【文章內(nèi)容簡介】 是說，在數(shù) 據(jù)處理時，將接收機(jī)天線的位置作為一個隨時間的改變而改變的量。 （ 2）靜態(tài)定位 所謂靜態(tài)定位，就是在進(jìn)行 GPS 定位時，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個觀測過程中的位置是保持不變的。即在數(shù)據(jù)處理時，將接收機(jī)天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量。在測量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測量定位，其具體觀測模式是由多臺接收機(jī)在不同的測站上進(jìn)行靜止同步觀測，時間由幾分鐘、幾小時甚至數(shù)十小時不等。 GPS 偽距導(dǎo)航原理 GPS 偽距導(dǎo)航是 GPS 系統(tǒng)最基本的服務(wù)方式。 GPS 采用“多星、高軌、測距”的體制，以接收機(jī)天線相 位中心至觀測衛(wèi)星的距離作為觀測量，利用觀測到的 4 顆以上衛(wèi)星的距離（即包含有誤差的偽距觀測量），計算出接收機(jī)相對于衛(wèi)星的位置。 GPS 采用統(tǒng)一的原子時系統(tǒng)（與國際原子時差一常數(shù)），衛(wèi)星上設(shè)有原子鐘，接收機(jī)有石英鐘，它們的鐘面時與標(biāo)準(zhǔn)時間都會有鐘差，從測距的角度要求衛(wèi)星和接收機(jī)鐘要同步，或化算至標(biāo)準(zhǔn)時間上。設(shè) GPS 時間基準(zhǔn)為 t ，衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘面時分別為 jt 、 Rt ，它們鐘差為： ttt jj ??? 、 ttt RR ??? 即 jj ttt ??? ； RR ttt ??? （公式 21） 設(shè)某一信號發(fā)射與接受都無鐘差時，發(fā)播時刻為 st ，接收時刻為 rt 。那么傳 播時間延 15 遲為： sr tt ??? ，衛(wèi)星和接收機(jī)間的準(zhǔn)確距離為： ()rsc t t???，但實(shí)際上存在鐘差，只能得到鐘面時 sjt 、 rRt ，而延遲為： sjrR tt ??39。? ， 則 39。 ( )rsRjt t t t? ? ? ? ? ? ? 兩邊同乘光速 c 有 39。 ( )rsjRc c t c t t c t? ? ? ? ? ? ? （公式 22） 上式中，衛(wèi)星鐘差 jt? 由監(jiān)測站測定后通過導(dǎo)航電文傳給用戶，是已知量。那么偽距觀測 c????? 實(shí)際上是含有鐘差的時間延遲對應(yīng)的距離；而 ?c 為星站間真實(shí)的幾何距離? ，所以代入上式有： 2 2 239。 ( ) ( ) ( )j j j j Rc t X X Y Y Z Z c t? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （公式 23） 這里未知數(shù)有接收機(jī)位置 ( , , )XY Z 和接收機(jī)鐘差 Rt? ，所以需 4 顆衛(wèi)星以上才能三維定位 。 RTK 定位技術(shù) GPS 動態(tài)單點(diǎn)定位精度一般在十幾米 —幾十米，高程精度更不可靠，一般用于導(dǎo)航或其他精度要求不高的應(yīng)用，不能滿足地形測量的需要。為提高定位精度引入相對定位，即差分定位 (DGPS)。差分定位按照基準(zhǔn)站的數(shù)量可分為單基準(zhǔn)站差分、具有多個基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分和廣域差分三種類型。 單基站差分按照基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式，可分為位置差分、偽距差分和載波相位差分。位置差分發(fā)送的是坐標(biāo)改正數(shù)，它要求用戶必須觀測同一組衛(wèi)星，這只能在近距離范圍內(nèi)可以做到，一般只適用于 100km 以內(nèi)。