基于RTK实时定位的水深测量精度检验方法研究_王开春.pdf

第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ，收稿日期：作者简介：王开春（），女，广西北海人，工程师，学士，主要从事自然资源产品质量检验工作。基于 实时定位的水深测量精度检验方法研究王开春（广西壮族自治区自然资源产品质量检验中心，广西 南宁）摘要：在水深测量检验过程中，对水下地形精度进行检验时，测区周边验潮站布设困难或水位观测效率低且造成人力物力的消耗，采用验潮模式开展水深测量检验存在一定困难。本文结合实际检验工作，有针对性地开展水深测量精度检验，分别对无验潮模式水深测量检验与验潮模式下水深测量精度检验方法进行验证，并对结果进行分析。分析表明：基于 实时定位无验潮模式水深测量检验与验潮模式下水深测量检验结果一致，可用于水下测量成果质检。关键词：水深测量；检验；无验潮模式；验潮模式中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；引 言海洋测绘作为研究与海洋和陆地水域有关的地理空间信息采集、处理、表示、管理和应用的科学与技术，其基本任务是感知获取多要素、高精度水下基础信息，并按照相关规范要求对数据进行质量控制与标准化处理，生成水下测量成果（或图件），编制各类图件、编写航海 河道资料，不仅为船只安全航行和军事行动提供保障，也为开展地球形状、水底地质构造和海洋环境等科学研究，以及开展海洋资源开发和实施相关工程建设提供基础资料。水下地形测量是海洋测绘一个基础步骤，全面、细致、高精度的水下地形图对海洋测绘及相关应用而言不可或缺。随着航海业以及水运工程建设等行业的发展，对水下地形的详细性与精度要求也越来越高。目前，水下地形测量成果的检验主要依据测绘成果质量检查与验收（），质量元素分别为数据质量、点位质量、资料质量，该质量元素的设定过多兼顾对流速、流向、底质等探测的要求，且更偏向于水下地形测量成果的控制测量 水位控制的检验内容。结合检查与验收的现实状况，水下地形测量的成果多为水下地形图（水深图），在考虑水位控制的质量元素（如数据计算质量、点位质量）的基础上，应充分结合比较成熟的大比例尺地形图的质量检验标准，把水深点的数学精度作为一项重要的检验指标。目前，水深测量方法主要有两种：一种是通过验潮观测，对测量数据进行水位改正的验潮水深测量方法；一种是无需验潮数据直接测定水底高程的无验潮水深测量方法。基本原理基于 实时定位水深测量的基本原理即利用 实时定位测量技术获取测深点三维坐标，结合测深仪同步采集的测深数据，经数据处理软件进行处理得到需求坐标系统下的水深数据。基准面确定及传递原理深度基准面的确定方法由测区附近布设的验潮站决定，可采用几何水准法、潮差比法、最小二乘曲线拟合法、个主分潮与 比值法，由邻近长期验潮站或具有深度基准面数值的短期验潮站传算。实际水深测量的深度基准面为当地理论最低潮面，而实时动态测量（）是基于 坐标系，可通过高程转换模型获取 的大地高与当地理论最低潮面的转换参数，坐标转换关系如图 所示。图 高程基准转换关系图 可通过资料获取多年观测平均海水面与 黄海高程基准面、当地理论最低潮面之间的传递关系。利用测区同名点成果，可获取测区 年黄海高程基准面与 高程基准面的转换参数、测区内高程异常值。由图 可推算参考椭球面与当地理论最低潮面之间的转换关系，如下式：（）式中，为多年观测平均海水面与 黄海高程基准面之间高差，为多年观测平均海水面与当地理论最低潮面之间高差，为 黄海高程基准面与 国家高程基准面之间高差，表示高程异常值（即 国家高程基准面与参考椭球面之间的高差），为参考椭球面与当地理论最低潮面之间的高差。