一种基于PPP技术的深度基准面大地高测量方法

摘要

本发明涉及一种基于PPP技术的深度基准面大地高测量方法，其主要技术特点是：通过布设GPS控制网，将验潮站和已知控制点进行同步观测，若测区没有已知控制点，在验潮站上采用精密单点定位观测，从而精确求得该测区内验潮站深度基准面的大地高；将换能器和双频GPS天线安装在一条直线上，进行水深测量作业，对测线所采集的GPS观测数据进行精密单点定位解算，然后计算每个测点的深度基准面的大地高；利用测深仪所测得的水深值及深度基准面的大地高计算图载成果水深。本发明设计合理，只需单台双频GPS接收机并采用PPP技术计算水深测量测线的三维位置，可以精确地测定深度基准面大地高，不仅保证了测量精度，而且降低了作业成本，提高了作业效率。

说明书

技术领域

本发明属于海洋测量技术领域，尤其是一种基于PPP技术的深度基准面大 地高测量方法。

背景技术

在水深测量中,海面受潮汐等因素的影响,不同时刻所测同一点的水深数据 不同,需改正到统一的起算面，即深度基准面。目前，水深测量在高程方向的相 对精度取决于测深设备（如回声测深仪、多波束测深系统）的精度指标，一般 可达到厘米级，但其绝对定位精度与其作业模式有很大的联系。水深测量在其 三维位置的GPS定位方式上可分为差分定位、单点定位。差分定位技术在水深 测量中的应用需要根据测区离岸线的距离来选择差分定位方法，沿岸水深测量 可以采用DGPS（基于伪距）、RTK（基于相位）的局域差分定位方法，而远海水 深测量可以采用星站差分方法，但这种方法是收费服务的。上述技术在水深测 量中的应用存在如下缺点：1、至少需要两台GPS接收机；2、作用距离有限（除 星站差分外）；3、增加了用户作业成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高、作 业成本低且使用简便的基于PPP技术的深度基准面大地高测量方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于PPP技术的深度基准面大地高测量方法，包括以下步骤：

步骤1、通过布设GPS控制网，将验潮站和已知控制点进行同步观测，或者 在验潮站上采用长时间静态PPP观测，精确求得该测区内验潮站深度基准面的 大地高；

步骤2、将换能器和双频GPS天线安装在一条直线上，进行水深测量作业， 对测线所采集的GPS观测数据进行精密单点定位解算，然后计算每个测点的深 度基准面的大地高；

步骤3、利用测深仪所测得的水深值，以及步骤2所得的深度基准面的大地 高计算图载成果水深。

而且，所述步骤1布设GPS控制网采用D级GPS控制网布设要求，或者在 验潮站上采用长时间静态PPP观测。

而且，所述步骤1精确求得该测区内验潮站深度基准面的大地高的方法为： 通过基线解算和网平差，或者静态PPP解算得出验潮站的大地高，再计算验潮 站深度基准面的大地高。

而且，所述步骤2所述的双频GPS天线和换能器安装在竖直杆子的两端， 并且在架设双频GPS天线时，其高度角要求大于15度无遮挡。

而且，所述步骤2进行精密单点定位解算是通过水深测量作业获得测线数 据观测文件，利用下载的精密星历和精密钟差文件，对测线数据进行GPS精密 单点定位解算。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，只需单台双频GPS接收机并采用PPP（Precise Point  Positioning，精密单点定位）技术计算水深测量测线的三维位置，可以精确地 测定深度基准面大地高，既不用布设基准站，也无需人工同步验潮即可完成水 深测量功能，此方法不仅保证了测量精度，而且降低了作业成本，同时作业时 也不受区域以及距离的限制，提高了作业效率。

附图说明

图1是本发明的处理流程示意图；

图2是水深测量综合改正原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种基于PPP技术的深度基准面大地高测量方法，是针对传统水深测量和 GPS差分水深测量作业模式的弊端，提出采用PPP技术（精密单点定位技术）进 行深度基准面大地高测量作业。船台安装的主要设备包括双频GPS天线及接收 机、测深仪、电子罗盘等，其作业要求如下：

