北斗RTK 技術在峽谷河段表面流速流向觀測中的應用

孫遜，黃涌，江玉明，王勇

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002）

北斗RTK 是基于北斗衛星導航系統的RTK 技術，利用載波相位觀測值進行實時動態相對定位，可視衛星多，衛星高度角大；能兼容其他3 大定位系統，并可自由切換，保證高標準定位精度。北斗RTK 可以接受GPS、GLONASS、BDS 等導航衛星信號，且“北斗”特有的IGSO 衛星設計，對中國區域進行了局部增強，在我國領土范圍內理論上不會存在必然的信號盲區，比GPS-RTK 具有更好的信號接收能力，在山林、峽谷、樓房密集地區也可得到固定解。

本文采用北斗RTK的方法進行表面流速流向觀測，在三峽——葛洲壩兩壩間蓮沱、石牌河段進行了測試，結果表明北斗網絡RTK 在峽谷河段進行表面流速流向觀測具有可行性，該方法也提高了觀測成果的整體質量。

1 表面流速流向觀測

1.1 技術發展

我單位一直致力于表面流速流向觀測技術上的創新和發展，經歷了經緯儀交會法、全站儀自動跟蹤法、GPS 定位法三個階段，與之對應的浮標也在不斷改進[1]。GPS 定位法雖然是一種直接便利的測量方法，但它有一個核心缺陷，高度依賴于GPS 全球定位系統。

在平原地區，GPS 全球定位系統的信號基本可以做到全覆蓋，但在我單位的轄區內，特別是三峽大壩至葛洲壩兩壩間的航道流域內基本是高山林立，GPS 信號的覆蓋率并不理想。石牌至南津關流域，航道寬度較窄，且航道兩側有高達數百米的高山阻擋，形成了峽谷河段。在此區域內使用GPS 直接測量法往往效果一般，需要多次重復測量，在星況不佳的情況下有時甚至無法完成測量，同時，由于三峽大壩至葛洲壩區域各類雷達站、通訊站數量較多，電磁波之間的互相干擾也會導致GPS信號不佳，因此GPS 直接測量法在某些情況下也是無法完成測量工作的。為應對這類情況，全站儀自動跟蹤法作為保留方案依然在具體的生產工作中發揮作用。在我國北斗定位系統完成組網的現今，改變對GPS 全球定位系統的單一依賴，采用北斗方法進行表面流速流向觀測非常有必要，克服現有航道表面流速流向測量技術短板，解決傳統GPS 在三峽-葛洲壩兩壩間水域峽谷河段數據易丟失等問題。

1.2 流動站模式測試

本次測試的重點是流動站單北斗模式網絡RTK 空間可用性測試，測試區域為三峽-葛洲壩兩壩間蓮沱至東娃子河段水域，測試區域航道寬度一般不超過500 米，兩岸均有數百米的高山，屬于較為典型的峽谷河段。

在測量船進行連續定位，以連續地形測量模式，按1 秒采樣率連續采集。船速10—20km/h，記錄數據，得到的RTK 數據軌跡（圖1）。

圖1 北斗網絡RTK 軌跡圖

空間可用性可認為是用戶能夠得到RTK 固定解的區域范圍。對測試數據解狀態進行統計分析。解狀態有：單點解、浮點解和固定解。統計其中數據固定解狀態的固定率（表1）。

表1 空間可用性測試點定位解狀態統計表

從表1 可以看出，在測試河段，流動站單北斗模式網絡RTK 固定率可達到98%，滿足表面流速流向觀測要求。

1.3 表面流速流向觀測

首先根據河段特點布設計劃線。計劃線布設合理，則節省時間、提高效率。計劃線起始距離不宜過長，河段彎曲處宜設為計劃線起點或終點[2]。圖2 為測區計劃線位置圖，分四段進行，每段4 條測線。

圖2 測區計劃線位置圖

基于北斗RTK 技術進行表面流速流向觀測，該方法通過CORS 測量基準站，利用4G 移動網絡，通過對浮標的實時動態高精度定位進行流速流向測量。

觀測系統由測量浮標、GNSS 接收機、控制手簿、CORS 基準站、服務器、監測客戶端共7 部分組成。基準站按規定的采樣率進行連續觀測，并通過數據通信鏈實時將觀測資料傳送給數據處理中心。網絡RTK 系統的流動用戶端通過接收播發的網絡RTK 差分改正數，實現高精度定位。監測客戶端管理系統軟件可以從監測服務器上下載CORS 基準站的GNSS 原始數據，加上浮標上的流動站的數據，事后解算出更高精度的定位成果。監測客戶端可以在生成出的流速流向軌跡圖上直接修改，并可以生成對應流速流向成果圖（圖3），導出DWG 格式文件[3]。

圖3 測區表面流速流向成果圖

2 結果與討論

本次蓮沱至東娃子河河段表面流速流向測量采用網絡RTK 的方式施測，共測兩個測次（表2），對應流量級分別為30000m3/s 和35000m3/s。

表2 測線統計表

采用北斗網絡RTK 進行表面流速流向觀測，克服現有航道表面流速流向測量技術短板，能夠解決傳統GPS 在三峽-葛洲壩兩壩間水域峽谷河段數據易丟失等問題。在蓮沱段至東娃子河河段進行示范應用，固定解達到98.5%。

3 結論

通過三峽-葛洲壩兩壩間蓮沱至東娃子河段水域的空間可用性測試，流動站單北斗模式網絡RTK 固定解比例達到98%，表明北斗網絡RTK 進行表面流速流向觀測是可行的。利用北斗網絡RTK 在蓮沱至東娃子河河段現場共施測了19 條測線，北斗網絡RTK 固定率為98.5%，北斗RTK 可解決GPS 在峽谷河段固定解易丟失等問題，提高觀測成果質量。