验潮模式水深测量原理验潮模式水深测量即通过观测验潮站的水位并归算到深度基准面上，获得瞬时水面相对于当地理论深度基准面的距离（水位），经过水位改正得到测点相对于当地理论基准面的高程。因需验潮站数据做潮位改正，该方法为实时动态的验潮模式水深测量，基本原理如图 所示。在水深测量前，需要将 接收机安装在换能器杆顶，采用钢尺丈量 接收机相位中心到换能器底部的高度，并测定测量船的吃水 吃水。测点相对于当地理论深度基准的高程值 为：图 验潮模式水深测量基本原理图 测深吃水水位（）水位 实时（）由式（）、式（）转换得到：测深吃水实时（）式中：测深为测深仪实时测得的水深；水位为瞬时水面至当地理论深度基准面的距离（瞬时潮位）。无验潮模式水深测量原理实时动态测量（）技术能够获取高精度的 接收机天线三维坐标（，）。如测区范围不大，可由 接收机内置的坐标转换软件直接将 坐标、大地高转换成 国家大地坐标系及理论最低潮面下的高程，则无需验潮站数据就可直接测定水底标高，该方法为实时动态测量的无验潮模式的水深测量。基本原理如图 所示。图 无验潮模式水深测量基本原理图 采用实时动态测量技术可以得到 坐标系统下的三维坐标，通过布尔莎模型及 高程传递转化到所需坐标系。测点相对于当地理论深度基准的高程值 为：测深静吃水水位（）水位 大地高（静吃水）（）测深静吃水大地高（静吃水）（）由式（）至式（）转换得到：测深大地高（）式中：为 参考椭球面与当地理论深度基准第 期王开春：基于 实时定位的水深测量精度检验方法研究面之间的高差；测深为测深仪实时测得的水深；大地高为 接收机实时定位得到的高程值；水位为船舶静止状态水面至当地理论深度基准面的距离（潮位）。应用概况本次实例基于 实时定位结合单波速测深仪开展检验，检验对象为验潮模式下采用双波速测深系统采集的水深测量成果。分别采用验潮模式、无验潮模式开展水深测量精度检验，对检验结果作对比分析。按照检验抽样原则，抽取样本应以“点”“景”“幅”“测段”“幢”或“区域网”等为单位在检验批中随机抽取且分布均匀。鉴于水下地形测绘的特殊性，以点为单位抽取会造成样本量较大，样本量最少会达到批量的；以“幅”为单位抽取时测线较短，测量船频繁掉头操作难度大且效率低。故本次实例布设测深检查线以测线长度为单位，测深检查线垂直于成果测深线，单波速检查线长度不小于主测深线总长度的，检查线与所有主测深线均存在交点，同时保证了样本的随机性及分布均匀。比对分析与结果 验潮和无验潮模式测深结果比较本次检验实例基于 实时定位采用单波速测深仪获取有效检测点 个，验潮模式和无验潮模式下水深检测值比对如图 所示。图 验潮模式和无验潮模式下水深检测值对比图 验潮模式和无验潮模式下水深检测值较差结果统计见表。从对比结果统计分析，验潮模式及无验潮模式测深差值不大，的检测点测深较差在 以下，的检测点测深较差在 以下。表 水深检测值较差结果统计表 较差区间 水深检测值较差数量 点百分比 与验潮模式下双波速测深成果的对比分析验潮模式和无验潮模式下的 个水深测量精度检测点与测绘成果进行对比分析，较差如图 所示。图 验潮模式与无验潮模式下水深检测较差图 从图 可见，无验潮及验潮模式下检验成果的测深较差趋势基本相同，数据集中在 轴以上，是因为检验与测绘的时间间隔较长，水下地形产生了变化，由于潮汐影响造成泥沙堆积等原因，测区内水底泥面抬升。