PPK技術(shù)在遠(yuǎn)海長(zhǎng)航道水深測(cè)量潮位控制中的應(yīng)用

蘇文杰

（中交廣州航道局有限公司，廣東廣州 510221）

目前，湛江港30 萬(wàn)t級(jí)航道進(jìn)行改擴(kuò)建工程，該航道長(zhǎng)度較長(zhǎng)且離岸最遠(yuǎn)距離超過(guò)50 km。在進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的拋水位計(jì)觀測(cè)潮位的方式，需要拋設(shè)3個(gè)或以上的水位計(jì)，進(jìn)行高程傳遞且需要與周邊有效的驗(yàn)潮站進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間同步觀測(cè)才可滿足要求，存在較大的局限性；RTK-三維水深測(cè)量雖然精度高且能獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，但受限于基準(zhǔn)站電臺(tái)信號(hào)的發(fā)射距離，流動(dòng)站通常只能在20 km范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，無(wú)法在湛江港30 萬(wàn)t級(jí)航道外段進(jìn)行水深測(cè)量。

為解決湛江港30 萬(wàn)t級(jí)航道潮位控制問(wèn)題，滿足改擴(kuò)建工程質(zhì)量要求，經(jīng)同步觀測(cè)及數(shù)據(jù)分析，PPK潮位觀測(cè)技術(shù)可用于遠(yuǎn)海長(zhǎng)航道水深測(cè)量，在湛江港30 萬(wàn)t級(jí)航道在進(jìn)行改擴(kuò)建工程中成功運(yùn)用。

1 工程概況

湛江港30 萬(wàn)t級(jí)航道改擴(kuò)建后范圍從龍騰航道入口處A30′（由30 萬(wàn)t級(jí)航道工程起點(diǎn)向外海延伸約9.2 km）起，至東頭山航道折點(diǎn)F點(diǎn)南1.027 km處F′點(diǎn)（與30 萬(wàn)t級(jí)航道工程終點(diǎn)一致）止。

改擴(kuò)建后全長(zhǎng)64.1 km，以湛江灣口門(mén)為界，分外航道和內(nèi)航道，其中外航道長(zhǎng)47.435 km，含龍騰航道外段和龍騰航道內(nèi)段，其中外段航道從龍騰航道起點(diǎn)A30′至龍騰航道B′點(diǎn)，B′點(diǎn)長(zhǎng)度36.2 km。

湛江港330 萬(wàn)t級(jí)航道改擴(kuò)建后范圍示意圖如圖1所示。

圖1 湛江港30 萬(wàn)t噸級(jí)航道改擴(kuò)建后范圍示意圖

2 PPK潮位觀測(cè)技術(shù)的原理

PPK（post processed kinematic）測(cè)量技術(shù)是利用載波相位進(jìn)行事后差分的GNSS定位技術(shù)，屬于動(dòng)態(tài)后處理測(cè)量技術(shù)[1]。在測(cè)量過(guò)程中，只需保證基準(zhǔn)站、流動(dòng)站同時(shí)連續(xù)記錄原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，無(wú)須在站間進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，因此，適合在遠(yuǎn)海地區(qū)使用。測(cè)量結(jié)束后利用IGS提供的精密星歷或廣播星歷、原始記錄數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站的相位改正數(shù)。根據(jù)GPS定位原理，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站在一定距離范圍內(nèi)對(duì)定位誤差具有較好的空間相關(guān)性，可以利用基準(zhǔn)站的相位改正數(shù)，對(duì)流動(dòng)站的相位觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，獲得流動(dòng)站的精確三維坐標(biāo)[2]。

3 PPK潮位觀測(cè)技術(shù)的作業(yè)方法及數(shù)據(jù)處理

本項(xiàng)目使用2臺(tái)天寶R7型GNSS接收機(jī)分別當(dāng)作基準(zhǔn)站及流動(dòng)站，2臺(tái)接收機(jī)均設(shè)置成靜態(tài)模式，基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)采樣間隔設(shè)置為5 s，流動(dòng)站數(shù)據(jù)采樣間隔設(shè)置為1 s。基準(zhǔn)站通過(guò)三腳架架設(shè)在已知控制點(diǎn)上并嚴(yán)格對(duì)中整平，流動(dòng)站安裝在測(cè)量船船頂且確保天線水平，量取天線至水面的垂直距離。開(kāi)始觀測(cè)時(shí)先打開(kāi)基準(zhǔn)站，10 min后帶初始化完成數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再打開(kāi)流動(dòng)站，在進(jìn)行水深測(cè)量期間確保流動(dòng)站和基準(zhǔn)站同時(shí)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)，不可中斷。測(cè)量結(jié)束后先關(guān)閉流動(dòng)站，15 min后再關(guān)閉基準(zhǔn)站。將基準(zhǔn)站、流動(dòng)站采集的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出后，使用天寶的TBC軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。基本步驟：（1）數(shù)據(jù)導(dǎo)入；（2）天線及天線類(lèi)型的輸入；（3）控制點(diǎn)信息的輸入；（4）將流動(dòng)站的觀測(cè)基線強(qiáng)制連續(xù)，形成連續(xù)的軌跡；（5）基線解算；（6）導(dǎo)出軌跡數(shù)據(jù)（包含位置、時(shí)間及大地高潮位）。

