基于CORS與多波束的水下地形測量系統應用研究

任洪玉

摘 要：由集成GNSS導航、多源傳感器、數據處理模塊等構成的多波束測量系統，在海底地質調查、航道測繪等方面，極大提升了數據效率。伴隨CORS定位技術的發展，研究利用差分定位與測掃聲吶定位的方法，對優化航道一體化測繪的成果精度，具有重要的科學意義。

關鍵詞：多波束測深;CORS差分定位;水下地形采集

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.123

利用單波束、多波束、CORS技術等手段，獲取海洋底質、河流水系等地下與地表沿岸地形數據資料，對維護自然資源與水系開發的科學性至關重要，探究CORS與多波束測深聯合應用，有助于提升航道測量的數字化水平。

1 CORS差分定位的概念

多基準站差分定位服務系統（Continuously Operating Reference Systerm，CORS），即以傳統網絡RTK定位為基礎，利用有限WLAN與無線GPRS/3G/4G移動網絡，建立起覆蓋一定區域范圍的若干（N≥3）GNSS參考基準站，采用UPS不間斷供電方式，同步進行定位衛星連續觀測，構建起全天候、大區域定位服務網絡，并利用精密GNSS星歷與電離層、對流層模型解算系統誤差，削減電離層、對流層對定位測量精度的影響，提升數據觀測的精準度。

2 CORS與多波束的水下地形測量工藝流程

從CORS差分定位原理來分析，由多個連續基準站，持續跟蹤衛星觀測星歷信息，建立起區域改正模型，并通過VPN網絡來不間斷播發RTCM或CMR格式衛星差分信號，用以校正流動站終端接收機在測量過程中所包含的電離層、對流層、衛星鐘差等系統誤差，實時動態測量精度平面2cm、高程3cm;針對部分精度要求較高的工程測量項目，服務器可提供基準站靜態觀測數據進行事后差分解算，該模式可達mm級測量精度。

多波束采用超聲探測的原理，利用換能器播發聲波信號，聲波經水體底部物體反射或折射再次回到換能器，通過測定信號在水體內的往返傳播時間來解析水體深度。多波束換能器，即聲吶陣列測深掃描儀，以具備一定指向性窄波束為信號，換能器分組多以正交形式布設，瞬時獲取航向正交面水深數據來探測地形起伏狀態，完成水下定位作業;當開展河流沿岸地形測繪、航道水面定位時，可利用CORS差分定位技術，實時快速開展數據采集工作，將測量船定位設備接入CORS網絡，利用省際或地域CORS基準站差分信息，高精度獲取換能器改正后的動態三維坐標數據，且精度不受誤差傳播累積的影響，均可在CORS信號覆蓋區域內實現水上cm級定位，結合IMU慣性導航終端與多波束測掃設備開展聯合測繪。

3 基于CORS與多波束的水下地形測量系統工程應用

為探究CORS與多波束聯合作業，以某航道1：2000地形圖測繪作為工程案例進行分析。為摸清航道淤積情況確保水運安全，現對其采集水下地形信息，并與水系沿岸帶狀地形圖進行拼接，為河道清淤、航線管理提供數據支撐。

針對航道水系平均水深15m、凈空條件良好（高度角15°無遮擋）的情況，測量中采用CORS-RTK與多波束測深的方法開展，選擇水流方向作為測線方向，開角設定120°，航線重疊度20%，條帶寬設定為3.5H（H為水深）;測量船GNSS終端接入CORS系統，采用基于VRS虛擬參考定位的方式進行快速定位，并輸入布爾沙七參數（3旋轉、3平移和1尺度參數），轉換模型如下：

通過布爾沙七參數將坐標輸出成果，由WGS-84系統轉換至地方坐標系統，以便與沿岸帶狀地形空間拼接，同時CORS定位聯合多波束測深數據，實現無驗潮水下地形數據采集。

多波束測深終端自動實時將聲速改正后的數據進行存儲，經網格化處理獲取等深線圖，并可生成點云數據，當點云分布均勻且稀疏的情況下，表征水下地形相對平整，也可生產剖面數據，科學查看航道斷面信息等。工程中部分航道河段進行了傳統驗潮測繪，以對CORS與多波束測深精度進行可靠性檢驗，相關數據如表1所示（單位：m）：

4 結語

綜上所述，通過與傳統驗潮方式進行精度對比試驗，CORS-多波束聯合測量方式在水下測繪中的精度，完全達到相關指標要求，且數據標準偏差極小，測量精度收斂性與可靠性明顯優于傳統方法，作為水利工程施工、水系資源開發與保護的基礎數據來源，極大提升了海洋底質、河流水系等基礎資料的獲取效率與成果質量。

參考文獻：

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