星站差分GPS在长江三峡库区水下地形测量中的应用

王坤++许开勇

摘 要：介绍星站差分GPS原理，通过SF-3040型星站GPS与GPS RTK在长江三峡库区河段的测试，结果表明SF-3040型星站GPS性能稳定、高效、高精度适合运用三峡库区水下地形测量。

关键词：星站差分GPS 三峡库区 水下地形测量

中图分类号：P207 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0033-01

长江三峡库区航道在2008年175 m试验性蓄水后，水位的日变化随着三峡大坝的下泻流量而变化，日变幅最大0.2 m，水面高程相对比较稳定，本文详细介绍采用SF-3040型星站差分GPS在三峡库区水下地形测量中的应用。

1 水下地形测量的组成

水下地形测量由硬件部分和软件部分组成，不管硬件部分还是软件部分都是水下地形测量不可分离的重要组成部分，在平面定位中所采用的GPS直接影响着测量作业的精度和效率。

1.1 硬件部分

（1）测量专用船艇（长9.28 m，宽2.5 m）；（2）无锡海鹰测深仪HY-1600型号，测深精度为0.05+0.01Hm；（3）电脑；（4）SF-3040型星站GPS（或GPS RTK 1+1）；（5）各种端口数据线。

1.2 软件部分

（1）星站差分GPS设置软件：StarUtil-3000；（2）测量导航软件：南方自由行；（3）内业成图软件：清华山维。

2 星站差分GPS原理[2]

星站差分GPS属于广域差分GPS（de area DGPS，WADGPS）范畴，Starfire星站差分网络系统最初是John Deere&Co.和NavCom Technology Inc两家公司开发的广域差分矫正定位系统。地面参考站网络由28个遍布全世界的高性能双频GPS接收机构成，数据处理中心将这些数据发送到3个地面卫星注入站（分别位于英格兰Goonhilly、加拿大Laurentides和新西兰Auckland），由这些卫星将差分矫正信号向全球播放。

3 星站差分GPS与GPS RTK在长江三峡库区河段的测试和应用

为了测试SF-3040型星站GPS在三峡库区水下地形测量中的精度和效率，选择了在长江三峡库区鳊鱼溪（145 km）至万州（330 km）共155 km航道固定水下断面测量时进行测试。

3.1 星站差分主要软件设置作业流程

3.1.1 星站差分StarUtil-3000软件的设置

SF-3040型星站GPS仪器初始化时间较长，在外业测量开工前30 min打开星站差分仪器收敛卫星，打开StarUtil-3000软件，将GPS与电脑利用串口线缆连接。

（1）点击“连接”、选择相应串口；（2）点击“自动波特率”，将电脑与GPS连接起来； （3）点击左侧的“NMEA”按钮，出现以下界面：在GPGGA栏中选择测深仪需要的GGA输出频率1Hz～10Hz、注：需要输入命令。（4）保存设置，将以上更改部分保存。在以上右下角的“input terminal”对话框中输入以下命令[profile]saveas，“myprofile”点击“send”按钮返回OK即可。（5）退出软件：点击staruntil3000软件中“连接”按扭，在弹出对话框中点击“断开连接”即可。

3.1.2 水上导航软件（南方自由行）的设置

（1）打开水上导航软件—— 自由行；（2）点击设置：点击“设置”→“GPS1设置”，弹出以下对话框：在弹出对话框中将GPS型号设置为“其他接收机”将数据格式改为“GGA”；（3）点击上界面中的“端口设置”弹出以下界面：将连接端口设置为星站差分GPS所占用的端口，（需要退出星站差分软件）然后点击“自动探测”（或者直接输入19200）探测成功后点击确定即可。

3.2 在长江三峡库区鳊鱼溪（145 km）至万州（330 km）固定水下断面测量中的测试

3.2.1 常规GPS RTK水深测量在巫峡的应用

按照常规GPS RTK测量，架设基站做差分信号发射，在测区输入4个或多个已知D级控制点的BJ54、WGS84坐标求出四参数，和高程拟合参数，移动站在已知点控制点做参数校正和校测。三峡库区巫峡（145 km～166.3 km）固定水下断面测量为典型的山区河流。在库区测量作业时对测量精度和效率有一定的影响。

