水下地形测绘

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根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位 技术分为三类,即:位置差分、伪距差分和相位差分。
(1)位置差分定位
这是一种最简单的差分方法,安装在基准站上的 GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位,解算出基 准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响 、大气影响、多径效应以及其他误差,解算出的坐标与 基准站的已知坐标是不一样的,存在一个差值。基准站 利用数据链将此改正数发送出去,由用户站接收,并且 对其解算的用户站坐标进行改正。
2. 测深线的布设
测深线又称计划线,是测量仪器及测量仪器 载体的计划探测路线。
测深线可以分主测深线、补充测深线和检查 测深线。
测线布设是水下地形测量技术设计的主要内 容之一,测设布设主要考虑测线间距和测线方向。
测线间距是水下地形测量要求的一项重要指 标,测深线的间隔确定原则应根据对所测海区的需 求、海区的水深、底质、地貌起伏的状况,以及测 深仪器的覆盖范围而定的。
局域差分GPS技术通常采用加权平均法或最小方 差法对来自多个基准站的改正信息进行平差,求出自 己的坐标改正数或距离改正数。
3. RBN/DGPS定位系统
RBN/DGPS定位系统是我国交通部在沿海区域建立的无线 电指向标/差分全球定位系统。整个系统由均匀分布在沿海的 21个台基准站组成,形成了一个LADGPS区域性定位系统。该系 统利用无线电信标站台向移动站播发差分改正信号,为我国沿 海提供差分GPS的24h服务,使用户在400km海域内接收差分信 号,陆地100km内接收差分信号得到2-5m的定位精度。用户只 要拥有一台信标GPS接收机,就可利用这一免费信号资源,进 行实时差分定位。此技术正在得到大力推广。
3.资料收集和分析 在技术设计之前,应收集测区下列资料: (1)最新出版的地形图和海图; (2)控制测量成果资料及其说明; (3)水位控制资料; (4)助航标志及航行障碍物的情况; (5)其他与测量有关的资料。
对所收集的资料,应对其可靠性及精度情况进行全面 分析,并作出对资料采用与否的结论。
(一)实地勘察 勘查内容 1.调查测区行政区划、社会情况、自然地理、
二.水下测绘测量的基本内容 3.进行水深测量、助航标志的测量、航行
障碍物的调查探测、水文和地质测定等;
二.水下测绘测量的基本内容 4.进行海岸地形测量。
三. 坐标系基准
1.平面坐标采用国家统一规定的坐标系,其与地心坐标 系的关系采用国家统一使用的转换参数或满足规范精度要求 的区域性转换参数。
2.高程采用1985年国家高程基准,远离大陆的岛、礁, 其高程基准可采用当地平均海面。
3.以理论最低潮面作为深度基准面,深度基准面的高度 从当地平均海面起算一般情况下,它应与国家高程基准进行 联测。深度基准面一经确定且在正规水深测量中已被采用者, 一般不得变动。
灯塔、灯桩的灯光中心高度从平均大潮高潮面起算。 海岸线以平均大潮高潮时所形成的实际痕迹进行测绘。
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§5-1.精度要求和技术设计
测深线的布设方向:
1.测深线垂直于等深线方向或者平行于等深线方向布设
测线布设的方向对采用单波束测深仪或多波束测深 仪是不同的。原则上,采用单波束测深仪时,主测线应 垂直等深线方向布设(虚线);采用多波束测深仪时, 主测线应大致平行于等深线方向布设(实线)。
2.测深线与水流轴线成 450方向
(对狭窄航道、锯齿形海岸)
足测图精度。
x x i2 y y i2 z z i2 1 2
2.GPS差分定位
目前GPS系统提供的单点定位精度是优于25米,而为 了得到更高的定位精度,我们通常采用差分GPS技术:
将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基 准站已知精密坐标,计算出基准站到卫星的距离改正数, 并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行 GPS观测的同时,也接收到基准站发出的改正数,并对其定 位结果进行改正,从而提高定位精度。
