摘要：许多沿海和内陆水道的运营，包括导航和维护导航通道都需要尽可能高的定位精确。在五大湖地区，河床非常浅，航道需要沿着很多很长的路段进行疏浚。为了让远洋船只往返蒙特利尔和五大湖港口，需要密切监测河床和水位，以协助船舶调整其吃水深度。如果在春季冰有破裂，情况变得更加复杂，船舶的吃水深度控制起来更加不便，这可能导致直径达很大的巨石进入航行通道。在冰破裂之后，立即使用装有超声波系统的水文仪器重新测量通道，以便探测和清除在春季可能出现在航道上的大石和沉积物。考虑到上述运行条件，在水文和疏浚作业以及狭窄水道中的船舶导航时，非常希望得到比较高的垂直定位精度。一些需要高度精确度的船载应用也可以从厘米级定位系统中受益。所以GPS高程测量技术在航道工程中有很好的应用前景。
关键词：航道工程测绘；GPS高程测量；技术应用
1GPS高程测量法的介绍
1998年和1999年在加拿大圣劳伦斯海道进行的实地试验，调查了大幅减少参考站数量的方法。试验与太阳最大值的接近导致了非常高的大气水平活动。说明了航道测绘中GPS高程测量技术的应用前景。使用需要整数载波相位模糊度分辨率的高性能实时运动学（RTK）差分GPS，这种方法显然是可能符合分米精度目标的选择方法。垂直分量是最关键的，因为深度精度将对阻塞检测和疏浚成本产生重大影响。另外，如果能够准确地和直接地建立关于岸基参考站的床剖面，船舶可以使用相同的系统来测量它们的龙骨下间隙。这种能力与实时水位预报系统和电子海图相结合，可以提高航行安全性，并最终可能导致最低限度通关要求的下降，从而提高航道能力。为了在大多数情况下实时运动学差分GPS方法有效，包括高水平的电离层活动，船舶与最近的参考站之间的距离不得超过15至20千米。鉴于高配置和维护成本，所需参考站的高密度通常不能从运营方面接受。另一种方法是使用多参考站方法来解决整数模糊。在过去的几年里，卡尔加里大学开发了一种有效的方法来完成这项任务，这个公式很简单，可以实时实现操作。现场测试在1998年11月和1999年8月进行，使用在圣劳伦斯河沿岸至多五个永久性无线电信标台和内陆临时地点收集的GPS测量数据。在1998年11月的测试中，收集了五个无线电信标台站和水文船。在1999年8月的测试中，除了四个临时站点之外，还使用了五个无线电信标台站中的三个。实时运动学差分GPS方法的原理是，只要代码和载波相位可观测误差得到纠正（或最小化），就有可能解决较长距离上的整数模糊度，这增加了可实现的准确度用户。
2GPS高程测量技术的发展
Smith在1998年11月23日至12月4日期间。在CCG无线电信标收集数据的速率为每秒一次。所有台站都配备了AshtechZ-12接收器。在测试过程中发现电离层非常活跃，位置坐标域的RMS差分效应为3至4ppm，最大差分效应远远超过10ppm。如果两个接收器之间的距离在这种情况下为100千米，即使整数模糊度得到正确解析，也会出现30至40厘米的相对位置误差，除非可以使用无电离层模糊度。协方差矩阵必须是已知的。可以根据数学函数的知识计算这些矩阵的每个元素，这些函数映射相关误差（大气延迟和卫星位置误差）在网络覆盖的区域上的行为方式以及它们对卫星高程的依赖性。另外，有必要知道网络中每个台站的不相关误差（多径效应和接收机噪声）的方差。因此，协方差矩阵的元素可以通过将协方差函数组合相关和不相关方差来适当地估计。
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3航道工程中的GPS改进方法
在航道工程领域中，使用了已知的双差分整周模糊度，因为目标是验证方法带来的改进程度，而不受模糊度修正过程的影响。由于这个要求，具有多参考站方法的固定整数WL模式（这将是最简单的可操作使用的整数模式）对于任何坐标分量都会产生优于10厘米的RMS协议。由于大气和轨道误差的差异效应是用多参考站方法有效建模的，使用无电离层的可观测量虽然仍能将精度提高几厘米。使用多参考站方法获得的改进是50％。与1998年11月的结果相比，增加密度并改善网络布局，显着改善了结果。电离层的微分效应大大降低，这主要归功于较短的基线。较短的基线也导致了位置域更好的一致性，可以看出：多参考站方法导致最高达64％的改善。这是我们希望实现的结果对于模糊域分析，两个基准线都使用单参考站和多参考站观测值处理两个24小时周期，每十分钟重新开始一次模糊度计算，以便每天生成约144个样本。然后将解决的整数模糊度与Bernese软件在批处理模式下独立获得的整数模糊度进行比较。可以看出，通过使用多参考方法，可以改进所有三种比较类型。即使使用单参考观测，修正后的修正百分比也高于88％，这可以通过在相对较短的基线上使用WL观测值来解释。然而，由于波长和差分误差之间的不利比例，整数模糊度的分辨率相对困难。这就是使用单参考站方法时成功率仅为21％或更低的原因。多参考站方法允许参考站之间的间距更大，因此非常显着地降低了物流，运营复杂性和成本。然而，多参考站方法允许的参考站间距仍然取决于差分GPS误差的水平，其中主要一个是电离层。本文所述的测试是在加拿大东部预计的最高电离层活动水平之一下进行的。在高水平的电离层活动下，即使载波相位模糊的整数性质丢失，使用无电离层数据也可能比单频或宽巷数据更好。当使用浮点模糊来定位漫游车时，发生8％到9％的额外平均降级，当在参考网络和漫游车中使用浮点模糊度时，与在任何地方使用整数模糊度相比，累计降低高达16％。然而，多参考方法中的浮点模糊的使用在运行上比整周模糊更强大，但仍然很难达到小于10厘米的精度水平
4结语
本文简要分析了航道工程中GPS高程测量技术，有效地解决整数模糊问题，在航道工程领域中，使用了已知的双差分整周模糊度，因为目标是验证方法带来的改进程度，而不受模糊度修正过程的影响。多参考站方法允许参考站之间的间距更大，因此非常显着地降低了物流，运营复杂性和成本。并将精度性能提高到10厘米，这是水文学操作的垂直分量非常理想的精度水平，导航通道受限制。多参考站方法允许参考站之间的间距更大，因此非常显着地降低了物流，运营复杂性和成本。然而，多参考站方法允许的参考站间距仍然取决于差分GPS误差的水平，其中主要一个是电离层。本文所述的测试是在加拿大东部预计的最高电离层活动水平之一下进行的。在高水平的电离层活动下，即使载波相位模糊的整数性质丢失，使用无电离层数据也可能比单频或宽巷数据更好。
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论文作者:王勇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/18
标签：电离层论文; 航道论文; 模糊论文; 整数论文; 方法论文; 高程论文; 误差论文; 《基层建设》2018年第23期论文;