劉敏

摘 要：差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)在航道普查中的運(yùn)用具有一定特殊性，屬于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展條件下的新的探索。本文基于該系統(tǒng)的硬件組成及基本定位原理加以分析，簡要探討該系統(tǒng)運(yùn)用于航道普查中的作業(yè)流程及注意事項(xiàng)，僅供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：差分GPS；水深測(cè)量系統(tǒng)；航道普查；運(yùn)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展完善，GPS技術(shù)以其自身低成本、全球性等優(yōu)勢(shì)，受到各領(lǐng)域的高度重視，GPS滲透到社會(huì)生活的各個(gè)方面。隨著差分GPS定位模式的形成，差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。為全面提高航道普查工作效率，本文基于差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)開展新的嘗試，以確保該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值得到更大程度的發(fā)揮。

1 差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)組成

差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)以便攜式計(jì)算機(jī)、GPS信標(biāo)機(jī)、數(shù)字化測(cè)深儀以及電源作為其組成部分，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基于圖1可知，在差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)中，便捷式計(jì)算機(jī)以PC擴(kuò)展卡為主要介質(zhì)，擴(kuò)展為2個(gè)COM口，實(shí)現(xiàn)測(cè)深儀和GPS信標(biāo)機(jī)的有序聯(lián)結(jié)，并制作專用電源線，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)運(yùn)行過程中以GPS信標(biāo)機(jī)作為核心部件，在對(duì)GPS測(cè)距信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)接收的同時(shí)，能夠?qū)ρ睾Ｐ艠?biāo)臺(tái)的差分GPS信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確定位和規(guī)范接收。數(shù)字化測(cè)深儀在實(shí)際應(yīng)用中可將側(cè)身精度控制在0.1m左右。電瓶電源的供電操作主要依據(jù)逆變器來實(shí)現(xiàn)，從而為差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供可靠的電源服務(wù)。

1.2 工作原理

就差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)行情況來看，其通過1臺(tái)GPS信標(biāo)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)定位，能夠準(zhǔn)確獲取來自交通部GPS共用信標(biāo)臺(tái)站的差分信號(hào)，實(shí)際作用距離可達(dá)到300m。該系統(tǒng)運(yùn)行過程中以差分GPS定位技術(shù)為基本原理，在不同的信息發(fā)送方式下，差分GPS定位主包含四種不同形式，分別是位置差分、偽距差分、相位平滑偽距差分和載波相位差分。偽距差分在系統(tǒng)運(yùn)行過程中能夠基礎(chǔ)直接改正數(shù)獲取較高精度的數(shù)據(jù)，即便是在未得到改正數(shù)的孔隙內(nèi)也能夠保證定位的精準(zhǔn)度，最大程度上滿足RTCM-104的具體標(biāo)準(zhǔn)。在差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)行過程中，用戶站接收4顆衛(wèi)星后即可針對(duì)基準(zhǔn)站衛(wèi)星改正數(shù)開展改正操作，由此可知在差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)行條件下，用戶站通過具備差分功能的簡易接收機(jī)即可完成相關(guān)操作。

當(dāng)前科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，基準(zhǔn)站與用戶站之間的距離也明顯加大，此種情況下系統(tǒng)誤差也呈現(xiàn)一定程度的增加，并具有無法消除的特性。因此在差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)行過程中，基準(zhǔn)站與用戶站之間的距離是影響偽距差分精度的重要因素。為保證差分GPS服務(wù)的有效性，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況建立一定數(shù)量的基準(zhǔn)站和主站，促進(jìn)差分GPS網(wǎng)的形成。在該系統(tǒng)運(yùn)行過程中，主差分主要負(fù)責(zé)接收差分GPS信號(hào)，這些信號(hào)主要來自于各個(gè)監(jiān)測(cè)站。在對(duì)差分GPS信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確接收后，將其組合為有效差分GPS改正電文，以衛(wèi)星通信線路或無線電數(shù)據(jù)鏈將其傳送至用戶站，促進(jìn)擴(kuò)展差分GPS的實(shí)現(xiàn)，從而保證差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值得到最大程度的發(fā)揮。

擴(kuò)展差分GPS是基于GPS觀測(cè)量誤差源的有效區(qū)分來實(shí)現(xiàn)的，在單獨(dú)對(duì)誤差進(jìn)行模型化處理的基礎(chǔ)上，對(duì)誤差源數(shù)值進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，以數(shù)據(jù)鏈作為傳輸媒介，將所計(jì)算的數(shù)值傳送至用戶站，從而對(duì)用戶站的GPS定位誤差進(jìn)行有效改正。通過研究分析可知，差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)在航道普查中的合理應(yīng)用，能夠在一定程度上提高GPS定位精準(zhǔn)度，在擴(kuò)大差分GPS有效工作范圍的同時(shí)，切實(shí)提高了整體工作效率。

