GPS—RTK技術在航標水位系統中的應用

摘要：現階段傳統水位提取技術在水位提取上存在采樣率低、自主性差以及水位站建立不易等問題。文章結合某航道水域特點，對采用一體化遙控遙測終端RTU與GPS-RTK聯合進行水位提取的航標水位系統組成進行了實驗與分析，并在此基礎上研究了利用FIR濾波器進行水位提取的可行性，最終結合實測試驗數據對文章所述系統和關鍵算法在準確性及穩定性方面進行了驗證。

關鍵詞：航標水位系統；RTU；GPS-RTK；FFT

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0033-01

本文以廣東省某內河航道現有航標燈為硬件搭載平臺，同時結合現階段發展較為成熟的GPS-RTK測量技術設計了航標水位系統，該系統可提高水位提取的采樣率、精度以及自動化程度。

1 系統組成

航標水位系統主要由航標燈載體、GPS-RTK單元、一體化遙控遙測RTU以及數據處理中心系統組成。

1.1 GPS-RTK技術

GPS-RTK（Global Position System-Real Time Kinematic）為近年來發展起來的實時差分全球定位系統技術。該技術可以提供接收機處實時的三維位置，且其精度可以達到厘米級。

1.2 一體化遙控遙測RTU技術

RTU（Remote Terminal Unit）是一種遠端測控單元裝置，負責對現場信號、工業設備的監測和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，RTU通常要具有優良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環境，提供更多的計算功能。

1.3 中央數據處理中心

中央數據處理中心位于航道管理人員所處的室內，利用遙測遙控RTU，可以將GPS觀測的瞬時水面高傳輸至數據處理中心。

2 水位提取關鍵問題

2.1 高程基準轉換

GPS測定的是大地高，而潮位多基于海圖高或當地陸地高程系統的正常高。如何實現二者的轉換是水位準確提取的關鍵。利用沿航道較高精度的GPS水準點，即可以求解出測區高程異常值δ。

2.2 FFT水位提取技術

FFT（Fast Fourier Transform）是數字信號提取中一種典型算法。正傅里葉變化可以將瞬時水位高程從時域轉換為頻域。水位信號一般都表現為一定頻率的正弦波，在頻率域可以對水位信息進行更好的分析。通過選擇當地水位周期，以其對應的頻率作為截止頻率，就可以提取出對應頻率的信號，再通過逆變化將頻率域信號轉換至時間域。該方法既可以大大減少運算時間，在選取合適的截止頻率的情況下又可以實現有用信息的最大保留。

3 案例分析

本文采集了實際RTU與RTK數據，采用上述方法對其進行了水位提取，并將提取后得到的水位數據和測區內固定水位站數據進行了精度對比。對比結果見表1：

4 結語

航標水位系統具有測量精度高、易實現水位自動化觀測、布設簡單、經濟便捷的優點，可以較好地解決傳統航道水位觀測的弊端和不足。隨著今后測量手段及通訊技術的發展，航標水位系統將會得到大范圍的推廣。

作者簡介：林佳鑫（1984-），男，廣東惠來人，廣東省航道測繪中心助理工程師，研究方向：測繪技術。