黄河水库河道地形断面测量系统技术总结(63页)-工作总结(编辑修改稿)

黄河水库河道地形断面测量系统技术总结(63页)-工作总结(编辑修改稿)内容摘要：

是说，在数 据处理时，将接收机天线的位置作为一个随时间的改变而改变的量。 （ 2）静态定位 所谓静态定位，就是在进行 GPS 定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。 即在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。 在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式是由多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等。 GPS 伪距导航原理 GPS 伪距导航是 GPS 系统最基本的服务方式。 GPS 采用“多星、高轨、测距”的体制，以接收机天线相 位中心至观测卫星的距离作为观测量，利用观测到的 4 颗以上卫星的距离（即包含有误差的伪距观测量），计算出接收机相对于卫星的位置。 GPS 采用统一的原子时系统（与国际原子时差一常数），卫星上设有原子钟，接收机有石英钟，它们的钟面时与标准时间都会有钟差，从测距的角度要求卫星和接收机钟要同步，或化算至标准时间上。 设 GPS 时间基准为 t ，卫星和接收机的钟面时分别为 jt 、 Rt ，它们钟差为： ttt jj  、 ttt RR  即 jj ttt  ； RR ttt  （公式 21） 设某一信号发射与接受都无钟差时，发播时刻为 st ，接收时刻为 rt。 那么传 播时间延 15 迟为： sr tt  ，卫星和接收机间的准确距离为： ()rsc t t，但实际上存在钟差，只能得到钟面时 sjt 、 rRt ，而延迟为： sjrR tt 39。  ， 则 39。 ( )rsRjt t t t       两边同乘光速 c 有 39。 ( )rsjRc c t c t t c t       （公式 22） 上式中，卫星钟差 jt 由监测站测定后通过导航电文传给用户，是已知量。 那么伪距观测 c 实际上是含有钟差的时间延迟对应的距离；而 c 为星站间真实的几何距离 ，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） 这里未知数有接收机位置 ( , , )XY Z 和接收机钟差 Rt ，所以需 4 颗卫星以上才能三维定位。 RTK 定位技术 GPS 动态单点定位精度一般在十几米 —几十米，高程精度更不可靠，一般用于导航或其他精度要求不高的应用，不能满足地形测量的需要。 为提高定位精度引入相对定位，即差分定位 (DGPS)。 差分定位按照基准站的数量可分为单基准站差分、具有多个基准站的局部区域差分和广域差分三种类型。 单基站差分按照基准站发送的信息方式，可分为位置差分、伪距差分和载波相位差分。 位置差分发送的是坐标改正数，它要求用户必须观测同一组卫星，这只能在近距离范围内可以做到，一般只适用于 100km 以内。 伪距差 分发送的是伪距改正数，即基准站根据已知坐标和测量坐标，求出的每颗卫星每一时刻到基准站的距离改正数。 它比位置差分作业范围广，但是差分精度随用户到基准站距离的增加而降低。 载波相位差分技术又称 RTK技术。 RTK（ Real Time Kinematic） ,是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。 载波相位差分方法分两类，一类是修正法，另一类是差分法。 修正法将基准站的载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到的载波相位，再求解坐标。 差分法将基准站采集的载波相位发送给用户，进行求差解算坐标。 所以修正法属准 RTK，差分 法才是真正的 RTK。 RTK定位技术可应用于精密定位、地形测量和地籍测绘。 RTK 技术同样受用户到基准站的距离限制，为解决该问题，发展成局部区域差分和广 16 域差分技术。 