长距离RTK定位技术在天津港航道疏浚测量中的应用

1  应用背景

随着天津港25万吨级航道的开工建设，航道总里程也延伸到了44+0，主航道加长了，同时对施工测量时的水位控制提出了更高的要求。在南疆码头（3+0）、大沽灯塔（24+0）设有长期验潮站，随着航道加长，航道末端距离大沽灯塔也有20公里，尤其航道在36+0处向南改向，使得36+0至44+0段的水位控制更加困难，在涨潮和落潮时段所测得的水深图有着明显的系统误差。

基于上述原因，我们决定在航道外段（32+0---44+0）应用LRK定位技术进行无验潮水深测量的尝试。

2  LRK定位原理

随着现代科技的发展，GPS定位技术正以其全天候、全球性、自动化、高效益、高精度等优势广泛应用于经济建设和科学研究的诸多领域，尤其在测绘行业，GPS技术正逐步改变着我们传统的作业方法和手段。GPS静态测量已经能为我们提供毫米级点位精度的平面控制测量，采用载波相位差分技术的GPS实时动态测量，简称RTK（Real Time Kinematics）定位技术，是一种实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法，基准站的GPS接收机实时地把观测数据、载波相位改正数及已知数据通过UHF数据链传输给移动站的GPS接收机，移动站快速求解整周模糊度，解算出厘米级的动态位置。

2.1  LRK定位技术

LRK定位技术是法国THALES导航定位公司提出的一种长距离的RTK定位技术，作用距离可达40公里以上。其原理是利用UHF数据链把基准站的GPS观测原始数据、载波相位改正数、已知点数据等实时传输到移动台站。移动站同时观测，采集相同卫星的测量数据，与基准站发送来的数据联合进行解算，快速求解整周模糊度。在具备四颗或以上卫星时，可快速实时解算出厘米级的移动站的动态位置。

一般情况下，采用UHF数据链作为RTK载波相位改正数传输载体的RTK-DGPS，其动态初始化的极限距离一般为15公里，超过15公里后，数据链传输质量明显下降，无法进行正常的RTK定位。

为解决上述问题，我们引进了法国THALES公司生产的专门用于水上作业的Sagitta双频RTK-DGPS定位系统。该系统最突出的特点是长距离的、高效的UHF数据链，发射电台功率仅为4瓦，作用距离可达40公里以上，在数据发射、接收解码方面采用了多项专利技术，使得数据误码率大大降低，该UHF数据链是目前世界商用市场上最好的数据链。该套设备的定位精度（基线精度）：平面为5mm+0.5ppm，高程为：10mm+1ppm。

为保证数据传输质量，我们为该套系统选取了较好的通讯条件，基准站电台天线架设在88米高处的海边，与作业现场直线通视，满足了无线电波传输的条件。经测试，在距离台站42公里时（航道里程约为50+0），差分信号仍有较强的信噪比，数据传输稳定。热启动初始化只需1—2分钟，冷启动初始化大约需要5—10分钟。

LRK定位技术以长距离、实时、快速、高精度（实时基线精度可达到厘米级）为特点，使得我们在航道外段进行无验潮水深测量成为可能。

2.2  无验潮水深测量原理

无验潮水深测量是集RTK-DGPS定位技术、数字化测深技术、三维涌浪补偿技术、应用软件、计算机处理系统于一体的水下地形测量系统。该系统运用了GPS高精度实时载波相位差分定位，加之三维涌浪实时补偿，在计算机应用软件的支持下，使得无需验潮即可进行水下地形的测量工作。

图1 无验潮水深测量基本原理图

如图1所示，采用RTK定位技术可精确测定GPS天线的三维位置（x，y，H），其中x、y用于平面定位，H为椭球高。测深系统可实时测定换能器底面至海底的深度D，所以有如下公式：

                   DP = D + df – T