RTK无验潮测量与有验潮测量的比较c.doc

RTK无验潮测量与有验潮测量的比较以岱山跨海大桥工可阶段水文专题固定断面测量为例陈尚州 王灵锋（浙江省河海测绘院 杭州310008）摘要：在岱山跨海大桥工可阶段的固定断面测量中，通过RTK无验潮测量与有验潮测量的比较，给出两种测量方法的差异性，印证RTK无验潮测量的可靠性和优越性。关键词：岱山跨海大桥；固定断面测量；RTK；无验潮测量；有验潮测量。1 引言舟山大陆连岛工程(三期)为岱山跨海大桥，工程南起舟山本岛北部，跨海后与岱山岛连接。工程可行性研究中初步拟定了二个桥位，简称“西线方案”和“东线方案”。西线方案又称马目桥位，它南起舟山本岛的马目山，下跨灰鳖洋水域，于岱山岛西侧的双合山登陆，全线长约17km。东线方案又称秀山桥位，它南起舟山本岛的龙王跳咀，跨灌门水道、连秀山岛，跨龟山水道、连官山岛，最后到达岱山岛，工程全线长约15km。舟山大陆连岛工程(三期)岱山跨海大桥工可阶段专题之四为固定断面测量，通过对工程海域1年4次的固定断面测量，为相关专题研究积累固定断面基础资料。工程区域共布置11条固定断面测线,总长161.6km，固定断面测线起讫点坐标在2007年1月第一次测量时在原计划的基础上确定下来，以后测次都相同。本项目的固定断面测量拟采用RTK无验潮模式实施，为了解在长距离大范围水域采用RTK无验潮模式测量的可靠性，在2007年1月第一次测量时我们进行了RTK无验潮测量与有验潮测量两种方法的比较，工程位置见图1。图1 工程位置、潮位站布置及GPS控制网示意图2 RTK无验潮测量随着GPS RTK技术的日益成熟,能够在动态环境下,获得cm级甚至mm级的水平定位精度和cm级的高程定位精度。本项目的固定断面测量采用RTK无验潮模式实施，根据固定断面分布情况布设控制网，进行GPS控制测量，GPS控制网见图1。GPS RTK采集的定位坐标数据是WGS84坐标，无验潮固定断面测量时需求取定位坐标转换参数，转换参数质量的好坏直接影响RTK的测量精度。每天测深开始前，首先用声速计测量当天水中声速，然后将声速参数输入测深仪，测深仪工作时自动改正水温、盐度对水深测量值的影响。精确量取换能器杆总长与杆顶至水面的距离来算出测深仪吃水深度与GPS天线高，见GPS天线高与测深仪吃水量测示意图。施测时，利用GPS控制点成果，在GPS RTK手薄中进行点校正，将基准站架设在离测区近的控制点上，用GPS RTK手薄启动基准站。将转换参数输入计算机的海洋测绘导航软件中。把测深仪接口及定位系统接口同时连接计算机，实现同步定位、测深。在基准站和流动站上设置相应的测量模式及参数，流动站接收机根据基准站电台实时传送的Trimble GGK数据链，实时地求解出厘米级的流动站三维坐标。为了确保测深点的平面位置与该点测深同步，GPS的接收天线安装在测深仪换能器的同一铅垂线上方，只要精确设置流动站天线高，就可以实时地测量潮位。RTK无验潮水下地形测量原理如下图为了保证定位精度，无验潮测量时，测量软件中记录限制设置为RTK固定,即定位精度在海测软件中显示“RTK固定”状态，流动站GPS接收机初始化成功(固定)后才可进行数据采集纪录。同时要注意将利用转换参数测量的测点三维坐标(RTK无验潮成果)与GPS RTK手薄中点校正测量的测点三维坐标进行比较，确保各种设置正确。启动海洋测量软件进入测量状态，设置测点间距，调出要测量的固定断面号，使测船进入需要测量的断面位置，按指定的测点间距进行测点定位和测深，并根据软件的偏航显示数据，随时修正测船的航向，使测船始终沿着断面线方向航行，按同样的方法施测所有断面。无验潮技术进行固定断面水下地形测量时，利用下面的公式计算测点海底高程：测点海底高程=1985国家高程基准潮位-水深(测深仪测量)；1985国家高程基准潮位=GPS天线高程-天线偏差常数(天线中心至水面距离)。3 有验潮测量有验潮测量是利用GPS测定测点的平面位置,利用测深仪测定测点的水深,得到测点的瞬时潮位数据,就可以获得测点的高程。岱山跨海大桥工可阶段水文专题固定断面测量的测点瞬时潮位数据运用三角分带解释法获得。本项目在测区共布置了6个潮位站，布置见图1。有验潮水下地形测量的数据计算处理按以下步骤进行：3.1 断面水深测点的消浪处理针对测区海域的波浪特点，根据波浪对测量水深的影响专门编写了消浪软件对水深点进行消浪处理,见图4.1海底高程计算比较图；各测船采集的测点平面位置和水深文件，都与记录簿与测深仪纸进行校对处理。最后将水深文件编制成潮位改正计算格式文件。3.2 潮位资料整理潮位资料的整理在水下地形测量中非常重要，在实际工作中按以下步骤来进行：(1)将测深期间的观测潮位按考证的基面关系统一换算成1985国家高程基准潮位，绘制同步潮位过程线图，进行合理性审查，见图3.2。对个别因风浪影响的跳点进行合理性修正。由图3.2可知，测区海域各潮位站的各项潮汐特征均比较接近，因此有利于对测区测点潮位的正确计算。图3.2 同步潮位过程线示意图(2)编制成潮位观测报表，求出各潮位站测深期间同步平均潮位进行对比，审查是否合理。(3)将1985国家高程基准潮位，编制成潮位计算格式文件。3.3潮位改正计算我们在本项目测区海域布置的潮位站已能够有效的控制潮汐变化。由采用三角分带解析法求解测点潮位数据及对经过处理的测点水深数据，计算出测点的海底高程。计算工作由本院专用软件完成,计算结果示例见表3.3。