局部区域差分技术（ LADGPS），顾名思义也就是在局部区域采用差分技术，该技术要求在区域中布设一个由若干个 GPS 基准站组成的 GPS 差分网，通常还包含一个或数个监控站。 位于该区域的用户接收多个基准站发送的改正信息，平差得到自己的改正数。 广域差分（ WADGPS）就是将 GPS 观测量的误差源加以区分，并单独对每一种误差源加以 “模型化 ”，将计算出的来自每一误 差源的数据通过数据链传给用户，以削弱这些误差源对定位结果的影响，提高定位精度。 WADGPS定位精度分布均匀，在其覆盖范围内定位精度相当，且其定位精度比 LDGPS 高。 采用广域差分 GPS技术进行差分定位，点位精度一般优于 4m。 RTK 适用于小范围的差分定位工作，在较大范围区域采用局部区域差分技术，对于整个国家或几个国家的广大区域，应用广域差分技术。 GPS 用于水库河道地形（断面）测量的总体设计 GPS 用于断面测量的作业模式及工作原理 目前，水库河道地形测量主要采用断面法，外业测量可分组进 行，各负责一个断面的测量工作，每组用 4 台 GPS联合作业，其结构框图如 图 25。 其中， GPS参考站设立在岸上已知三维坐标的平高控制点上， GPS 船台站、汽垫船站、便携站为移动站，各个 GPS站均配有 4000SSE接收机一台、数传电台一部、 GPS天线、数传电台天线及电源；另外，GPS 汽垫船 站 和便携站还配有测量控制器， GPS 船台站配有 MD300 回声测深仪和与之配套的数据接收、传输和处理用的计算机网。 其工作原理如下： 1． GPS 参考站： 参考站 GPS 接收机安置在已知点上，并将该点已知坐标、天线高、 WGS— 84 坐标GPS 参 考 站 GPS 船台站 GPS 汽垫船站 GPS 便携站 图 25 新型水库河道断面测量作业模式 17 系统、与已知的当地坐标系统的转换参数，通过测量控制器输入到参考站的 GPS接收机中，参考站 GPS 接收机根据接收的卫星信息计算出所在位置的 WGS— 84坐标，并与由当地坐标根据转换参数转换而来的 WGS— 84 坐标值相比较计算出改正信息。 该 GPS接收机工作于 RTK OUTPUT 方式，它把计算出的改正信息通过数传电台连续向外发射，供移动站接收。 同时也将原始数据记录于接收机记忆体中，记忆体记满后可及时倒入便携机中。 参考站配置及工作流程如下。 2．船台站 （ 1）船台站工作流程 船台站是完成水上作业的主要移动站，是该系统的核心部分，其配置如下。 船台站 GPS 接收机工作于 RTK INPUT 方式。 它同时接收到卫星定位信息和由参考站电台天线 数传电台 便携 PC 机 GPS倒数据软件 GPS4000SSE型接收机 电 源 GPS 天线 图 26 参考站配置及工作流程图 换能器 28KHZ 换能器 200KHZ GPS 天线 GPS 接收机 PC计算机 MDCS/MDPS软件 GPS 数传电台 全站仪数传电台 MD300 硬件 导航显示器 棱镜 图 27 船台站配置及工作流程图 天线 1台 天线 2台 18 传来的改正信息，并将差分后的精确坐标实时地显示和记录在 PC 机内。 在测量船上，安装有 MD 300 回声测深系统，利用该系统进行测量规划、实时测量、参数改正，可实时地观察到水深和河底变化情况。 在进行参数 修改设置后，测深系统可进行自动测深、显示和数据记录，同时导航显示器可实时地给出导航信息，以保证驾驶人员能够严格按照预定的路线 (也即断面线 )行驶。 在测船行驶到大坝跟或陡岸的岸边时，可能会出现 GPS 接收机收到的卫星数目少于 4 颗而不能进行精确三维定位的情况，这时可以用在岸上已知点上架设的全站仪，测定测船上棱镜所在位置的三维坐标，并自动通过数传电台向测船发射，测船上的全站仪数传电台接收到定位数据后及时传送到计算机。 计算机再利用 MDCS 专用软件采集 GPS接收机、全站仪和回声测深仪的测量数据。 在外业一个断面测量结束后， 可以通过运行 MDPS后处理专用软件，对计算机采集的数据进行检查、修改及矢量化等一系列加工处理，最后，通过打印机输出河道 (水库 )的断面图，也可将这些数据送到数据处理中心 ,利用 VID 软件进行分析 、 计算，绘出河道地形图、断面图，并可计算出所需的各种淤积成果表、成果图，建立水库、河道（断面）地形信息库。 （ 2）回声测深仪的工作原理、 系统 构成及 MD301E 的 主要技术参数 回声测深仪的 工作原理： 回声侧深仅原理如 图 28 所示，在船底安装有发射超声波的发射换能器 A 和接收超声波的接收换能器 B， AB 间距为 S，称为 基线。 发射换能器 A 以间歇形式向 水 底发射超声波，声波到达 水 底后，一部分能量被吸收；一部分能量反射回来，被接收换能器 B 接收变成电信号用来显示水深。 由图可知： 图 28：回声测深仪基本原理 19 222222   SctDAMAODhDH （ 公式 2 4） 式中， H为水深， D 为吃水， t为声波从发射至接收的往返时间。 若取 c=1500m/s，并忽略 s/2，则 tcth 75021  （ 公式 2 5） 于是，由上述公式可得： tDH 750 （ 公式 2 6） 在该公式中，只要测得 J 就可以得出水深了。 回声测深仪系统的 构成： 一般回声测深仪包括下列六个部分，如 错误 !未找到引用源。 29 所示。 图 29：回声测深仪的组成 MD301E的主要技术参数： 我们引进的 MD301E 是水道测量回声测深系统 MD300 系列的一个类型，其主要技术参数如下： ① 普通参数 通道数 1 到 8 ， 扩大 步长 1 工作电压 12VDC 分辨 率 28KHz 200KHz 发射功率 每个通道 100W RMSmin(最小有效值 ) 数字输入输出 以 太网（ BNC）（估计为二进制码） 仪器安装箱 19″框架封固式机箱 波 射 反 发 射 波 显示器 激发控制 电源设备 激发器 放大器 发射换能器 接收换能器 船电 回波信号 20 尺寸 133*448*301（ H*W*D） ② 遥控可调尺寸参数 发射脉冲长（脉宽） ，调整步长 脉冲重复间隔（间隔周期） 555500毫秒，调整步长 55ms 灵敏度控制 四级 TVG（时间增益）控制 四级 声速 13501650m/s，可调整步长为 1m/s 采样 回声波水平 115，可调整步长为 1 测深范围 10200m，可调整步长为 10m 发射组合 4 或 8 通道同时发射 通道能动性 单独控制 3．气垫船站和便携站 气垫船站和便携站的配置及工作流程如图 210，这两个站的 GPS 接收机工作于 RTK INPUT 方式，配备有数传电台和测量控制器。 数传电台连续地接收 GPS 参考站发来的改正信息，并立即传输给流动站 GPS 接收机，流动站 GPS 接收机将差分后的数据传给测量控制器，测量控制器可根据预定的计划给出导航信息并记录所有 测点的数据。 气垫船主要用于嫩滩部分测量 ， 可以对 GPS设定自动记录，时间间隔为 1 秒～ 1 5 分钟，若记录时间设定，气垫船在行进中每隔一个时段， GPS就自动记录一组位置三维数据；便携站仅需一人即可工作，测量人员可背着 GPS 接收机和数传电台，手持测距杆 (测距杆上安有 GPS天线 )用停走测量法将三维坐标数据记入测量控制器中，它主要用于滩地测量。 GPS 断面测量 方法 水库河道测量工作与常规测量方法相似，按其性质也可分为外业和内业两大部分。 外天 线 数传电台 4000SSE 型接收机 GPS 天线 TDC1 测量控制器 图 210 汽垫船站、便携站配置及工作流程图 21 业 工作主要包括选点、埋石、野外观测作业、成果质量检核等。 由于 GPS测量观测站之间已无需通视，而且网的图形结构也比较灵活，选点工作较经典控制测量的选点简单，但 GPS测量对选点也有新的要求。 野外观测作业进行的控制测量或地形测量与常规方法相比均有所不同，成果检核条件、方法与标准均有新的要求。 野外观测作业进行的控制测量或地形测量与常规方法相比均有所不同，成果检核条件、方法与标准均有新的要求。 1．控制测量 在进行水库河道地形测量之前，首先要进行控制测量，控制测量的优劣直接影响着水库测量成果的精度。 对控制网的精度 要求，主要取决于网的用途，精度指标通常均以网中相邻点之间的距离误差来表示， 其形式为： m = a + b 179。 D （公式 27）。