3.2.2 SF-3040型星站差分水深测量在巫峡的应用

SF-3040型星站差分在巫峡峡区卫星状态一直良好，同时测船沿江中心进入峡区卫星收敛效果非常好，误差估算值都保持在15cm，PDOP值在1，测时水面高162.85 m（峡区外实测水面高162.753）。这种作业环境对于星站差分GPS技术正好发挥其优点，提高了测量精度和工作效率。

3.2.3 SF-3040型星站差分在库区水下测量的精度情况

在长江三峡库区鳊鱼溪（145 km）至万州（330 km）进行水下固定断面测量，使用南方自由行导航软件30 km航道建立一个测深项目，在另已知控制点长江上游航道里程170 km处（距离42 km）测量GPSD630数据，差值X=0.075 m、Y=0.146 m、H=0.145 m精度满足要求。其他精度校测数据见表1。

4 结语

在三峡库区水下地形测量使用SF-3040型星站差分GPS时，在测量船通过大桥的瞬间，卫星信号会由于受到桥梁遮挡而失锁；在靠近部分岸线陡峭山壁、水工建筑、而发生卫星信号失锁。SF-3040型星站差分GPS秉承了传统差分GPS的优势，提高了工作效率，能充分发挥快速和高精度定位的优势。

参考文献

[1] 杨飞，马耀昌.GPS在水下地形测量中的应用研究[J].地理空间信息，2006，4（3）：20-22.

[2] 合众思壮.SF-3040型星站差分培训材料[Z].2012.endprint

摘 要：介绍星站差分GPS原理，通过SF-3040型星站GPS与GPS RTK在长江三峡库区河段的测试，结果表明SF-3040型星站GPS性能稳定、高效、高精度适合运用三峡库区水下地形测量。

关键词：星站差分GPS 三峡库区 水下地形测量

中图分类号：P207 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0033-01

长江三峡库区航道在2008年175 m试验性蓄水后，水位的日变化随着三峡大坝的下泻流量而变化，日变幅最大0.2 m，水面高程相对比较稳定，本文详细介绍采用SF-3040型星站差分GPS在三峡库区水下地形测量中的应用。

1 水下地形测量的组成

水下地形测量由硬件部分和软件部分组成，不管硬件部分还是软件部分都是水下地形测量不可分离的重要组成部分，在平面定位中所采用的GPS直接影响着测量作业的精度和效率。

1.1 硬件部分

（1）测量专用船艇（长9.28 m，宽2.5 m）；（2）无锡海鹰测深仪HY-1600型号，测深精度为0.05+0.01Hm；（3）电脑；（4）SF-3040型星站GPS（或GPS RTK 1+1）；（5）各种端口数据线。

1.2 软件部分

（1）星站差分GPS设置软件：StarUtil-3000；（2）测量导航软件：南方自由行；（3）内业成图软件：清华山维。

2 星站差分GPS原理[2]

星站差分GPS属于广域差分GPS（de area DGPS，WADGPS）范畴，Starfire星站差分网络系统最初是John Deere&Co.和NavCom Technology Inc两家公司开发的广域差分矫正定位系统。地面参考站网络由28个遍布全世界的高性能双频GPS接收机构成，数据处理中心将这些数据发送到3个地面卫星注入站（分别位于英格兰Goonhilly、加拿大Laurentides和新西兰Auckland），由这些卫星将差分矫正信号向全球播放。

3 星站差分GPS与GPS RTK在长江三峡库区河段的测试和应用

为了测试SF-3040型星站GPS在三峡库区水下地形测量中的精度和效率，选择了在长江三峡库区鳊鱼溪（145 km）至万州（330 km）共155 km航道固定水下断面测量时进行测试。

3.1 星站差分主要软件设置作业流程

3.1.1 星站差分StarUtil-3000软件的设置

SF-3040型星站GPS仪器初始化时间较长，在外业测量开工前30 min打开星站差分仪器收敛卫星，打开StarUtil-3000软件，将GPS与电脑利用串口线缆连接。

（1）点击“连接”、选择相应串口；（2）点击“自动波特率”，将电脑与GPS连接起来； （3）点击左侧的“NMEA”按钮，出现以下界面：在GPGGA栏中选择测深仪需要的GGA输出频率1Hz～10Hz、注：需要输入命令。（4）保存设置，将以上更改部分保存。在以上右下角的“input terminal”对话框中输入以下命令[profile]saveas，“myprofile”点击“send”按钮返回OK即可。（5）退出软件：点击staruntil3000软件中“连接”按扭，在弹出对话框中点击“断开连接”即可。

