實時動態(tài)定位是目前GNSS定位技術研究的熱點。高精度實時差分定位又是高精度動態(tài)定位的主要手段之一。常規(guī)RTK是一種基于單參考站、高精度載波相位觀測值的實時動態(tài)差分定位技術。但其作業(yè)成本大，至少需兩臺GPS接收機構(gòu)成基準站加流動站作業(yè)模式；流動站作業(yè)半徑較小，隨著流動站距基準站的距離加大，會導致用戶較難獲得高精度的固定解；操作較為繁瑣。隨著生產(chǎn)單位對定位精度和作業(yè)效率要求的不斷提高，網(wǎng)絡RTK這一集成GNSS數(shù)據(jù)處理、計算機網(wǎng)絡、通訊技術等的實時動態(tài)定位新技術應運而生，并得到廣泛的應用。

JSCORS系統(tǒng)概況

江蘇省全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運行參考站綜合服務系統(tǒng)（Jiangsu Continuously Operating Reference Stations，JSCORS）項目是江蘇省測繪局"十一五"計劃的重點項目，由江蘇省測繪局和江蘇省氣象局共同投資建設。江蘇省測繪工程院負責項目的組織實施，武漢大學提供技術支持和監(jiān)理服務，徠卡公司負責相關軟硬件技術服務。項目于2006年7月正式啟動，2006年12月建成并投入運行。

JSCORS通過在全省及周邊范圍內(nèi)建設或共享若干個GNSS連續(xù)運行參考站，在江蘇省內(nèi)建立一個高精度、高時空分辨率、高效率、高覆蓋率的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）綜合信息服務網(wǎng)，把GNSS這一高新技術綜合應用于大地測量、工程測量、氣象監(jiān)測、地震監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測、精確導航等領域。同時兼顧社會公共定位服務，以滿足日益增長的城市綜合管理與城市化建設的需求。它是衛(wèi)星導航定位技術、測繪學、氣象學、地理信息系統(tǒng)、計算機技術與現(xiàn)代通訊技術等的有機結(jié)合。

JSCORS是全國第一個覆蓋全省區(qū)域的省級網(wǎng)，通過在全省范圍內(nèi)建設的62個連續(xù)運行參考站，建立一個高精度、高效率、高覆蓋率的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)綜合信息服務網(wǎng)。通過相關測試，該系統(tǒng)快速或?qū)崟r定位內(nèi)符合精度水平方向優(yōu)于3cm，垂直方向優(yōu)于5cm；系統(tǒng)日可用性可以到99．79%；系統(tǒng)運行穩(wěn)定，網(wǎng)內(nèi)精度分布均勻，初始化時間普遍小于10秒；在動態(tài)（時速80KM/H）情況下，流動站設備能夠完成初始化獲得固定解，且在閃斷之后，還能夠自動完成初始化。

JSCORS系統(tǒng)在滆湖水下地形測量中的應用

項目概況與測量技術方案設計

滆湖地處長江三角洲西緣，居武進與宜興兩市（區(qū)）之間，為江蘇省第六大湖泊。沿湖河港縱橫，水網(wǎng)眾多。滆湖地區(qū)地勢平坦，西高南低，略呈傾斜，湖水流向基本是西北進，東南出。湖面形態(tài)猶如一長茄形，南北長約23公里，最大寬度為9．5公里，平均寬度為7．2公里。滆湖湖岸形態(tài)比較圓滑整齊，湖盆呈一淺碟形，湖底十分平坦。此次測量任務為滆湖大堤堤內(nèi)約179．5平方公里的水域，處于JSCORS系統(tǒng)的覆蓋范圍內(nèi)，由于任務緊，面積廣，湖內(nèi)風浪較大，若采用傳統(tǒng)的基站加流動站模式進行RTK定位、數(shù)字化測深儀測深、水位改正方法施測，不但精度難以滿足要求，而且需架設多次基站，浪費時間和人力、物力，使工作效率大打折扣。面對困難，考慮應用JSCORS網(wǎng)絡RTK系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基站加流動站RTK系統(tǒng)模式，應用南方自由行軟件進行導航，利用JSCORS的水平精度≤5cm、垂直精度≤10cm這一技術指標，結(jié)合數(shù)字測深儀，通過筆記本電腦擴展雙串口與GPS、測深儀連接通訊接收實時數(shù)據(jù)。解決了風浪、船行動態(tài)吃水對測量精度的影響，大大提高作業(yè)效率。經(jīng)過實際操作證明，測量的成果精度完全符合國家規(guī)范的要求。

外業(yè)測量及精度保證

本次作業(yè)應用JSCORS系統(tǒng)網(wǎng)絡RTK技術，在固定解狀態(tài)下對環(huán)湖８個已知國家點進行連續(xù)觀測，生成坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，導入南方自由行軟件內(nèi)；作業(yè)時將GPS天線置于測深儀換能器同一鉛垂線上，量取天線相位中心至換能器底部的垂直距離作為天線高輸入，通過導航軟件設置信號延遲時間，使得點位坐標與水深值嚴格對應；利用事先設計好的測線進行平面導航，在固定解狀態(tài)下采集測量點位的三維坐標與水深，測量點位的H值即為換能器底部高程，減去與之對應水深數(shù)據(jù)，即可得到所測點的水底高程。

正式進行水下作業(yè)前對環(huán)湖布設的四等水準點及一級導線點進行了平面和高程的抽測，以驗證坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的準確性。經(jīng)檢測，各抽測點的觀測平面誤差≤5cm，高程≤10cm，說明用該方案測量的成果穩(wěn)定性可靠，完全符合《工程測量規(guī)范》中水域地形測量的誤差規(guī)定。

優(yōu)點分析

風浪影響

傳統(tǒng)RTK水下地形測量采用GPS定位、測深儀測深，觀測水位高程減去測量水深來獲得測量點的三維坐標。但在風浪較大狀態(tài)下，船體會隨波浪做上下浮動，水位觀測值無法代表瞬時水位，影響測量精度，如圖一所示。而直接采用JSCORS系統(tǒng)高精度的GPS三維坐標中的H值減去觀測水深的方法獲得測量點位高程則不受風浪影響。

圖一

動態(tài)吃水誤差

船在前進過程中隨著速度的快慢會產(chǎn)生吃水深淺的變化，采用水位改正的老方法必須考慮這一誤差來源，但在操作中又很難確定具體改正值。而用JSCORS系統(tǒng)GPS三維坐標觀測值則無需考慮這一因素影響。

效率性與準確性

傳統(tǒng)RTK水下地形測量采用1+1模式，作業(yè)面積較大時需架設多次基準站，且隨著流動站作業(yè)距離加大，會造成初始化時間變長較難獲得固定解，且定位精度衰減；采用JSCORS系統(tǒng)則不受距離限制，且網(wǎng)內(nèi)精度均勻，只要是坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)做的合理，精度完全符合規(guī)范要求，提高了效率，使水下地形測量成為“一個人”的工作。

結(jié)束語

JSCORS系統(tǒng)的建立，憑借其出色的技術指標，為大面積水域水下地形測量提供了方便，提高了測量精度，減少了相關誤差源的影響，極大節(jié)約了測量單位的人力、物力和財力，提高了工作效率。

參考文獻

徐紹銓等.GPS測量原理及應用.武漢測繪科技大學出版社，1998

梁開龍.水下地形測量.測繪出版社，1995

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。