PPK技術在遠海長航道水深測量潮位控制中的應用

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t級航道進行改擴建工程，該航道長度較長且離岸最遠距離超過50 km。在進行水深測量時，如果采用傳統的拋水位計觀測潮位的方式，需要拋設3個或以上的水位計，進行高程傳遞且需要與周邊有效的驗潮站進行長時間同步觀測才可滿足要求，存在較大的局限性；RTK-三維水深測量雖然精度高且能獲取實時數據，但受限于基準站電臺信號的發射距離，流動站通常只能在20 km范圍內進行作業，無法在湛江港30 萬t級航道外段進行水深測量。

為解決湛江港30 萬t級航道潮位控制問題，滿足改擴建工程質量要求，經同步觀測及數據分析，PPK潮位觀測技術可用于遠海長航道水深測量，在湛江港30 萬t級航道在進行改擴建工程中成功運用。

1 工程概況

湛江港30 萬t級航道改擴建后范圍從龍騰航道入口處A30′（由30 萬t級航道工程起點向外海延伸約9.2 km）起，至東頭山航道折點F點南1.027 km處F′點（與30 萬t級航道工程終點一致）止。

改擴建后全長64.1 km，以湛江灣口門為界，分外航道和內航道，其中外航道長47.435 km，含龍騰航道外段和龍騰航道內段，其中外段航道從龍騰航道起點A30′至龍騰航道B′點，B′點長度36.2 km。

湛江港330 萬t級航道改擴建后范圍示意圖如圖1所示。

圖1 湛江港30 萬t噸級航道改擴建后范圍示意圖

2 PPK潮位觀測技術的原理

PPK（post processed kinematic）測量技術是利用載波相位進行事后差分的GNSS定位技術，屬于動態后處理測量技術[1]。在測量過程中，只需保證基準站、流動站同時連續記錄原始觀測數據，無須在站間進行實時數據通信，因此，適合在遠海地區使用。測量結束后利用IGS提供的精密星歷或廣播星歷、原始記錄數據和基準站的已知坐標，計算出基準站的相位改正數。根據GPS定位原理，基準站和流動站在一定距離范圍內對定位誤差具有較好的空間相關性，可以利用基準站的相位改正數，對流動站的相位觀測數據進行改正，獲得流動站的精確三維坐標[2]。

3 PPK潮位觀測技術的作業方法及數據處理

本項目使用2臺天寶R7型GNSS接收機分別當作基準站及流動站，2臺接收機均設置成靜態模式，基準站的數據采樣間隔設置為5 s，流動站數據采樣間隔設置為1 s。基準站通過三腳架架設在已知控制點上并嚴格對中整平，流動站安裝在測量船船頂且確保天線水平，量取天線至水面的垂直距離。開始觀測時先打開基準站，10 min后帶初始化完成數據穩定后再打開流動站，在進行水深測量期間確保流動站和基準站同時連續記錄數據，不可中斷。測量結束后先關閉流動站，15 min后再關閉基準站。將基準站、流動站采集的原始數據導出后，使用天寶的TBC軟件對數據進行處理。基本步驟：（1）數據導入；（2）天線及天線類型的輸入；（3）控制點信息的輸入；（4）將流動站的觀測基線強制連續，形成連續的軌跡；（5）基線解算；（6）導出軌跡數據（包含位置、時間及大地高潮位）。

4 PPK與水位計同步觀測及數據分析

由于壓力式水位計只能記錄水深變化情況，無法直接觀測潮位，在進行PPK與水位計同步觀測前，需先在本項目已知控制點（硇洲北港）附近安裝一部潮位遙報儀，潮位遙報儀與水位計進行3 d的同步觀測，即可通過平均海平面推算出拋設水位計處的實際潮位。

遙報儀及同步觀測點位置如圖2所示。

圖2 遙報儀及同步觀測點位置示意圖

4.1 同步觀測實施情況

2020年5月8日～11日期間，進行了第一次PPK潮位與水位計潮位為期3 d的持續同步觀測，PPK流動站架設在測量船“南海維護001”，測量船于2020年5月8日15：30開至龍騰航道8#燈浮（航段樁號約K15+800）以南200 m處拋錨并開始采集PPK數據。同時在該位置拋下水位計進行同步觀測，采集持續時間為3 d，2020年5月11日15：30結束記錄，數據采集情況良好。

2020年6月6日～9日期間，第二次進行了PPK潮位與水位計潮位為期3 d的持續同步觀測，PPK流動站架設在測量船“南海維護001”，測量船于2020年6月6日16：00開至龍騰航道24#燈浮（航段樁號約K32+600）以南200 m處拋錨并開始采集PPK數據，同時在該位置拋下水位計進行同步觀測，采集持續時間為3日，2020年6月9日15：30結束記錄，數據采集情況良好。

4.2 同步觀測成果

兩次同步觀測比對結果按照每5 min一次分別形成水位計觀測潮位及PPK后理潮位。第一次同步觀測水位計潮位與PPK潮位比對最大差值0.12 m，最小差值-0.124 m，平均差值0.05 m。第二次同步觀測水位計潮位與PPK潮位比對最大差值0.149 m，最小差值-0.109 m，平均差值0.056 m。第一次PPK潮位與水位計潮位同步觀測比對結果如圖3所示，第二次PPK潮位與水位計潮位同步觀測比對結果如圖4所示，PPK潮位與水位計潮位比對如表1所示。

圖3 第一次PPK潮位與水位計潮位同步觀測比對結果

圖4 第二次PPK潮位與水位計潮位同步觀測比對結果

表1 PPK潮位與水位計潮位比對 單位：m

4.3 數據分析及結果評定

根據以上同步觀測成果，在使用天寶R7接收機進行PPK潮位觀測期間數據連續且穩定，未出現數據中斷或雜亂的情況。兩次同步觀測潮位差值平均值均在0.05 m左右，最大、最小差值的絕對值均小于0.15 m，差值區間在0～0.10 m的觀測值占總觀測值的90%左右。兩次同步觀測成果表明，通過R7接收機進行PPK潮位觀測時，觀測數據非常穩定且高程精度達到了0.10～0.15 m的等級，符合相關水深測量規范的精度要求。第一次PPK潮位與水位計潮位較差數統計如表2所示，第二次PPK潮位與水位計潮位較差數統計如表3所示。

表2 第一次PPK潮位與水位計潮位較差數統計表

表3 第二次PPK潮位與水位計潮位較差數統計

5 結語

湛江港30 萬t級航道的外段的龍騰航道離岸距離遠且長度較長，傳統的潮位觀測方式存在較大局限性，無法滿足頻繁的水深測量需求。通過2次同步觀測的數據表明，PPK潮位觀測技術數據的穩定性、精度均滿足湛江港30 萬t級航道水深測量潮位控制的要求。在今后的水深測量潮位控制中將以PPK潮位觀測技術作為主要的技術手段。