GNSS船姿测量方法及对多波束测深精度的影响分析

GNSS船姿测量以其观测误差不随时间累积的特点得到了广泛研究和应用,本文基于三天线GNSS船姿测量方式,构建了波束脚印误差与姿态误差间的关系模型,设计仿真实验分析了基线长度对姿态误差的影响,以及不同水深环境下姿态误差与GNSS定位误差的关系。为突破传统RTK在测量距离上的限制,本文采用PPP、PPK、MBD (动态参考站差分)三种方法进行GNSS船姿计算,并通过海上实验与高精度惯性导航系统进行对比分析,结果表明使用MBD测姿结果要优于PPK和PPP模式,得到的航偏角、横摇角、纵摇角标准差均在0.1°左右,可满足通常情况下多波束测深对姿态精度的要求。     

利用相邻测线重叠区域进行多波束测深横摇运动残差改正

针对多波束测深条带边缘波束易受到姿态和声速等多种误差影响、相对中央波束数据质量较低的问题,本文提出一种利用相邻测线重叠区域对多波束测深数据边缘波束进行横摇运动残差改正的模型,提高边缘波束测深数据的质量。使用沿航向的测深点匹配插值模型,完成中央波束测深点与边缘波束测深点的匹配,得到边缘波束测深误差值;使用横摇运动残差改正模型,实现顾及姿态角的条件下补偿波束入射角。计算实例表明：本文模型能够较为准确地提取边缘波束测深误差值,改正后的海底地形削弱了误差导致的上下起伏,有效地减少了影响边缘波束的多种误差,具有实际的工程应用价值。     

测船非匀速直线测量引起的多波束测深误差分析

多波束测深系统作业的基本前提是测船保持匀速直线运动状态,而实际作业中非匀速运动状态下的多波束测量普遍存在,此时常用的基于加速度测量原理的测姿设备会受到影响。为此,在多波束测姿误差分析的基础上,针对直线加速、U型转弯两种情况下的测姿误差进行研究,通过INS测姿与GNSS三天线测姿的数据比较,对非匀速直线运动状态下姿态误差的影响特点及程度进行了分析。实验证明当测船做直线加速运动时,会使纵摇角产生较大误差;当测船转弯时,会使横摇角产生较大误差,这对指导多波束实际测量具有一定的参考价值。     

任意姿态下矢量物理量的测量数据修正计算方法探讨

工程中矢量物理量的测量,例如水中目标的磁场、电场的测量,通常测量传感器的姿态角是任意或随机的,因此需要对传感器平台的姿态角进行测量,并由此将矢量物理量的测量数据修正到确定的参照坐标系。 分析了文献中通常使用的修正算法,即根据传感器平台姿态角测量值直接引用欧拉角旋转变换公式,分析表明这一算法存在原理性误差。 在此基础上,推导出了合理的变换计算式,可以直接应用在任意姿态下矢量物理量的测量数据修正计算,以及类似的坐标变换计算中。     

3D正态分布变换在多波束自动校准中的应用

多波束测深数据存在横摇误差、纵摇误差、艏摇误差等,需进行校准。当前主要采用商业软件Caris进行人工手动校准,自动校准主要采用迭代最邻近算法等。针对Caris需要人工干预以及ICP容易陷入局部循环的缺陷,采用3D正态分布变换的配准方式,通过建立联合概率密度函数,采用似然函数建立匹配点云与目标点云之间转换关系。利用Hessian矩阵和梯度向量求最优化转换参数,完成多波束条带的自动校准。本文结合Caris中的人工配准结果,通过对3D-NDT算法匹配效果进行对比分析,验证了文中算法在平坦地区、斜坡区域等多种地形中都取得了更优的匹配效果,为实现多波束自动校准提供了重要的算法依据。     

姿态传感器在水深测量中的应用

姿态传感器作为高精度动态海洋测量仪器,已被广泛地与船载海洋测量设备配套使用。姿态传感器能够改正或消除船载仪器由于船体的垂荡、横摇和纵摇引起的测量误差,大大提高测量精度。举例介绍了姿态传感器在单波束和多波束水深测量中的应用,并对姿态传感器的动态补偿特性进行了探讨和分析。     