偽距差 分發(fā)送的是偽距改正數(shù)，即基準(zhǔn)站根據(jù)已知坐標(biāo)和測量坐標(biāo)，求出的每顆衛(wèi)星每一時刻到基準(zhǔn)站的距離改正數(shù)。它比位置差分作業(yè)范圍廣，但是差分精度隨用戶到基準(zhǔn)站距離的增加而降低。載波相位差分技術(shù)又稱 RTK技術(shù)。 RTK（ Real Time Kinematic） ,是實(shí)時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。載波相位差分方法分兩類，一類是修正法，另一類是差分法。修正法將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的載波相位，再求解坐標(biāo)。差分法將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。所以修正法屬準(zhǔn) RTK，差分 法才是真正的 RTK。 RTK定位技術(shù)可應(yīng)用于精密定位、地形測量和地籍測繪。 RTK 技術(shù)同樣受用戶到基準(zhǔn)站的距離限制，為解決該問題，發(fā)展成局部區(qū)域差分和廣 16 域差分技術(shù)。局部區(qū)域差分技術(shù)（ LADGPS），顧名思義也就是在局部區(qū)域采用差分技術(shù)，該技術(shù)要求在區(qū)域中布設(shè)一個由若干個 GPS 基準(zhǔn)站組成的 GPS 差分網(wǎng)，通常還包含一個或數(shù)個監(jiān)控站。位于該區(qū)域的用戶接收多個基準(zhǔn)站發(fā)送的改正信息，平差得到自己的改正數(shù)。廣域差分（ WADGPS）就是將 GPS 觀測量的誤差源加以區(qū)分，并單獨(dú)對每一種誤差源加以 “模型化 ”，將計算出的來自每一誤 差源的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈傳給用戶，以削弱這些誤差源對定位結(jié)果的影響，提高定位精度。 WADGPS定位精度分布均勻，在其覆蓋范圍內(nèi)定位精度相當(dāng)，且其定位精度比 LDGPS 高。采用廣域差分 GPS技術(shù)進(jìn)行差分定位，點(diǎn)位精度一般優(yōu)于 4m。 RTK 適用于小范圍的差分定位工作，在較大范圍區(qū)域采用局部區(qū)域差分技術(shù)，對于整個國家或幾個國家的廣大區(qū)域，應(yīng)用廣域差分技術(shù)。 GPS 用于水庫河道地形（斷面）測量的總體設(shè)計 GPS 用于斷面測量的作業(yè)模式及工作原理 目前，水庫河道地形測量主要采用斷面法，外業(yè)測量可分組進(jìn) 行，各負(fù)責(zé)一個斷面的測量工作，每組用 4 臺 GPS聯(lián)合作業(yè)，其結(jié)構(gòu)框圖如 圖 25。其中， GPS參考站設(shè)立在岸上已知三維坐標(biāo)的平高控制點(diǎn)上， GPS 船臺站、汽墊船站、便攜站為移動站，各個 GPS站均配有 4000SSE接收機(jī)一臺、數(shù)傳電臺一部、 GPS天線、數(shù)傳電臺天線及電源；另外，GPS 汽墊船 站 和便攜站還配有測量控制器， GPS 船臺站配有 MD300 回聲測深儀和與之配套的數(shù)據(jù)接收、傳輸和處理用的計算機(jī)網(wǎng)。 其工作原理如下： 1． GPS 參考站： 參考站 GPS 接收機(jī)安置在已知點(diǎn)上，并將該點(diǎn)已知坐標(biāo)、天線高、 WGS— 84 坐標(biāo)GPS 參 考 站 GPS 船臺站 GPS 汽墊船站 GPS 便攜站 圖 25 新型水庫河道斷面測量作業(yè)模式 17 系統(tǒng)、與已知的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，通過測量控制器輸入到參考站的 GPS接收機(jī)中，參考站 GPS 接收機(jī)根據(jù)接收的衛(wèi)星信息計算出所在位置的 WGS— 84坐標(biāo)，并與由當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)根據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換而來的 WGS— 84 坐標(biāo)值相比較計算出改正信息。