表3.3 潮位改正计算结果示例表 单位:m断面号:G05N施测日期:1月14日采潮位站:大渔山 马目 西山咀序号时间XY水深大渔山潮位马目潮位西山咀潮位测点潮位测点 高程33213143352297.541403637.38.52-0.32-0.26-0.17-0.25-8.7733313143352313.741403647.48.48-0.32-0.26-0.17-0.25-8.7333413153352329.941403658.58.43-0.32-0.26-0.17-0.25-8.6833513153352345.941403670.08.39-0.32-0.26-0.17-0.25-8.6433613153352361.741403681.38.35-0.32-0.26-0.17-0.25-8.6033713153352377.741403692.18.33-0.32-0.26-0.17-0.25-8.5833813153352394.141403702.88.29-0.32-0.26-0.17-0.25-8.5433913153352410.841403713.18.27-0.32-0.26-0.17-0.25-8.5234013153352427.541403723.68.25-0.32-0.26-0.17-0.25-8.5034113153352443.641403733.58.21-0.32-0.26-0.17-0.25-8.4634213153352460.841403742.88.20-0.32-0.26-0.17-0.25-8.4534313163352477.941403751.88.17-0.33-0.27-0.17-0.25-8.4234413163352495.141403760.68.14-0.33-0.27-0.17-0.25-8.3934513163352511.741403770.58.12-0.33-0.27-0.17-0.25-8.3734613163352528.441403781.08.08-0.33-0.27-0.17-0.25-8.334 RTK无验潮测量与有验潮测量的比较分析本次比较分析的蓝本为固定断面测量2007年1月测次的成果资料。图4.1 海底高程计算比较图4.1 海底高程计算比较-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.0RTK测点实时潮位有验潮测点潮位-9.0-8.8-8.6-8.4-8.2-8.011900120001210012200123001240012500起点距（米）RTK测点海河底高程有验潮测点海底高程从图4.1 海底高程计算比较图中可以看出,RTK无验潮测量可以动态的消除测船动吃水与波浪等综合因素对计算测点海底高程精度的影响，有验潮测量水深测点的消浪效果直接影响海底高程计算的精度。4.2 测点高程比对统计为了检验RTK无验潮测量的可靠性与精度情况，以有验潮计算测点高程为基准，我们对G04、G05、G06、GO7断面的部分测点RTK无验潮测点高程与有验潮计算测点高程进行比对统计，并且根据RTK测点离基站距离的远近也进行分别比较，以期发现一些RTK无验潮测量的精度与测点离基站距离远近的关系，见表4.2(1)和表4.2(2)。表4.2(1) RTK无验潮测点高程与有验潮计算测点高程比对统计表参加统计点距离基站5000米内的比对结果0.05(m)0.050.15(m)0.150.20(m)0.2(m)点数占%点数占%点数占%点数占%60864.530632.5252.730.3经检测942点，其差值0.20m为939 点，占总比对点 99.7参加统计点距离基站50008000米内的比对结果0.05(m)0.050.15(m)0.150.20(m)0.2(m)点数占%点数占%点数占%点数占%104269.143829221.560.4经检测 1508点，其差值0.20m为1502点，占总比对点 99.6参加统计点距离基站800010000米内的比对结果0.05(m)0.050.15(m)0.150.20(m)0.2(m)点数占%点数占%点数占%点数占%42466.419330.2182.840.6经检测 639点，其差值0.20m为635 点，占总比对点 99.4参加统计点距离基站10000米以上的比对结果0.05(m)0.050.15(m)0.150.20(m)0.2(m)点数占%点数占%点数占%点数占%8145.39050.3 63.421.1经检测 179点，其差值0.20m为177 点，占总比对点 98.9参加统计点总的比对结果0.05(m)0.050.15(m)0.150.20(m)0.2(m)点数占%点数占%点数占%点数占%215565.9102731.4712.2150.5经检测 3268点，其差值0.20m为3252 点，占总比对点 99.5表4.2(2) RTK无验潮测点高程与有验潮计算测点高程比对分距离偏差统计表单位：m项目分级测点数算术平均值绝对值平均中误差5000内测点942-0.0030.0510.0685000-8000测点15080.0070.0450.0588000-10000测点6390.0260.0490.06210000以上测点1790.0640.0670.077总测点统计32680.0110.0490.0634.3精度评价从表4.2(1)中总的比对结果来看，RTK无验潮测量与有验潮测量比对，测点的海底高程偏差小于0.20m的比率占99.5，小于0.15m的比率占97.3，两种测量方法有较好的吻合度。RTK无验潮测量的方法是可靠的。应该指出，有验潮测量水深测点的消浪效果、潮位资料的处理及潮位的改正计算都会影响吻合度。以有验潮计算测点高程为基准，从表4.2(2) 中可以看出RTK无验潮测点偏差中误差在0.06m左右,有较好的测量精度,从偏差算术平均值来看，RTK无验潮测量时，测点离基准站超过8km后，测点离基准站越远，偏差逐渐增大,所以RTK无验潮测量时应将基准站架设在离测区近的控制点上。5结论1） 在近海水下地形测量时，RTK无验潮测量的方法是可靠的。2） RTK无验潮测量方法，利用GPS RTK与数字测深