验潮和无验潮模式下检测中误差统计分析按照水深测量的测深误差 （水深范围），采用同精度检测，在允许中误差 倍以内（含 倍）的误差值均参与数学精度统计，超过允许中误差 倍的误差视为粗差。分别对验潮模式和无验潮模式下水深测量精度检测点进行中误差统计及评分，统计结果见表。表 水深检测中误差统计结果表 测深模式粗差率（）最小值（）最大值（）平均值（）中误差（）评分验潮模式下水位改正无验潮模式下 从结果分析，验潮模式下进行水位改正的检测结果相对稳定，但两种方式开展检验结果相差不大，且均满足水深测量的精度要求。结束语本文通过实际检验数据，对验潮模式和无验潮模式（下转第 页）测绘与空间地理信息 年高程并写入属性表为例，其核心代码如下：（，），（）（），），道路全要素地形图成果检查道路全要素地形图质量是成果应用的“生命”，数据检查是非常重要的工作，如何高效准确地完成道路全要素地形图的检查至关重要，利用 的脚本管理器，可以实现对成果半自动化检查，从而提高效率。以道路全要素地形图必填字段检查为例，核心代码如下：，（，），（）（，）（，）（，），常规检查，字段必填项检查，自定义脚本检查类必填字段检查，为：的要素必填字段为空，结束语道路全要素地形图是智慧交通建设的基础性数据，更加高效准确的道路全要素地形图生产是开启智能驾驶深度应用的钥匙。利用车载激光扫描的方法获取点云数据，利用 软件，经过人工和智能化交互的数据半自动提取方法，再利用 脚本管理器的二次开发功能，进一步对道路全要素地形图的图形与属性数据、成果检查进行批量自动化处理，可高效准确提取道路要素，既保证了数据的准确性，又大大提升了工作效率。参考文献：魏子新关于上海新型基础测绘体系建设试点的实践和思考中国测绘，（）：顾建祥，杨必胜，董震，等 面向数字孪生城市的智能化全息测绘测绘通报，（）：胡啸基于车载激光扫描数据的道路要素提取方法研究北京：北京建筑大学，周海平车载激光扫描技术在三维地籍测量项目中的精度分析地理空间信息，（）：徐华键，向煜，黄志，等测绘新技术在城市新基建模型构建中的融合应用测绘通报，（）：刘春，陈华云，吴行彬激光三维遥感的数据处理与特征提取北京：科学出版社，纪彦忠，王建文，苏贝基于城市规划测量要求对 进行二次开发的实现测绘与空间地理信息，（）：编辑：张 曦（上接第 页）下的精度检验进行比对分析，验证了无验潮模式下开展水深测量成果精度检验的可行性。在实际检验工作中，工作水域超出验潮站范围、无法架设验潮站或架设水位站需要花费巨大的人力物力超出质检成本等情况下，可采取无验潮模式下水深测量方式开展检验工作，在满足检验精度要求的同时，大大提高了工作效率。实时动态无验潮模式下水深测量可以很好地消除测量过程中船只的涌动影响。由于水下地形测绘的特殊性，水底泥质随潮汐、水流等实时变化，项目检验与成果测绘存在一定的时间差，测深精度检验不能较好地反映测量时点的水深点精度。对于水下地形变化较快的地方，应及时介入检验，以保证测绘成果检验的时效性、科学性及严谨性。参考文献：申家双，王耿峰，陈长林海洋环境装备体系建设现状及发展策略海洋测绘，（）：申家双，葛忠孝，陈长林我国海洋测绘研究进展海洋测绘，（）：翟国君，吴太旗，陆秀平，等海洋测绘标准体系建设需求分析与总体方案海洋测绘，（）：曾衍伟，谭明建，唐翼德，等测绘成果质量检查与验收：北京：中国标准出版社，史富贵 水下地形测量成果质量检验若干问题探讨测绘科学，（）：何帆多系统动态 技术及其在无验潮水深测量中的应用研究南京：东南大学，交通运输部水运工程测量规范：北京：人民交通出版社，编辑：张 曦 测绘与空间地理信息 年