該 GPS接收機(jī)工作于 RTK OUTPUT 方式，它把計算出的改正信息通過數(shù)傳電臺連續(xù)向外發(fā)射，供移動站接收。同時也將原始數(shù)據(jù)記錄于接收機(jī)記憶體中，記憶體記滿后可及時倒入便攜機(jī)中。參考站配置及工作流程如下。 2．船臺站 （ 1）船臺站工作流程 船臺站是完成水上作業(yè)的主要移動站，是該系統(tǒng)的核心部分，其配置如下。 船臺站 GPS 接收機(jī)工作于 RTK INPUT 方式。它同時接收到衛(wèi)星定位信息和由參考站電臺天線 數(shù)傳電臺 便攜 PC 機(jī) GPS倒數(shù)據(jù)軟件 GPS4000SSE型接收機(jī) 電 源 GPS 天線 圖 26 參考站配置及工作流程圖 換能器 28KHZ 換能器 200KHZ GPS 天線 GPS 接收機(jī) PC計算機(jī) MDCS/MDPS軟件 GPS 數(shù)傳電臺 全站儀數(shù)傳電臺 MD300 硬件 導(dǎo)航顯示器 棱鏡 圖 27 船臺站配置及工作流程圖 天線 1臺 天線 2臺 18 傳來的改正信息，并將差分后的精確坐標(biāo)實(shí)時地顯示和記錄在 PC 機(jī)內(nèi)。在測量船上，安裝有 MD 300 回聲測深系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)進(jìn)行測量規(guī)劃、實(shí)時測量、參數(shù)改正，可實(shí)時地觀察到水深和河底變化情況。在進(jìn)行參數(shù) 修改設(shè)置后，測深系統(tǒng)可進(jìn)行自動測深、顯示和數(shù)據(jù)記錄，同時導(dǎo)航顯示器可實(shí)時地給出導(dǎo)航信息，以保證駕駛?cè)藛T能夠嚴(yán)格按照預(yù)定的路線 (也即斷面線 )行駛。在測船行駛到大壩跟或陡岸的岸邊時，可能會出現(xiàn) GPS 接收機(jī)收到的衛(wèi)星數(shù)目少于 4 顆而不能進(jìn)行精確三維定位的情況，這時可以用在岸上已知點(diǎn)上架設(shè)的全站儀，測定測船上棱鏡所在位置的三維坐標(biāo)，并自動通過數(shù)傳電臺向測船發(fā)射，測船上的全站儀數(shù)傳電臺接收到定位數(shù)據(jù)后及時傳送到計算機(jī)。計算機(jī)再利用 MDCS 專用軟件采集 GPS接收機(jī)、全站儀和回聲測深儀的測量數(shù)據(jù)。在外業(yè)一個斷面測量結(jié)束后， 可以通過運(yùn)行 MDPS后處理專用軟件，對計算機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、修改及矢量化等一系列加工處理，最后，通過打印機(jī)輸出河道 (水庫 )的斷面圖，也可將這些數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理中心 ,利用 VID 軟件進(jìn)行分析 、 計算，繪出河道地形圖、斷面圖，并可計算出所需的各種淤積成果表、成果圖，建立水庫、河道（斷面）地形信息庫。 （ 2）回聲測深儀的工作原理、 系統(tǒng) 構(gòu)成及 MD301E 的 主要技術(shù)參數(shù) 回聲測深儀的 工作原理： 回聲側(cè)深僅原理如 圖 28 所示，在船底安裝有發(fā)射超聲波的發(fā)射換能器 A 和接收超聲波的接收換能器 B， AB 間距為 S，稱為 基線。發(fā)射換能器 A 以間歇形式向 水 底發(fā)射超聲波，聲波到達(dá) 水 底后，一部分能量被吸收；一部分能量反射回來，被接收換能器 B 接收變成電信號用來顯示水深。由圖可知： 圖 28：回聲測深儀基本原理 19 222222 ??????????????????? ? SctDAMAODhDH （ 公式 2 4） 式中， H為水深， D 為吃水， t為聲波從發(fā)射至接收的往返時間。若取 c=1500m/s，并忽略 s/2，則 tcth 75021 ?? （ 公式 2 5） 于是，由上述公式可得： tDH 750?? （ 公式 2 6） 在該公式中，只要測得 J 就可以得出水深了。 回聲測深儀系統(tǒng)的 構(gòu)成： 一般回聲測深儀包括下列六個部分，如 錯誤 !