技术说明书的内容为:
1.任务的来源、性质、技术要求;测区的自然地理特点 ;技术设计的依据及原有测量成果的采用情况。
2.各施测控制点的等级、标石和觇标类型及造埋数量; 水深测量图幅、测深里程、航行障碍物的数量、海岸地形测 量的图幅、面积和岸线长度。
3.作业所需的各种主要仪器、器材、船只类型和数量。
4.根据测区地理气象及技术装备条件,确立不同海区的 作业率,并计算各种测量作业的工作量和工作天数。
水文气象、通讯、交通运输、物资器材、医疗卫生 和船舶避风锚泊等条件。
2.勘察已有控制网(点)和水准点位置、标志 类型及保存情况。实地勘察所需增设的控制点(包 括显著物标)间的通视情况、确定其位置、觇标类 型及标高;勘察导线路径上物理测距仪的工作条件
3.检查已有验潮站水准标志的保存情况,对潮 汐性质复杂资料又不足的海区,一般均应设站勘察。 拟新设的站,应勘察站位和设站条件。
(二)导航定位
一个典型的水深测量 定位系统包括:GPS接收机、 安装有导航系统软件的计 算机、导航显示器、操作 员使用的显示终端以及与 探深仪连接的的数据通讯 电缆,有时还需要专门的 同步定标器,其目的就是 控制测深仪的定标时间和 GPS 的定位取样时间保持 一致。
导航定位软件具有数据采集、质量控制以及界面友好的导 航定位信息显示功能。导航定位显示信息包括:测线和测量船 的位置,导航信息与数据采集信息,以及供船驾驶的航向和偏 航等
以1:5000比例尺施测; 港湾、锚地、狭窄水道、岛屿附近及其他有
较大军事价值的海区,以l:10000比例尺施测; 开阔的港湾、地貌较复杂的沿岸海区及多岛屿海 区,以1: 25000比例尺施测等。
测深线方向的布设原则: 1.有利于完整地显示海底地貌 2.有利于发现航行障碍物 3.有利于进行测绘工作
水下测绘概述
一.概述
建设现代化的深水港,开发国家深水岸段和沿海、河 口及内河航段,已建港口回淤研究与防治等都需要高精度的 水下地形图;
在桥梁、港口码头以及沿江河的铁路、公路等工程的 建设中也需要进行一定范围的水下地形测量;
海洋渔业资源的开发和海上养殖业等都需要了解相关 区域的水下地形;
海洋石油工业及海底输油管道、海底电缆工程和海底 隧道,以及海底矿藏资源的勘探和开发等,更是离不开水下 地形图;
§5-2导航定位
一、全站仪定位 二、导航(GPS)定位 三、数据获取与质量控制
(一)全站仪定位
传统的光学仪器定位,以行 驶的测船上与测深点在同一铅垂 线的标志为观测目标,由岸上的 两台经纬仪同时照准目标,实施 前方交会法定位,并且做到与水 深测量工作同步。
近年来,随着电子仪器的普 遍使用,用传统的光学经纬仪前 方交会法定位已很少采用。
江河湖泊及水库区域的防洪、灌溉、发电和污染治理等 离不开水下地形图这一基础资料;
在军事上,水下潜艇的活动、近海反水雷作战兵力的使 用、战时登陆与抗登陆地段的选择等,其相关区域的水下地 形图是指挥作战人员关心的资料;
从科学研究的角度上看,为了确定地幔表层及其物质结 构、研究板块运动、探讨海底火山爆发与地震等,也需要水 下特殊区域的地形图;
3.局部区域网差分定位系统
局域差分(LADGPS)是在局部区域内布设一个 GPS差分网,网内由若干个差分GPS基准站组成,通常 还包含至少1个监控站。处于该局域内的用户可根据多 个基准站提供的改正信息,经平差后求得自己的改正 数。它的作用距离一般在200~300km内,如我国沿海建 设的信标差分网。
新的方法是直接利用全 站仪,按方位—距离的极坐标 法进行定位。观测值通过无线 通信可以立即传输到测船上的 便携机中,立即计算出测点的 平面坐标,与对应点的测深数 据合并在一起;也可储存在岸 上测站与全站仪在线连接的电 子手薄中或全站仪的内存中。 到内业时由数字测图系统软件, 可自动生成水下地形图。
3.测深线成辐射线、平行圈 、螺旋线方向 (沙嘴、岬角、石陂延伸处或 重要海区的礁石与小岛周围)
补充测深线主要用于局部重要海域的加 密测深和对礁石、沙嘴、沉船等的探测
为了检查测深与定位是否存在系统误差或粗差, 并以此衡量测深测量成果总的精度,需要布设检 查线。检查线的方向应尽可能与主测线垂直,分 布均匀,要要求布设在较平坦处,能普遍检查主 测深线。检查线一般应占主测线总长5%~10 %.