1、换能器和双频GPS天线安装在一条直线上，测量前量取换能器至GPS天 线的距离以及静态吃水；如果换能器和双频GPS天线安装在一条直线上有困难， 则必须量取换能器至GPS天线的平面相对距离（dx，dy）以及竖直距离。

2、架设天线时，高度角大于15度无遮挡，且不容易受到电磁信号干扰；

3、当测量船静止时，调整罗盘安装位置至倾角读数为0，电子罗盘的航向 初始读数应和船上的罗盘读数一致或指向船艏；

4、为保证定位精度，初始化测量时间为20分钟，然后正式作业；

5、按照设计的测线间隔及采样率要求，采集双频观测值、原始水深值及罗 盘姿态数据。

基于上述作业要求，本发明提出的一种基于PPP技术的深度基准面大地高 测量方法，如图1及图2所示，包括如下步骤：

步骤1：通过布设GPS控制网，将验潮站和已知控制点进行同步观测，或者 在验潮站上采用长时间静态PPP观测，精确求得该测区内验潮站深度基准面的 大地高。

在本步骤中，按D级GPS控制网布设要求，将验潮站与已知点组成控制网， 进行同步观测，采用GPS商用解算软件，通过基线解算和网平差，或者静态PPP 解算得出验潮站的大地高，从而计算验潮站深度基准面的大地高。

步骤2、将GPS天线和换能器安装在竖直杆子的两端，进行水深测量作业， 对测线所采集的GPS观测数据进行精密单点定位解算，然后计算每个测点的深 度基准面的大地高。

本步骤是通过水深测量作业获得测线数据观测文件，利用下载的精密星历 和精密钟差文件，对测线数据进行PPP解算，然后计算每个测点的深度基准面 的大地高。步骤1和步骤2的深度基准面作为水深测量的归算面，它的确定对 于水深测量作业有着致关重要的作用，其计算分为沿岸和近远海两种情况：

1）当测区在沿岸水深测量时，深度基准面采用某一个验潮站的深度基准面 时，整个测区所有点的深度基准面大地高为同一值，由下式计算：

Hp'＝H₀-[h+(Lp-h'_m)]

H₀为验潮站水准点的大地高，h为验潮站水准点至高程基准面的高差，h'_m为 多年平均海面至高程基准面的高差，Lp为平均海平面至深度基准面的高差，Lp为 常数。

当测区深度基准面采用多个验潮站的深度基准面控制时，应由下式：

${\mathrm{Hp}}^{\prime }=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\frac{H_0\left(i\right)}{S\left(i\right)}/\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\frac{1}{S\left(i\right)}$

n为验潮站的个数，H₀(i)为第i个验潮站深度基准面的大地高，S(i)为测点P至 第i个验潮站的距离。

2）当测区在近远海水深测量时，测点的深度基准面大地高由下式计算：

Hp'＝H-h₀+E-T

H为PPP解算的测点处的大地高，h₀为经过姿态改正后的双频GPS天线至 换能器的垂直高度，E为船的吃水值，T为当地平均海面起算的任意时刻t的潮汐 预报值T，计算公式如下：

$T=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{f}_i{H}_i\cos ({\sigma }_{i}t+v_i+u_i-g_i)$

式中H_i和g_i表示分潮振幅和迟角，f_i和u_i分别表示分潮交点因数和交点改正角， σ_i表示分潮角速率，v_i表示分潮天文初位相，m为9。

步骤3、利用测深仪所测得的水深值，以及步骤2所得的深度基准面的大地 高计算图载成果水深。

在本步骤中，利用测深仪测得的水深值，罗盘所测姿态值，以及深度基准 面大地高，对水深测量进行综合改正，从而计算得到图载成果水深。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此 本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根 据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。