随着各种现代化建设项目的发展,水下地形测量活动日益增多。但由于水下地形测量对象和工作环境的特殊性,测量精度难以把握,进而影响测量质量。
目前,水下地形测量的运行模式多采用无验潮测量技术,即GPS实时差分RTK与数字测深仪的结合,分为外部和内部两部分。其中,外部行业包括数据采集、坐标转换、导航、设备监控、后处理、饮水改正、姿态改正、格式转换、地形图生成等。根据系统本身的原理,水下地形测量精度主要取决于水深测量精度和平面定位测量精度。本文主要分析了水下地形测量的误差来源。
内蒙环境监测机构分析水下地形测量误差来源:回声测深。
根据回声测深仪的工作原理,通过声波在水中的传播来计算水深。然而,由于不同的计算方法和不同的经验公式,不同的声速会影响水深测量的结果,在一定程度上产生水下地形测量误差。
内蒙环境监测机构分析水下地形测量误差来源:船舶姿态变化。
由于GPS-RTK和回声测深仪的载体是船舶,在水下地形测量过程中,波浪引起的船舶纵向倾斜、横向摇晃、升降等姿态航向变化必然会改变RTK天线中心和换能器中心的相对位置以及换能器发出声波的角度,从而影响水下地形测量的精度。当海域波浪高于0.6m,内河波浪高于0.4m时,停止地形测量作业。在满足操作条件时,可以通过姿态测量和纠正来削弱其影响。
内蒙环境监测机构分析水下地形测量误差来源:卫星状况的影响。
在RTK测量中,卫星的空间分布和信号强度对水下地形测量有很大的影响。当基准站和移动站的公共卫星较少时,很难甚至达到RTK工作的初始化条件,RTK测量精度无法讨论。在中国,总有一段时间卫星几何强度较弱,RTK很难固定;即使有固定解,其收敛状态也不能满足高精度的要求。
内蒙环境监测机构分析水下地形测量误差来源:电离层的影响。
RTK初始化的时间是RTK系统测量精度的开始。RTK系统在正常工作条件下,可以自动模拟基准站和流动站之间对流层和电离层的差异,并自动消除其影响。然而,当电离层发生剧烈变化时,卫星信号传播到基准站和移动站的电离层影响不一致,距离越远,影响越大。此时,系统无法消除其影响,导致锁定和周跳,无法完成初始化。
内蒙环境监测机构分析水下地形测量误差来源:影响多路径效应。
众所周知,GPS测量受多路径效应的影响很大,特别是在海洋测绘过程中,大规模的水面已成为解决多路径效应难以克服的障碍。
内蒙环境监测机构分析水下地形测量误差来源:存在伪值问题。
在RTK测量操作中,有时存在伪固定问题。当RTK表征精度条件(固定解、收敛值、均方根等)满足精度要求时,地形测量结果不对,平面误差可达数米,通常不易发现。
内蒙环境监测机构分析水下地形测量误差来源:高程测量精度低。
在GPS测量中,由于卫星空间分布具有一定的空间均匀性和对称性,平面精度更合适。然而,在标高精度方面,由于GPS-RTK只能从地平面角度接收卫星信号,卫星空间构成严重不对称,标高测量精度不高,标高基准与我国现行标高基准不一致,需保数据转换精度。
水下地形测量采用GPS无验潮模式,结合RTK和数字测深仪,无需验潮即可高精度、实时、测量水下地形点的三维坐标,避免了读潮水位和验潮改正的误差,既确认测量精度,又提高了运行效率。然而,在地形测量操作中,声速测量和采用、船舶姿态纠正、船舶动态饮用水纠正是影响深度测量精度的重要因素;RTK还存在卫星观测质量、多路径效应等影响因素。通过本文的系统分析和讨论,确保测深仪测深精度和RTK高程测量精度是确保水下地形测量精度的基础。鉴于这两个误差来源,只有削弱不利因素对地形测量结果的影响,才能从根本上提高水下地形测量精度。
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