3.1.2 水上导航软件（南方自由行）的设置

（1）打开水上导航软件—— 自由行；（2）点击设置：点击“设置”→“GPS1设置”，弹出以下对话框：在弹出对话框中将GPS型号设置为“其他接收机”将数据格式改为“GGA”；（3）点击上界面中的“端口设置”弹出以下界面：将连接端口设置为星站差分GPS所占用的端口，（需要退出星站差分软件）然后点击“自动探测”（或者直接输入19200）探测成功后点击确定即可。

3.2 在长江三峡库区鳊鱼溪（145 km）至万州（330 km）固定水下断面测量中的测试

3.2.1 常规GPS RTK水深测量在巫峡的应用

按照常规GPS RTK测量，架设基站做差分信号发射，在测区输入4个或多个已知D级控制点的BJ54、WGS84坐标求出四参数，和高程拟合参数，移动站在已知点控制点做参数校正和校测。三峡库区巫峡（145 km～166.3 km）固定水下断面测量为典型的山区河流。在库区测量作业时对测量精度和效率有一定的影响。

3.2.2 SF-3040型星站差分水深测量在巫峡的应用

SF-3040型星站差分在巫峡峡区卫星状态一直良好，同时测船沿江中心进入峡区卫星收敛效果非常好，误差估算值都保持在15cm，PDOP值在1，测时水面高162.85 m（峡区外实测水面高162.753）。这种作业环境对于星站差分GPS技术正好发挥其优点，提高了测量精度和工作效率。

3.2.3 SF-3040型星站差分在库区水下测量的精度情况

在长江三峡库区鳊鱼溪（145 km）至万州（330 km）进行水下固定断面测量，使用南方自由行导航软件30 km航道建立一个测深项目，在另已知控制点长江上游航道里程170 km处（距离42 km）测量GPSD630数据，差值X=0.075 m、Y=0.146 m、H=0.145 m精度满足要求。其他精度校测数据见表1。

4 结语

在三峡库区水下地形测量使用SF-3040型星站差分GPS时，在测量船通过大桥的瞬间，卫星信号会由于受到桥梁遮挡而失锁；在靠近部分岸线陡峭山壁、水工建筑、而发生卫星信号失锁。SF-3040型星站差分GPS秉承了传统差分GPS的优势，提高了工作效率，能充分发挥快速和高精度定位的优势。

参考文献

[1] 杨飞，马耀昌.GPS在水下地形测量中的应用研究[J].地理空间信息，2006，4（3）：20-22.

[2] 合众思壮.SF-3040型星站差分培训材料[Z].2012.endprint

摘 要：介绍星站差分GPS原理，通过SF-3040型星站GPS与GPS RTK在长江三峡库区河段的测试，结果表明SF-3040型星站GPS性能稳定、高效、高精度适合运用三峡库区水下地形测量。

关键词：星站差分GPS 三峡库区 水下地形测量

中图分类号：P207 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0033-01

长江三峡库区航道在2008年175 m试验性蓄水后，水位的日变化随着三峡大坝的下泻流量而变化，日变幅最大0.2 m，水面高程相对比较稳定，本文详细介绍采用SF-3040型星站差分GPS在三峡库区水下地形测量中的应用。

1 水下地形测量的组成

水下地形测量由硬件部分和软件部分组成，不管硬件部分还是软件部分都是水下地形测量不可分离的重要组成部分，在平面定位中所采用的GPS直接影响着测量作业的精度和效率。

1.1 硬件部分

（1）测量专用船艇（长9.28 m，宽2.5 m）；（2）无锡海鹰测深仪HY-1600型号，测深精度为0.05+0.01Hm；（3）电脑；（4）SF-3040型星站GPS（或GPS RTK 1+1）；（5）各种端口数据线。

1.2 软件部分

（1）星站差分GPS设置软件：StarUtil-3000；（2）测量导航软件：南方自由行；（3）内业成图软件：清华山维。

2 星站差分GPS原理[2]