4 PPK與水位計(jì)同步觀測(cè)及數(shù)據(jù)分析

由于壓力式水位計(jì)只能記錄水深變化情況，無(wú)法直接觀測(cè)潮位，在進(jìn)行PPK與水位計(jì)同步觀測(cè)前，需先在本項(xiàng)目已知控制點(diǎn)（硇洲北港）附近安裝一部潮位遙報(bào)儀，潮位遙報(bào)儀與水位計(jì)進(jìn)行3 d的同步觀測(cè)，即可通過(guò)平均海平面推算出拋設(shè)水位計(jì)處的實(shí)際潮位。

遙報(bào)儀及同步觀測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示。

圖2 遙報(bào)儀及同步觀測(cè)點(diǎn)位置示意圖

4.1 同步觀測(cè)實(shí)施情況

2020年5月8日～11日期間，進(jìn)行了第一次PPK潮位與水位計(jì)潮位為期3 d的持續(xù)同步觀測(cè)，PPK流動(dòng)站架設(shè)在測(cè)量船“南海維護(hù)001”，測(cè)量船于2020年5月8日15：30開(kāi)至龍騰航道8#燈浮（航段樁號(hào)約K15+800）以南200 m處拋錨并開(kāi)始采集PPK數(shù)據(jù)。同時(shí)在該位置拋下水位計(jì)進(jìn)行同步觀測(cè)，采集持續(xù)時(shí)間為3 d，2020年5月11日15：30結(jié)束記錄，數(shù)據(jù)采集情況良好。

2020年6月6日～9日期間，第二次進(jìn)行了PPK潮位與水位計(jì)潮位為期3 d的持續(xù)同步觀測(cè)，PPK流動(dòng)站架設(shè)在測(cè)量船“南海維護(hù)001”，測(cè)量船于2020年6月6日16：00開(kāi)至龍騰航道24#燈浮（航段樁號(hào)約K32+600）以南200 m處拋錨并開(kāi)始采集PPK數(shù)據(jù)，同時(shí)在該位置拋下水位計(jì)進(jìn)行同步觀測(cè)，采集持續(xù)時(shí)間為3日，2020年6月9日15：30結(jié)束記錄，數(shù)據(jù)采集情況良好。

4.2 同步觀測(cè)成果

兩次同步觀測(cè)比對(duì)結(jié)果按照每5 min一次分別形成水位計(jì)觀測(cè)潮位及PPK后理潮位。第一次同步觀測(cè)水位計(jì)潮位與PPK潮位比對(duì)最大差值0.12 m，最小差值-0.124 m，平均差值0.05 m。第二次同步觀測(cè)水位計(jì)潮位與PPK潮位比對(duì)最大差值0.149 m，最小差值-0.109 m，平均差值0.056 m。第一次PPK潮位與水位計(jì)潮位同步觀測(cè)比對(duì)結(jié)果如圖3所示，第二次PPK潮位與水位計(jì)潮位同步觀測(cè)比對(duì)結(jié)果如圖4所示，PPK潮位與水位計(jì)潮位比對(duì)如表1所示。

圖3 第一次PPK潮位與水位計(jì)潮位同步觀測(cè)比對(duì)結(jié)果

圖4 第二次PPK潮位與水位計(jì)潮位同步觀測(cè)比對(duì)結(jié)果

表1 PPK潮位與水位計(jì)潮位比對(duì) 單位：m

4.3 數(shù)據(jù)分析及結(jié)果評(píng)定

根據(jù)以上同步觀測(cè)成果，在使用天寶R7接收機(jī)進(jìn)行PPK潮位觀測(cè)期間數(shù)據(jù)連續(xù)且穩(wěn)定，未出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷或雜亂的情況。兩次同步觀測(cè)潮位差值平均值均在0.05 m左右，最大、最小差值的絕對(duì)值均小于0.15 m，差值區(qū)間在0～0.10 m的觀測(cè)值占總觀測(cè)值的90%左右。兩次同步觀測(cè)成果表明，通過(guò)R7接收機(jī)進(jìn)行PPK潮位觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定且高程精度達(dá)到了0.10～0.15 m的等級(jí)，符合相關(guān)水深測(cè)量規(guī)范的精度要求。第一次PPK潮位與水位計(jì)潮位較差數(shù)統(tǒng)計(jì)如表2所示，第二次PPK潮位與水位計(jì)潮位較差數(shù)統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表2 第一次PPK潮位與水位計(jì)潮位較差數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表3 第二次PPK潮位與水位計(jì)潮位較差數(shù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

湛江港30 萬(wàn)t級(jí)航道的外段的龍騰航道離岸距離遠(yuǎn)且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，傳統(tǒng)的潮位觀測(cè)方式存在較大局限性，無(wú)法滿足頻繁的水深測(cè)量需求。通過(guò)2次同步觀測(cè)的數(shù)據(jù)表明，PPK潮位觀測(cè)技術(shù)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、精度均滿足湛江港30 萬(wàn)t級(jí)航道水深測(cè)量潮位控制的要求。在今后的水深測(cè)量潮位控制中將以PPK潮位觀測(cè)技術(shù)作為主要的技術(shù)手段。