未找到引用源。 29 所示。 圖 29：回聲測深儀的組成 MD301E的主要技術(shù)參數(shù)： 我們引進(jìn)的 MD301E 是水道測量回聲測深系統(tǒng) MD300 系列的一個類型，其主要技術(shù)參數(shù)如下： ① 普通參數(shù) 通道數(shù) 1 到 8 ， 擴(kuò)大 步長 1 工作電壓 12VDC 分辨 率 28KHz 200KHz 發(fā)射功率 每個通道 100W RMSmin(最小有效值 ) 數(shù)字輸入輸出 以 太網(wǎng)（ BNC）（估計為二進(jìn)制碼） 儀器安裝箱 19″框架封固式機(jī)箱 波 射 反 發(fā) 射 波 顯示器 激發(fā)控制 電源設(shè)備 激發(fā)器 放大器 發(fā)射換能器 接收換能器 船電 回波信號 20 尺寸 133*448*301（ H*W*D） ② 遙控可調(diào)尺寸參數(shù) 發(fā)射脈沖長（脈寬） ，調(diào)整步長 脈沖重復(fù)間隔（間隔周期） 555500毫秒，調(diào)整步長 55ms 靈敏度控制 四級 TVG（時間增益）控制 四級 聲速 13501650m/s，可調(diào)整步長為 1m/s 采樣 回聲波水平 115，可調(diào)整步長為 1 測深范圍 10200m，可調(diào)整步長為 10m 發(fā)射組合 4 或 8 通道同時發(fā)射 通道能動性 單獨(dú)控制 3．氣墊船站和便攜站 氣墊船站和便攜站的配置及工作流程如圖 210，這兩個站的 GPS 接收機(jī)工作于 RTK INPUT 方式，配備有數(shù)傳電臺和測量控制器。數(shù)傳電臺連續(xù)地接收 GPS 參考站發(fā)來的改正信息，并立即傳輸給流動站 GPS 接收機(jī)，流動站 GPS 接收機(jī)將差分后的數(shù)據(jù)傳給測量控制器，測量控制器可根據(jù)預(yù)定的計劃給出導(dǎo)航信息并記錄所有 測點(diǎn)的數(shù)據(jù)。氣墊船主要用于嫩灘部分測量 ， 可以對 GPS設(shè)定自動記錄，時間間隔為 1 秒～ 1 5 分鐘，若記錄時間設(shè)定，氣墊船在行進(jìn)中每隔一個時段， GPS就自動記錄一組位置三維數(shù)據(jù)；便攜站僅需一人即可工作，測量人員可背著 GPS 接收機(jī)和數(shù)傳電臺，手持測距桿 (測距桿上安有 GPS天線 )用停走測量法將三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)記入測量控制器中，它主要用于灘地測量。 GPS 斷面測量 方法 水庫河道測量工作與常規(guī)測量方法相似，按其性質(zhì)也可分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩大部分。外天 線 數(shù)傳電臺 4000SSE 型接收機(jī) GPS 天線 TDC1 測量控制器 圖 210 汽墊船站、便攜站配置及工作流程圖 21 業(yè) 工作主要包括選點(diǎn)、埋石、野外觀測作業(yè)、成果質(zhì)量檢核等。由于 GPS測量觀測站之間已無需通視，而且網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活，選點(diǎn)工作較經(jīng)典控制測量的選點(diǎn)簡單，但 GPS測量對選點(diǎn)也有新的要求。野外觀測作業(yè)進(jìn)行的控制測量或地形測量與常規(guī)方法相比均有所不同，成果檢核條件、方法與標(biāo)準(zhǔn)均有新的要求。野外觀測作業(yè)進(jìn)行的控制測量或地形測量與常規(guī)方法相比均有所不同，成果檢核條件、方法與標(biāo)準(zhǔn)均有新的要求。 1．控制測量 在進(jìn)行水庫河道地形測量之前，首先要進(jìn)行控制測量，控制測量的優(yōu)劣直接影響著水庫測量成果的精度。對控制網(wǎng)的精度 要求，主要取決于網(wǎng)的用途，精度指標(biāo)通常均以網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間的距離誤差來表示， 其形式為： m = a + b 179。 D （公式 27）