水下地形测量的GPS误差控制对策

曾翔

摘   要：随着社会经济的发展和科学技术的不断进步，相关地形测量技术的水平也在不断提升和完善，在GPS技术已经成熟应用的今天，在我国水下地形测量工作中，GPS系统得到了较为广泛的应用。与传统的测量技术相比，GPS测量技术能够有效降低水下地形测量的难度，节省测量工作的时间，所获得的水下地形测量数据也较为精确，但是在进行水下测量作业的时候可能会出现一定的误差，所以进行GPS误差分析在水下地形测量中是重要的环节。本文通过对水下地形测量中的GPS误差进行分析，能够准确了解各种误差的来源，并提出了相应的策略对GPS误差进行控制，从而降低水下测量工作中误差的干扰，确保水下地形测量工作的顺利进行。

关键词：水下地形测量  GPS  误差分析  控制策略

中图分类号：TV22                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0009-02

随着社会经济的发展，社会各领域的用水量在不断的增加，自来水供应企业也加大了对取水泵船的建设，从而满足居民的用水需求。在建设取水泵船的时候需要对取水泵船周边水下地形进行详细的测量，随着测绘技术的不断发展，取水泵船周边水下地形测量已经普遍采用较为先进的GPS技术，有效提高了测量的工作效率。但是使用GPS技术进行水下地形测量的时候容易出现较多类型的误差，包括差分GPS定位误差、信号传递误差以及时间测定误差等。GPS系统船舶动态测量能够达到厘米级的精度，所以在水下地形测量中得到广泛的应用，在实际的测量工作中容易受到各种外界因素的影响，从而产生各种类型的误差，通过对GPS误差进行分析，可以更好的控制误差的产生，从而提高水下地形测量数据的精确度。

1  水下地形测量中应用GPS技术的原理和优势

1.1 GPS技术的应用原理

在水下地形测量过程中应用的GPS测量技术是一种实时动态定位技术，一个完整的GPS系统一般包括基准站、流动站和通讯系统。在进行水下地形测量的过程中，设置在陆地上的GPS系统中的基准站会收集到相应的坐标信息和观测值，然后通过数据链将这些信息数据传递给流动站，一般流动站是装置在测量船上的，流动站在接收到这些数据信息后会进行快速的处理，同时流动站对这些信息数据具有非常高的处理精度，能够将定位的结果精确到厘米级。在确定好坐标位置后，使用数字测深仪对相关位置的水深进行测量，就可以得出水下地形的高程。

1.2 GPS技术应用的优势

在进行水下地形测量的过程中应用GPS技术，能够有效增加水下地形测量的距离，该技术在水下地形测量时，由于具有较大的电台功率，所以能够将测量的距离增加到10km左右;该测量技术还具有较强的抗干扰能力，和传统的测量技术相比，使用基准站和流通站进行信号的传递和处理，能够避免通视环节，从而有效降低外界因素对信号的干扰;该测量技术具有较高的测量精度，能够有效提高被测点水域的高程位置，以及水平位置的测量精度。其应用优势如图1所示。

2  GPS技术在水下地形测量时存在的误差

2.1 差分GPS定位时的误差

进行差分GPS平面定位时，要充分了解基准站和移动站GPS接收机之间的误差，使用差分技术能够消除公共误差，提升移动臺动态定位的精确度。当应用伪距差分和载波相位差分时，基站间的距离越长，存在的误差越小，难以实现相应的定位精确度。在一定的范围内使用该技术，虽然对卫星轨道和大气延迟等误差能够消除，但随着距离的增加，这些误差还会继续增大。

在进行水下地形测量时还会出现时间延迟的误差，基准站的GPS接收机计算相应的差分改正数，到达移动台数传机时，进行相应的数模转换，这就使得进入移动台GPS接收机的时间延长，当接收机处理和计算移动台GPS接收机的差分信号时，当信号传送到计算机时，计算机的计算和存储的时间也会延长。

2.2 深度基准面存在的误差

利用深度基准面，水面上的船只可以得到相应的便利，而且可以有效降低水面深度的计算难度。由于在进行取水泵船水下地形测量的过程中，受到地质因素、水文因素以及其他因素的影响，最后测得的数据会存在一定的误差，而这种误差又会对深度基准面的准确度造成一定的影响，这就使得在使用GPS测量技术进行水下地形测量的工作不能够顺利的开展。

2.3 观测过程中存在的误差

传统的观测方式主要有人工观测方式和自动观测方式，虽然两种方式都具有较为广泛的应用，但同时也存在着一定的缺陷。使用人工观测方式的时候，主要的误差是来源于水尺的位置和不合理的架设，很难确保数据观测的准确度;使用自动观测方式的时候，高程控制点与水边具有较远的距离或者具有较大的坡度，也很难保证观测的准确性，最后得到的观测数据也就具有一定的误差。

3  水下地形测量中GPS误差控制策略

3.1 合理设置基准站的位置

在进行普通的水下地形测量时，一般都要先在相应的陆地上布置控制点，然后开展相应的测量观测工作。如果结合水上测量和岸上观测这两种方式，就可以有效缩短观测的时间，并提高观测数据的精确性，GPS系统的接受设备只需要在基准站的辐射区域内，利用2min的时间进行初始化，就可以得到RTK的工作状态，从而更容易实现GPS的定位，有效保证观测数据的精确度。

3.2 创新和完善观测方式

使用GPS对水面高程进行确定，在GPS的基础上实现RTK工作模式，这样能够确保良好的观测效果。在进行观测的时候，首先要对基准站上的平面和高程坐标进行准确地确定，当进入到差分工作模式之后，再将流动站GPS接受设备安置到相应的水岸上，在获得GPS天线几何中心的高程数据后，其与GPS天线到水面之间的高度距离之间的差值，就是水边点的高程。这种方式操作起来比较简单方便，整个观测过程不会受到外界其他因素的影响，所测量的数据信息也具有一定的安全性，同时也具有较高的精确度，减小甚至消除了相应的误差。

4  结语

综上所述，随着社会经济的发展，在水上进行相关资源利用的时候需要对水下地形进行相应的测量，以获得相应的数据信息提供给相应的工程。水下地形测量工作具有较强的专业性和较高的技术含量，这对工程师也具有较高的要求，在科学技术不断发展的今天，GPS技术在水下地形测量中得到了较为广泛的应用，但是在应用的过程中也存在着一定的误差，本文通过对这些GPS误差进行分析，提出了控制GPS误差的相关策略，从而能够有效保证水下地形测量工作达到良好的效果，获得准确的测量数据。

参考文献

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[2] 龚长兵，孙孝成，关鹏.动态GPS水下地形测量误差及改正方法[J].黑龙江交通科技，2005（5）：32-33.

[3] 李寅，龚长兵.动态GPS水下地形测量误差及改正方法[J].黑龙江交通科技，2010，33（5）：32.