为了进行国与国之间的海域划界工作,高精度的海底地 形图是必备的。
二.水下测绘测量的基本内容 1.建立平面和高程控制测量基础;
一般沿着所测区域进行面状或线状布设 海上控制网:海岸、岛—陆、岛—岛控制网
二.水下测绘测量的基本内容 2.进行水位观测,确定平均海面、深度基准面
和计算水深测量时的水位改正;
5.根据测区特点和作业技术水平,重点提出适当的作业 方法和注意事项,必要时应作出具体技术指示。
(三)测线布设
1.测深水域的确定 在进行海底地形测量前,需确定要测量水域
的范围。通常应用陆地控制点, 采用常规陆地测 量方法,测取需测深海域和海滩外围的范围。也 可以先测定海岸及沿海地形图。这样,就可以圈 定测深线布设的范围和设计测量方法。也可以实 现海洋地形和陆地地形的拼接
空间部分 用户部分
主控站 地面天线
1.单点GPS定位
单点GPS定位就是采用一台GPS接收机,以测码伪距为观 测量,根据单点定位的原理。确定测量船的水深测量瞬时位 置在WGS-84系中的坐标,也称为绝对定位。
定位的精度取决于应用的测距码。当采用P码时,单点定 位精度为5-10米;当采用S码时,定位精度为20-50米。根据 水下地形测量定位精度的要求,当测量比例尺小于1:50000 时,由于定位精度要求低,采用单点定位GPS定位方式可以满
国内外具体处理方法一般有两种: 一种是规定图上主测深线的间隔为10mm的情况下,根据
上述原则确定海区的测图比例尺; 另一种是根据上述原则先确定实地上主测深线的间隔,
再取其图上相应的间隔,如6mm、8mm、10mm,最后确定测图 比例尺。
我国水下地形测图比例尺一般为: 港地以及一些面积较小但较重要的岛屿周围,
一、精度要求
水深测量的精度主要由测点的测深精度和定位精 度决定,其精度必须满足相应的国家标准、行业 标准或特定测量项目的精度要求。
二、技术设计
包括项目设计和技术设计
1.项目设计 主要包括确定测区范围,划分幅图和确定测量比例尺, 标定免测范围或确定不同比例尺图幅之间的具体分界线,明 确实施测量工作中的重要技术保证措施,编写项目设计书和 绘制有关附图。 2.专业设计 首先应全面地收集和分析测区有关资料,进行初步设计 ;然后对某些资料不足或难以评估资料可靠性的海区,进行 实地勘察和调查;在此基础上对初步设计进行修改和充实, 并编制技术设计书。
与位置差分相似,伪距差分能将两站公共误差抵消 ,但随着用户到基准站距离的增加又出现了系统误差, 这种误差用任何差分法都是不能消除的。用户和基准站 之间的距离对精度有决定性影响。
(3)GPS-RTK定位系统
RTK技术始于20世纪90年代初,是基于载波相位观测值基础上的实 时动态定位技术。如图所示,RTK技术的工作模式是在已知点上架设基 准站,接受机借助电台将其观测值及坐标信息,发送给流动站接收机, 流动站接收机通过电台(数据链)接受来自基准站的数据,同时还要采 集GPS观测数据,在系统内形成载波相位差分观测方程,采用卡尔曼滤波 技术,在运动中初始化求出整周模糊度。并进行实时处理,求得其三维 坐标(X,Y,Z),精度可达厘米级。
4.资料不足的港、湾、河口及易变地段应进行 实地勘察,以提出合理的施测方案。
5.调查了解测区内航行障碍物的变化情况。 6.勘察岸台、检查台、比对点的位置,测试测 区电磁场对无线电定位仪的干扰情况。
(二)制定技术设计书
通过实地勘察,对初步设计进行修改,制定技术设计书。
技术设计书由技术说明书,控制测量、水深测量和海岸线地 形测量设计图及有关附图和附表组成。
最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和 用户站的共同误差,例如卫星轨道误差、 SA影响、大 气影响等,提高了定位精度。以上先决条件是基准站和 用户站观测同一组卫星的情况。 位置差分法适用于用 户与基准站间距离在100km以内的情况。
(2)伪距差分定位
伪距差分是目前用途最广的一种技术。在基准站上 的接收机要求得它至可见卫星的距离,并将此计算出的 距离与含有误差的测量值加以比较。利用一个α-β 滤 波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测 距误差传输给用户,用户利用此测距误差来改正测量的 伪距。最后,用户利用改正后的伪距来解出本身的位置 ,就可消去公共误差,提高定位精度。
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