基于GPS PPK技术确定测深点瞬时潮位及分析

潮位是影响水下地形测量精度的主要误差之一,获取准确的潮位信息直接关系着潮位改正的正确与否。文中基于GPS PPK技术得到的GPS天线大地高,首先经过垂直基准转换,其次利用推算的姿态改正公式以及利用压力式潮位计获取的动态吃水进行姿态与吃水改正,最后采用小波变换进行波浪滤除,得到测深点精密的瞬时潮位。以琼州海峡为试验海区,采用上述方法获得测深点瞬时潮位,并与传统潮汐模型推算潮位对比,对比发现两者并不一致,且前一种方法得到的潮位趋势与测船的航向有很强的相关性。对测区的潮汐潮流特征进行了分析,分析结果与实测结果相符,表明GPS PPK能够获得该区域的潮位,并可以反映该区域的潮汐特征。     

基于姿态校正的RTK潮位在琼州海峡地形测量中的应用

潮位改正是多波束地形勘测中的重要环节。琼州海峡跨海工程中分别利用验潮潮位和RTK潮位进行潮位改正,对比结果发现初始RTK潮位改正后的数据存在较大偏差,最大可达1.5 m。通过对RTK测量潮位进行姿态校正后,其结果与验潮潮位的偏差减小,可以控制在0.3 m以内。5-6月的琼州海峡正是西南季风爆发时间,海峡海流的流向具有复杂性,涨落潮都伴随着较大的风浪,RTK潮位测量忽略风浪带来的影响是出现较大误差的重要原因。     

日本出版WGS84海图

日本的东京坐标系与世界大地坐标系 (ＷＧＳ)有约 50 0ｍ的差异。从 1 982年起 ,日本在海图上标示东京基准与ＷＧＳ的改正数。 1 997年以后 ,试验出版ＷＧＳ84格网的港湾图。其出版的《航路指南》中的位置数据都用ＷＧＳ84和东京基准两种方法表示。从 2 0 0 0年 4月开始正式出版ＷＧＳ84的新版纸质海图。共有 6 0 0幅海图受到坐标系变换的影响 ,当初计划至 2 0 0 2年 4月出版 4 0 0幅 ,包括东京湾、濑户内海及各岛屿近岸的大、中比例尺海图。由于两种海图将并存相当长的时期 ,为了使航海者区分不同坐标系的海图 ,ＷＧＳ84海图将以不同的印色…     

多波束测深波束脚印位置归算模型研究

推导了多波束测深脚印位置归算模型,通过与CARIS软件进行实例比对,验证了该模型的有效性。在数据处理过程中,采用时标序列检索的方式处理导航时间延迟,取得了良好的效果;采用条带姿态进行姿态改正避免了"杠杆"旋转对边缘波束深度的影响。实例比对表明,该模型结果与CARIS软件输出结果一致。     

水深测量的误差因子分析

简述了现代海洋水深测量的基本特点;定性和定量地分析了由船速效应、波浪效应、定位中心偏心效应,以及测深仪发射声波延迟效应等测量环境效应引起的测量误差;推导了测量环境效应误差改正公式。计算机数值模拟结果表明,波浪效应是引起水深测量误差的主要因子。针对海洋水深测量环境效应的特点,提出了一些提高测量精度的方案和建议。     

我国深度基准面不统一所带来的问题与对策

简述了深度基准面的概念,分析了海图深度基准面不统一造成的误差及其形成原因。针对海图深度基准面的使用现状,探讨了深度基准面不统一对海洋测绘成果应用的影响,提出了统一海图深度基准面的方案和建议。     

软土海岸地区测量控制点标志的设立

分析了软土、湿地、滩涂地区特殊地理环境对测量控制点的影响;主要探讨了此类地区控制点标志的设计、施工。借助于建筑桩基技术和道桥施工方法,首次成功实现了某三角洲湿地滩涂地区统一布网。几年来,结合滩涂湿地测量、海岸防护和滩涂开发工程对部分控制点进行了初步检测,给出了部分检测数据。应用和检测均表明:桩基标石可较好地解决软土、湿地、滩涂地区控制点布设难题,显著提高软土海岸地区测量控制点标志的稳固性,从而延长控制网的可使用期。     

缺少已知控制点时的平面控制测量方法研究

在目前海洋测绘中,平面控制测量主要采用静态同步观测方式,通过联测不少于2个已知控制点实施.为探究少于3个已知控制点时能否有效开展平面控制测量,结合工程试验,采用RTX后处理(RTX-PP)技术获得控制点ITRF2014框架当前历元坐标,然后根据已知控制点数量情况,分别采用四参数平面坐标转换、坐标平移转换、框架及历元转换...     

