JSCORS在滆湖水下地形測量中的應用

卞英春

摘要 應用JSCORS系統結合數字化測深儀進行無驗潮水下地形測量，及相對傳統RTK水下地形測量作業方法其所具備的優點進行分析。

關鍵詞 JSCORS；水下地形測量；數字化測深儀；導航

引言

高精度實時動態定位是目前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定位的主要手段之一。常規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差分定位技術。但其作業成本大，至少需兩臺GPS接收機構成基準站加流動站作業模式；流動站作業半徑較小，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。隨著生產單位對定位精度和作業效率要求的不斷提高，網絡RTK這一集成GNSS數據處理、計算機網絡、通訊技術等的實時動態定位新技術應運而生，并得到廣泛的應用。

JSCORS系統概況

江蘇省全球導航衛星連續運行參考站綜合服務系統（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建設或共享若干個GNSS連續運行參考站，在江蘇省內建立一個高精度、高時空分辨率、高效率、高覆蓋率的全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）綜合信息服務網，把GNSS這一高新技術綜合應用于大地測量、工程測量、氣象監測、地震監測、地面沉降監測、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。它是衛星導航定位技術、測繪學、氣象學、地理信息系統、計算機技術與現代通訊技術等的有機結合。

JSCORS是全國第一個覆蓋全省區域的省級網，通過在全省范圍內建設的62個連續運行參考站，建立一個高精度、高效率、高覆蓋率的全球導航衛星系統綜合信息服務網。通過相關測試，該系統快速或實時定位內符合精度水平方向優于3cm，垂直方向優于5cm；系統日可用性可以到99．79%；系統運行穩定，網內精度分布均勻，初始化時間普遍小于10秒；在動態（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）之間，為江蘇省第六大湖泊。沿湖河港縱橫，水網眾多。滆湖地區地勢平坦，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約179．5平方公里的水域，處于JSCORS系統的覆蓋范圍內，由于任務緊，面積廣，湖內風浪較大，若采用傳統的基站加流動站模式進行RTK定位、數字化測深儀測深、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網絡RTK系統代替傳統的基站加流動站RTK系統模式，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，結合數字測深儀，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據。解決了風浪、船行動態吃水對測量精度的影響，大大提高作業效率。經過實際操作證明，測量的成果精度完全符合國家規范的要求。

外業測量及精度保證

本次作業應用JSCORS系統網絡RTK技術，在固定解狀態下對環湖８個已知國家點進行連續觀測，生成坐標轉換參數，導入南方自由行軟件內；作業時將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據，即可得到所測點的水底高程。

正式進行水下作業前對環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，以驗證坐標轉換參數的準確性。經檢測，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定性可靠，完全符合《工程測量規范》中水域地形測量的誤差規定。

優點分析

風浪影響

傳統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

動態吃水誤差

船在前進過程中隨著速度的快慢會產生吃水深淺的變化，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RTK水下地形測量采用1+1模式，作業面積較大時需架設多次基準站，且隨著流動站作業距離加大，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系統則不受距離限制，且網內精度均勻，只要是坐標轉換參數做的合理，精度完全符合規范要求，提高了效率，使水下地形測量成為“一個人”的工作。

結束語

JSCORS系統的建立，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：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。