星站差分GPS属于广域差分GPS（de area DGPS，WADGPS）范畴，Starfire星站差分网络系统最初是John Deere&Co.和NavCom Technology Inc两家公司开发的广域差分矫正定位系统。地面参考站网络由28个遍布全世界的高性能双频GPS接收机构成，数据处理中心将这些数据发送到3个地面卫星注入站（分别位于英格兰Goonhilly、加拿大Laurentides和新西兰Auckland），由这些卫星将差分矫正信号向全球播放。

3 星站差分GPS与GPS RTK在长江三峡库区河段的测试和应用

为了测试SF-3040型星站GPS在三峡库区水下地形测量中的精度和效率，选择了在长江三峡库区鳊鱼溪（145 km）至万州（330 km）共155 km航道固定水下断面测量时进行测试。

3.1 星站差分主要软件设置作业流程

3.1.1 星站差分StarUtil-3000软件的设置

SF-3040型星站GPS仪器初始化时间较长，在外业测量开工前30 min打开星站差分仪器收敛卫星，打开StarUtil-3000软件，将GPS与电脑利用串口线缆连接。

（1）点击“连接”、选择相应串口；（2）点击“自动波特率”，将电脑与GPS连接起来； （3）点击左侧的“NMEA”按钮，出现以下界面：在GPGGA栏中选择测深仪需要的GGA输出频率1Hz～10Hz、注：需要输入命令。（4）保存设置，将以上更改部分保存。在以上右下角的“input terminal”对话框中输入以下命令[profile]saveas，“myprofile”点击“send”按钮返回OK即可。（5）退出软件：点击staruntil3000软件中“连接”按扭，在弹出对话框中点击“断开连接”即可。

3.1.2 水上导航软件（南方自由行）的设置

（1）打开水上导航软件—— 自由行；（2）点击设置：点击“设置”→“GPS1设置”，弹出以下对话框：在弹出对话框中将GPS型号设置为“其他接收机”将数据格式改为“GGA”；（3）点击上界面中的“端口设置”弹出以下界面：将连接端口设置为星站差分GPS所占用的端口，（需要退出星站差分软件）然后点击“自动探测”（或者直接输入19200）探测成功后点击确定即可。

3.2 在长江三峡库区鳊鱼溪（145 km）至万州（330 km）固定水下断面测量中的测试

3.2.1 常规GPS RTK水深测量在巫峡的应用

按照常规GPS RTK测量，架设基站做差分信号发射，在测区输入4个或多个已知D级控制点的BJ54、WGS84坐标求出四参数，和高程拟合参数，移动站在已知点控制点做参数校正和校测。三峡库区巫峡（145 km～166.3 km）固定水下断面测量为典型的山区河流。在库区测量作业时对测量精度和效率有一定的影响。

3.2.2 SF-3040型星站差分水深测量在巫峡的应用

SF-3040型星站差分在巫峡峡区卫星状态一直良好，同时测船沿江中心进入峡区卫星收敛效果非常好，误差估算值都保持在15cm，PDOP值在1，测时水面高162.85 m（峡区外实测水面高162.753）。这种作业环境对于星站差分GPS技术正好发挥其优点，提高了测量精度和工作效率。

3.2.3 SF-3040型星站差分在库区水下测量的精度情况

在长江三峡库区鳊鱼溪（145 km）至万州（330 km）进行水下固定断面测量，使用南方自由行导航软件30 km航道建立一个测深项目，在另已知控制点长江上游航道里程170 km处（距离42 km）测量GPSD630数据，差值X=0.075 m、Y=0.146 m、H=0.145 m精度满足要求。其他精度校测数据见表1。

4 结语

在三峡库区水下地形测量使用SF-3040型星站差分GPS时，在测量船通过大桥的瞬间，卫星信号会由于受到桥梁遮挡而失锁；在靠近部分岸线陡峭山壁、水工建筑、而发生卫星信号失锁。SF-3040型星站差分GPS秉承了传统差分GPS的优势，提高了工作效率，能充分发挥快速和高精度定位的优势。

参考文献

[1] 杨飞，马耀昌.GPS在水下地形测量中的应用研究[J].地理空间信息，2006，4（3）：20-22.

[2] 合众思壮.SF-3040型星站差分培训材料[Z].2012.endprint