The filtering and compressing of outer beams to multibeam bathymetric data

Some errors and noises are often present in multibeam swath bathymetric data. Echo detection error (EDE) is one of the main errors. It causes the depth error to become bigger in outer beams and looks like sound refraction. But depth errors due to EDEs have a trumpet-shaped appearance, instead of a curved appearance that is caused by the sound refraction errors. EDEs, including systematic acoustic signal detection errors and internal noises, cannot be removed during the correction of sound refraction. It causes depth inconsistencies between adjacent swaths and degrades precision of outer beams. Sometimes, the bathymetric errors caused by EDEs do not even meet the requirements of IHO (International Hydrographic Organization). Therefore, a post-processing method is presented to minimize the EDEs by filtering outliers and compressing outer beams of multibeam bathymetric data. The outliers caused by internal noises are removed by an automatic filter algorithm first. Then the outer beams are compressed to reduce systematic acoustic signal detection errors according to their depths, the calculated depth line and standard deviations (SDs). The automatic filter process is important for calculating the depth line. The selection of inner beams to calculate the average SD of beam depths is crucial to achieving compressing goals. The quality of final bathymetric data in outer beams can be improved by these steps. The method is verified by a field test.     

射向标定测量中角度平差方法探讨

射向标定测量只需要提供方位角成果,为了消除测距误差对方位角的影响,在数据处理时只对观测水平角进行平差。比较各种平差方法,并通过实例分析得出,对观测水平角进行间接平差最为方便实用。对多次实测数据进行统计,通过闭合差估计出:射向标定测量中测角中误差为1″左右,基准方位角的精度水平在1.2″左右。     

用蒙特卡洛方法研究海洋盐度遥感误差

海洋的盐度观测对于气候和海洋科学的研究有重要的意义,盐度的卫星遥感观测需要估计各种因素带来的误差影响。本文基于海面微波辐射理论和海水相对电容率等模型,采用蒙特卡洛模拟方法研究了在盐度遥感中温度误差、仪器误差以及风速误差对于后续的盐度反演的影响。通过计算温度误差产生的盐度误差,并与敏感性方法的对比发现,在低温低盐时温度误差对盐度反演误差的影响较大,2种方法的偏差较大;而在高温高盐时温度误差对盐度反演误差的影响较小,2种方法的偏差较小。辐射计仪器噪声对盐度误差的影响普遍在0.1psu以上,在低温低盐时可达0.5psu以上。风速误差对盐度反演误差的影响在水平极化状态下随入射角增大,在温度低于20℃时普遍超过1psu;在垂直极化状态下随入射角先减小后增大,在温度低于20℃以及较小的入射角下误差也会超过1psu。对误差的综合分析发现,采用垂直极化状态在高温时这2种误差的影响较小。研究发现,当入射角是45.6°和垂直极化状态下,对于3种典型海面状态(35℃和35psu,20℃和35psu,5℃和30psu),反演的盐度反演误差可达到0.162,0.153和0.444psu,达到了卫星单次扫描对盐度反演的误差要求。     

海洋控制测量误差分析与成果质量评定

针对沿岸及海岛礁控制测量作业现状,结合GNSS接收机等测量仪器在海洋控制测量实际生产中的应用,分析了受海洋观测环境以及仪器自身原因等内外部因素影响产生的各种误差。提出了一些提高测量定位精度方法,探讨了适用于海洋控制测量成果的质量控制和检验指标,制定了涵盖海洋控制测量的造标埋石、数据采集、处理、验收等全过程的质量检验方案。     

基于无人机和无人船的岛礁地形测绘技术

无人岛礁及其周边环境复杂、基准不一,对其进行高精度测绘存在诸多困难。介绍了一种基于无人机和无人船的测绘系统,融合大地测量、无人机航空遥感、无人船水下测绘等多源观测技术获取无人岛礁一体化测绘成果。并在广东省珠海市的三角岛进行实地测量,获取了海岛水上水下一体的三维点云、等值线、DOM等数据,陆上成果精度达厘米级,水深测量成果符合相关规范要求,该成果可广泛应用于海洋、国土、测绘、规划、建设等领域,有助于解决无人岛礁缺乏控制点造成的数据精度低、各部门需求数据多次采集耗时费力等问题。实践证明该技术具有一定的工程意义。     

GPS测量误差源及其控制分析

介绍了GPS测量中各种主要的非人为误差以及它们给测量带来的影响,对于精度控制问题,主要讨论的是小型控制网（基线长度10～20km）和局部地区应用中动态和准动态差分测量的精度控制方法。