GNSS三维水道观测中动态测高精度控制及分析杨波杨松张振军王正洋摘要：为实现水深测量数据的精度控制，基于GNSS三维水道观测技术的原理，通过解析基于Hypack原始文件的GNSS动态定位信息数据，采取相关滤波算法，获取了高精度动态测高数据，并进行了实例应用分析。选取荆江河段流市河弯段水深测量数据，对比分析了GNSS三维水道观测的动态测高精度。结果表明，测量精度满足GNSS三维水道观测要求，值得推广应用。关键词：动态测高;精度控制分析;Hypack原始文件;GNSS三维水道观测;荆江河段中图法分类号：P332文献标志码：A：1006-0081（2020）12-0010-03在传统水深测量过程中，需在测区范围内设置一定数量的潮位站，采用潮位、水下测点的空间坐标及时间插值方法，经过一系列潮位改正进而推算水下测点的测时水位。由于水深测量过程中受GNSS定位质量、潮位变化、涌浪、船姿态、水温与盐度等多种因素影响，导致影响水深测量数据精度的因素较多。GNSS三维水道观测技术能够消除动态吃水、涌浪、观测潮位等误差的影响，大大提高了水深测量的精度与效率，目前主要在海域、港口区域以及长江下游感潮河段应用研究较多，传统水深测量逐步被内外业一体化的GNSS三维水道观测技术所取代。因此，解析水深测量原始文件的GNSS动态定位信息数据，采取相关滤波算法，研究GNSS三维水道观测中动态测高精度的控制及分析，对于水深测量数据的精度控制十分必要。1GNSS三维水道观测原理GNSS三维水道观测是利用GNSS动态测量技术、测深仪及其他附属设备实测的数据，通过实时或事后联合解算，计算出测深仪换能器声学中心的三维位置，从而获得水下测点的平面位置和高程。该方法也被称作无验潮测深、随船一体化测深等。GNSS三维水道观测的基本原理如图1所示。由图1可以得到以下3个关系式：式中，H为GNSS接收机天线相位中心的WGS84大地高;L为GNSS接收机天线相位中心到水面的高度;d为换能器到水面的距离（静吃水）;T为船舶静态水面到当地基准面的高度（水面高）;S为换能器到河道底边界面的距离（测时水深）;ξ为当地基准面到WGS84椭球面的距离;h为当地基准面下的河底高程。以上各参数单位均为m。由于d+L为固定值（钢卷尺丈量），S为测时水深，若GNSS接收机实时采集到1985国家高程基准面下的正常高，便可实时测得1985国家高程基准的河底高程。因此，GNSS三维水道观测技术的关键在于获取准确高精度的GNSS天线相位中心正常高。2动态测高精度控制方法GNSS三维水道观测技术的重点在于动态获取GNSS接收机采集到某瞬时测点位置的下正常高。需运用GNSS差分定位技术，测得定位时刻天线的WGS84大地高，再根据测区的高程转换模型（似大地水准面精化模型、七参数转换模型、曲面拟合模型等）实现从大地高向正常高的转换。因此，GNSS的定位质量、精度对最终计算成果的质量有着直接关系。2.1大地高转换模型的精度控制GNSS动态获取WGS84大地高，大地高向正常高进行高程转换的模型可采用似大地水准面精化模型、七参数转换模型或者曲面拟合模型。模型的拟合精度和效果取决于控制测量精度、拟合点的分布和范围大小等因素，可采用内符合精度μ内和外符合精度μ外检验评价拟合精度。2.2GNSS动态测高定位数据质量控制目前，Hypack软件可连接GNSS、测深仪、侧扫声纳、罗经等不同设备，集成系统后进行水深测量数据的采集，存储为RAW格式文件，其字段解释见表1。在实际应用中，GNSS接收机观测数据难免会受到多种因素的影响，包括信号传播环境的不确定性、卫星及用户设备的运行故障、水域环境以及操作人员不规范等，使得GNSS三维水道观测中定位质量无法控制。解析GNSS接收机存储定位信息的GGA数据格式（见表2），可在字段7中获取水深测量过程中GNSS接收机的定位质量状态，进而对采用GNSS动态测高方法进行质量控制。2.3动态测高数据滤波根据SL257-2017《水道观测规范》附录A.3.6规定，GNSS三维水道观测中GNSS数据更新率应不小于10Hz，即间隔0.1s存储一行GGA数据，而GNSS三维水道观测时所需的动态高为定位与测深同步时刻的GNSS接收机天线瞬时正常高。受水深测量过程中信号遮挡、干扰等影响，有时会存在较大的系统噪声和量测噪声，影响GNSS定位质量控...