2 差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用于航道普查中的外業(yè)工作流程

差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)工作原理比較復(fù)雜，但在航道普查中的應(yīng)用則相對(duì)簡單，以下就其外業(yè)工作流程開展具體分析：首先，應(yīng)當(dāng)做好系統(tǒng)調(diào)試工作。就航道普查工作的具體情況來看，整個(gè)系統(tǒng)主要包含4個(gè)部分和7根電纜線，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)連接，將測(cè)深桿固定后，確保GPS天線在測(cè)深桿的正上方位置，必要情況下應(yīng)當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，從而確保差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。該系統(tǒng)連接情況見圖1。在系統(tǒng)調(diào)試過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)在外業(yè)采集軟件的作用下，準(zhǔn)確把握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，利用測(cè)深桿獲得實(shí)測(cè)水深數(shù)值，并與測(cè)深儀測(cè)得水深相對(duì)比，基于聲速加以適當(dāng)調(diào)整以保證水深的一致性，基于可靠的系統(tǒng)調(diào)試工作為航道普查后續(xù)相關(guān)操作提供極大便利。其次應(yīng)當(dāng)確定區(qū)域坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。為確保差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)在巷道普查中能夠得到高效運(yùn)用，提高整體工作效率，應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)調(diào)試的基礎(chǔ)上，明確區(qū)域坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。在外業(yè)實(shí)測(cè)之前，在3個(gè)四等以上的坐標(biāo)系統(tǒng)起算點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，進(jìn)行5min精準(zhǔn)觀測(cè)，從而確保獲得精準(zhǔn)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)，促進(jìn)巷道普查工作的順利高效開展。第三，讀取水尺制作及水位。水位測(cè)量是水深測(cè)量不可缺少的數(shù)據(jù)，因此從現(xiàn)有水文站上（或設(shè)臨時(shí)水尺）獲取觀測(cè)期間的水位數(shù)據(jù)，以便對(duì)測(cè)得的水深進(jìn)行一定的改正。第四，縱斷面測(cè)量。對(duì)于等級(jí)航道的外業(yè)普查可分2步進(jìn)行。第一步沿航道中心線測(cè)量航道的縱斷面，第二步對(duì)選定的河床區(qū)域進(jìn)行橫斷面測(cè)量并對(duì)跨河和臨河建筑物進(jìn)行較為詳細(xì)的調(diào)查。當(dāng)一條航道縱斷面測(cè)量完成后，可將其數(shù)據(jù)記錄文件調(diào)入相應(yīng)的成圖處理文件，在經(jīng)過適當(dāng)?shù)木庉嬏幚碇?，即可?jì)算整條線路的里程、各彎道處的曲率半徑和偏角、樞紐的起終點(diǎn)里程、主要跨河建筑物和航標(biāo)位置坐標(biāo)及里程等普查參數(shù)。第五，橫斷面測(cè)定?？v斷面測(cè)量結(jié)束后，將水深測(cè)定文件經(jīng)過吃水、水位等改正并進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯之后調(diào)入平面圖，便形成縱斷面圖。此時(shí)可清楚看出每一航段的水深情況，因而可確定橫斷面的測(cè)定區(qū)域。在橫斷面測(cè)量之前，可在讓算機(jī)上設(shè)定好3～5條橫斷面測(cè)量設(shè)計(jì)線，測(cè)線間隔為40m。具體測(cè)量時(shí)可用GPS水深測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行，測(cè)深點(diǎn)間隔為2m。第六，外業(yè)數(shù)據(jù)的處理。在外業(yè)采集的航跡圖上量算航道里程、航道寬度、航道水深、彎曲半徑、跨河及臨河建筑物的位置及相關(guān)數(shù)據(jù)。并按照普查辦制定的相關(guān)表格對(duì)各航段進(jìn)行填表和數(shù)據(jù)錄入，最后形成可供調(diào)用的電子表格。

3 系統(tǒng)評(píng)價(jià)和注意事項(xiàng)

實(shí)踐表明，差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)的引入，摒棄了傳統(tǒng)的測(cè)繩加測(cè)深桿的方法，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)力，同時(shí)也為后續(xù)航道改造和整治打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

數(shù)字測(cè)深儀的穩(wěn)定工作至關(guān)重要，每天工作前都應(yīng)通過調(diào)整換能器的吃水改正和聲速改正使測(cè)量值盡量接近測(cè)深桿的實(shí)測(cè)值。標(biāo)機(jī)在工作過程中應(yīng)設(shè)置成自動(dòng)尋找信標(biāo)臺(tái)站。若精度要求不高（小于10m）時(shí)，信標(biāo)機(jī)還可設(shè)置成“無差分也記錄”功能。電源的有效供電對(duì)提高系統(tǒng)的作業(yè)效率十分重要，因此在工作過程中不僅要為系統(tǒng)配備一個(gè)高性能的蓄電池，而且還應(yīng)配備一個(gè)備用電池，以確保系統(tǒng)的正常工作。

4 結(jié)論

就差分GPS水深測(cè)量系統(tǒng)在巷道普查中的應(yīng)用情況來看，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較高，發(fā)揮了現(xiàn)代高科技應(yīng)有的作用，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

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