浅探GPS RTD水下地形测量中的滞后改正.doc

浅探GPSRTD水下地形测量中的滞后改正
陶本才徐卫兵
（安徽省长江河道管理局测绘院安徽芜湖241002）
摘要本文论述了GPSRTD水下地形测量的方法和过程,详细讨论了GPSRTD水下地形测量中产生滞后的原因和进行程序改正的原理、方法。
关键词GPS测量滞后滞后改正
概述
随着GPS测量技术的不断发展与成熟，GPS测量方法以经典测量方法无可比拟的优势，被频繁的应用到工程的各个领域。既进行常规的静态控制测量，又进行实时动态定位与导航，还可部分代替水准测量，进行高精度的变形监测，使数字化的测图方式变为可能，成为我院主要的测量技术手段。
水利工程测绘中，GPS测量系统配合其他设备，一般组成下述两种作业模式：
静态控制测量
经典静态测量：适用于长基线（≥20km）和高精度定位，主要用于建立工程的首级控制网或进行变形监测。
快速静态测量：适用于短基线（≤20km）观测，观测时间较短（5～10分钟），主要用于建立或加密工程的控制网。
实时差分定位测量
实时伪距差分：RealTimeDinematic，简称RTD，定位精度亚米级，系统工作距离较远（30～50km），主要用于水下地形测量，是本人单位水下地形测量的首选模式。
相位伪距差分：RealTimeKinematic，简称RTK，定位精度厘米级，但系统工作距离有限（≤15km），主要用于图根控制测量和工程放样，潮汐变化较大的水域进行无验潮法水下地形测量，较为理想。
GPSRTD水下地形测量系统的组成与工作流程
系统的组成
水下地形测量系统由岸台系统、船台系统与数字化成图系统三部分组成。其中岸台系统由GPS岸台接收机、数据发射电台、电瓶及数据发射天线组成；船台系统包括GPS船台接收机、数据接收电台、数字化测深系统、测量导航软件及电脑等设施；数字化成图系统主要为一些软件和打印设备，将采集的水下地形数据处理后，自动绘制出水下地形图并打印出图。
系统的工作流程
水下地形测量系统的工作流程一般为，首先在岸上的已知控制点上设置一台GPS接收机作为参考站(岸台)，另一台GPS接收机与测深仪、计算机连接后设置在测船上作为流动站(船台)。岸台、船台GPS接收机同步接收卫星的数据信号，参考站的电台连续不断的发射差分数据信号，而流动站电台则不断的接收参考站的差分数据信号，测量导航软件实时的解算出船上流动站的位置坐标，并同步记录测深仪测得的水深数据。采集的水下地形数据经内业检查、处理后进入数字化成图系统，自动绘制出水下地形图。
GPSRTD水下地形测量系统组成与工作流程如图1所示：

图1GPSRTD水下地形测量系统组成与工作流程
GPSRTD水下地形测量中的滞后现象
由于GPSRTD水下地形测量系统有多种仪器设备组成,因为数据链间的传输延迟、导航软件解算的延迟及不同仪器之间协调的时差影响，导致GPS定位数据和测深数据间存在时间差dt。从而造成定位坐标与水深之间的不协调,反映在水下地形图上即表现为水下等高线呈波浪状,这种情况称为滞后(或延时)现象。
一般而言，对小比例测图（如1：10000）来说，其反映并不明显。测图比例尺越大（如1：1000、1：500）,等高线的波浪状扭曲越明显,因此必须要考虑并采取程序后处理的办法来进行改正。
延时值dt的求取
要进行滞后的程序后处理改正，首先得测出延时值dt的多少。一般采用特征点差距法和等高线差距法。
特征点差距法：在测区内选取如图2（a、b）的地形，其特征点处用浮标固定位置，测船以测量时的速度（最好保证匀速航行）来回测量用浮标固定的特征点，根据往、返测量的特征点的距离差ds和平均船速ν，可求延时值dt＝ds÷（2×ν）。该方法由于特征点不易固定，实现过程中有一定的难度。

图2特征点差距法求解dt
等高线差距法：选择一个水下地形变化均匀,深泓明显的地域,设计数条（一般10～15条为宜）航线,每条航线进行往、返互测。将采集的数据导入成图软件生成水下等高线地形图（一般取数据的所有往测、所有返测和互反的两次往、返测成果，共生成4份地形图），将4份地形图两两叠合，由于滞后的影响，同一地形的相同等高线之间不能重合，它们之间呈似平行线状（所有往测、所有返测的成图叠合）和似正弦曲线状（互反的两次往、返测的成图叠合）。根据同一等高线之间的叠合差距ds和该处的往、返测量船只的平均船速ν往、ν返，可求延时值dt＝ds÷（ν往＋ν返）。
该方法用时较长，但一次可以求解出很多的延时值dt，然后按照数学中的统计理论，计算出一个较为符合实际的延时值dt。
延时值dt的正、负取值问题，一般软件关于延迟校正的说明中讲，“位置滞后水深取正值，位置超前水深取负值”。该话较难理解，好象延时值dt的正、负与测船的航向有关一样，通过我们的测量实践，并不如此。确定延时值dt的正、负的方法就是通过取+dt、-dt