基于差分GPS水深测量系统的航道普查运用

刘敏

摘 要：差分GPS水深测量系统在航道普查中的运用具有一定特殊性，属于当前科学技术发展条件下的新的探索。本文基于该系统的硬件组成及基本定位原理加以分析，简要探讨该系统运用于航道普查中的作业流程及注意事项，仅供相关人员参考。

关键词：差分GPS；水深测量系统；航道普查；运用

随着现代科学技术的不断发展完善，GPS技术以其自身低成本、全球性等优势，受到各领域的高度重视，GPS渗透到社会生活的各个方面。随着差分GPS定位模式的形成，差分GPS水深测量系统在交通运输领域内得到广泛应用。为全面提高航道普查工作效率，本文基于差分GPS水深测量系统开展新的尝试，以确保该系统的实际应用价值得到更大程度的发挥。

1 差分GPS水深测量系统概述

1.1 系统组成

差分GPS水深测量系统以便携式计算机、GPS信标机、数字化测深仪以及电源作为其组成部分，具体结构如图1所示。

基于图1可知，在差分GPS水深测量系统中，便捷式计算机以PC扩展卡为主要介质，扩展为2个COM口，实现测深仪和GPS信标机的有序联结，并制作专用电源线，以保证系统运行的稳定性。该系统运行过程中以GPS信标机作为核心部件，在对GPS测距信号进行精准接收的同时，能够对沿海信标台的差分GPS信号进行准确定位和规范接收。数字化测深仪在实际应用中可将侧身精度控制在0.1m左右。电瓶电源的供电操作主要依据逆变器来实现，从而为差分GPS水深测量系统的安全运行提供可靠的电源服务。

1.2 工作原理

就差分GPS水深测量系统运行情况来看，其通过1台GPS信标机即可实现亚米级定位，能够准确获取来自交通部GPS共用信标台站的差分信号，实际作用距离可达到300m。该系统运行过程中以差分GPS定位技术为基本原理，在不同的信息发送方式下，差分GPS定位主包含四种不同形式，分别是位置差分、伪距差分、相位平滑伪距差分和载波相位差分。伪距差分在系统运行过程中能够基础直接改正数获取较高精度的数据，即便是在未得到改正数的孔隙内也能够保证定位的精准度，最大程度上满足RTCM-104的具体标准。在差分GPS水深测量系统运行过程中，用户站接收4颗卫星后即可针对基准站卫星改正数开展改正操作，由此可知在差分GPS水深测量系统运行条件下，用户站通过具备差分功能的简易接收机即可完成相关操作。

当前科学技术不断发展进步，基准站与用户站之间的距离也明显加大，此种情况下系统误差也呈现一定程度的增加，并具有无法消除的特性。因此在差分GPS水深测量系统运行过程中，基准站与用户站之间的距离是影响伪距差分精度的重要因素。为保证差分GPS服务的有效性，应当结合实际情况建立一定数量的基准站和主站，促进差分GPS网的形成。在该系统运行过程中，主差分主要负责接收差分GPS信号，这些信号主要来自于各个监测站。在对差分GPS信号进行准确接收后，将其组合为有效差分GPS改正电文，以卫星通信线路或无线电数据链将其传送至用户站，促进扩展差分GPS的实现，从而保证差分GPS水深测量系统的实际应用价值得到最大程度的发挥。

扩展差分GPS是基于GPS观测量误差源的有效区分来实现的，在单独对误差进行模型化处理的基础上，对误差源数值进行精准计算，以数据链作为传输媒介，将所计算的数值传送至用户站，从而对用户站的GPS定位误差进行有效改正。通过研究分析可知，差分GPS水深测量系统在航道普查中的合理应用，能够在一定程度上提高GPS定位精准度，在扩大差分GPS有效工作范围的同时，切实提高了整体工作效率。

2 差分GPS水深测量系统应用于航道普查中的外业工作流程

差分GPS水深测量系统工作原理比较复杂，但在航道普查中的应用则相对简单，以下就其外业工作流程开展具体分析：首先，应当做好系统调试工作。就航道普查工作的具体情况来看，整个系统主要包含4个部分和7根电缆线，依照相关标准进行系统连接，将测深杆固定后，确保GPS天线在测深杆的正上方位置，必要情况下应当进行调整，从而确保差分GPS水深测量系统运行的可靠性。该系统连接情况见图1。在系统调试过程中，相关工作人员应当在外业采集软件的作用下，准确把握系统运行状态，利用测深杆获得实测水深数值，并与测深仪测得水深相对比，基于声速加以适当调整以保证水深的一致性，基于可靠的系统调试工作为航道普查后续相关操作提供极大便利。其次应当确定区域坐标转换参数。为确保差分GPS水深测量系统在巷道普查中能够得到高效运用，提高整体工作效率，应当在系统调试的基础上，明确区域坐标转换参数。在外业实测之前，在3个四等以上的坐标系统起算点上安置GPS接收机，进行5min精准观测，从而确保获得精准的系统转换参数，促进巷道普查工作的顺利高效开展。第三，读取水尺制作及水位。水位测量是水深测量不可缺少的数据，因此从现有水文站上（或设临时水尺）获取观测期间的水位数据，以便对测得的水深进行一定的改正。第四，纵断面测量。对于等级航道的外业普查可分2步进行。第一步沿航道中心线测量航道的纵断面，第二步对选定的河床区域进行横断面测量并对跨河和临河建筑物进行较为详细的调查。当一条航道纵断面测量完成后，可将其数据记录文件调入相应的成图处理文件，在经过适当的编辑处理之后，即可计算整条线路的里程、各弯道处的曲率半径和偏角、枢纽的起终点里程、主要跨河建筑物和航标位置坐标及里程等普查参数。第五，横断面测定。纵断面测量结束后，将水深测定文件经过吃水、水位等改正并进行数据编辑之后调入平面图，便形成纵断面图。此时可清楚看出每一航段的水深情况，因而可确定横断面的测定区域。在横断面测量之前，可在让算机上设定好3～5条横断面测量设计线，测线间隔为40m。具体测量时可用GPS水深测量系统进行，测深点间隔为2m。第六，外业数据的处理。在外业采集的航迹图上量算航道里程、航道宽度、航道水深、弯曲半径、跨河及临河建筑物的位置及相关数据。并按照普查办制定的相关表格对各航段进行填表和数据录入，最后形成可供调用的电子表格。

3 系统评价和注意事项

实践表明，差分GPS水深测量系统的引入，摒弃了传统的测绳加测深杆的方法，极大地提高了劳动生产力，同时也为后续航道改造和整治打下了良好的技术基础。

数字测深仪的稳定工作至关重要，每天工作前都应通过调整换能器的吃水改正和声速改正使测量值尽量接近测深杆的实测值。标机在工作过程中应设置成自动寻找信标台站。若精度要求不高（小于10m）时，信标机还可设置成“无差分也记录”功能。电源的有效供电对提高系统的作业效率十分重要，因此在工作过程中不仅要为系统配备一个高性能的蓄电池，而且还应配备一个备用电池，以确保系统的正常工作。

4 结论

就差分GPS水深测量系统在巷道普查中的应用情况来看，系统运行稳定性较高，发挥了现代高科技应有的作用，极大地提高了劳动生产率。

参考文献

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