基于北斗精密單點定位的離岸潮位遙測方法技術

本發明專利技術涉及基于北斗精密單點定位的離岸潮位遙測方法，步驟為：步驟1：將GNSS接收機設置于海上浮標；步驟2：設置GNSS接收機原始觀測數據采樣頻率、天線高、衛星高度角；步驟3：原始觀測數據發送至岸上服務器，通過解算得到按時間序列分布的水面大地高；步驟4：以每分鐘前后各30秒內水面大地高的均值

【技術實現步驟摘要】
基于北斗精密單點定位的離岸潮位遙測方法


[0001]本專利技術涉及海洋測繪領域，具體涉及一種基于北斗精密單點定位的離岸潮位遙測方法。

技術介紹

[0002]海洋潮位數據是重要的海洋水文觀測要素。潮位的精準化測量和預報對遠洋航運、科學研究、工程建設、防災減災和國防軍事具有十分重要的意義，同時對又好又快實現“海上絲綢之路”國家戰略具有巨大的促進作用。我國對離岸潮位遙測遙報測量儀器設備有著巨大需求。
[0003]潮位遙測裝置根據布設位置的不同，可分為岸基和離岸兩種，岸基潮位遙測技術發展已較成熟，而離岸潮位遙測技術還處于發展階段，當前離岸潮位遙測一般采取壓力式傳感器和聲學通信相結合的方式，把水下坐底式壓力傳感器采集的數據通過聲學通信傳輸至水面，再經水面標體傳回岸邊服務器，但該方式存在以下不足：1、所需成本大、丟失風險高；2、難以推廣，難以產業化；3、無法實現離岸潮位快速遙測；4、風、浪、流等因素會引起水面標體姿態變化，造成測量誤差，完成觀測的條件以及成本高，離岸潮位觀測精度不高。

技術實現思路

[0004]本專利技術為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種基于北斗精密單點定位的離岸潮位遙測方法，采用該方法可以實現遠離岸邊水域潮位的低成本快速測量。
[0005]本專利技術為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：基于北斗精密單點定位的離岸潮位遙測方法，采用以下步驟：步驟1：將支持北斗精密單點定位以及遠程通信功能的GNSS接收機設置于海上浮標；步驟2：設置GNSS接收機的原始觀測數據采樣頻率、天線高、衛星高度角；步驟3：將GNSS接收機的原始觀測數據遠程實時發送至岸上服務器，通過PPP精密單點定位解算，得到按時間序列分布的水面大地高；步驟4：以每分鐘前后各30秒內水面大地高的均值
±
2倍標準差作為粗差剔除標準，逐一對同一時間內的水面大地高進行粗差剔除，得到剔除粗差的水面大地高；步驟5：對剔除粗差后的水面大地高，按分鐘進行均值化處理，得到該分鐘的水面大地高均值，作為該分鐘的水面大地高；步驟6：采用S
?
G濾波方法對所有分鐘的水面大地高均值進行平滑濾波，得到濾波后的水面大地高；步驟7：計算得到基于深度基準面的潮位，其中為參考橢球面到深度基準面的改正值。
[0006]進一步的，所述步驟1中，所述GNSS接收機由所述海上浮標供電，所述GNSS接收機的天線中心到水面的高度為GNSS接收機的天線高。
[0007]進一步的，所述步驟2中，所述GNSS接收機原始觀測數據采樣頻率設置為1Hz，所述GNSS接收機的衛星高度角設置為15
°
。
[0008]進一步的，所述步驟3中，原始觀測數據通過衛星通信、北斗短報文通信或移動互聯網的方式遠程實時發送至岸上服務器。
[0009]本專利技術具有的優點和積極效果是：隨著北斗衛星導航系統的完善建成和北斗星地一體融合服務能力的不斷增強，北斗高精度PNT服務覆蓋區域不斷擴大、衛星實時定位精度不斷提高，特別是基于北斗3號PPP
?
B2b信號的精密單點定位技術（PPP，precise point positioning）加上北斗獨有的全球短報文通信能力，為離岸潮位遙測提供了新的技術手段。
[0010]1）本專利技術充分利用北斗精密單點定位技術，提出基于北斗精密單點定位的離岸潮位具體遙測方法，通過遠程數據實時傳輸，實時進行精密單點定位解算，提出相應的潮位遙測數據處理方法，解決了離岸潮位快速遙測難題。
[0011]2）本專利技術提出的基于北斗精密單點定位的離岸潮位遙測數據處理方法，無需姿態傳感器數據，經粗差剔除、均值化處理、平滑濾波等方法，分離風、浪、流等引起浮標姿態變化所帶來的測量誤差，降低了觀測條件限制和觀測成本，提高了離岸潮位觀測精度。
[0012]3）本專利技術利用海上浮標集成或安裝支持北斗精密單點定位以及遠程通信功能的GNSS接收機進行原始數據采集，相較傳統基于壓力式傳感器加聲學通信的數據采集方式，成本大幅降低、觀測方式簡單、后期維護方便，易于推廣、產業化前景好。
附圖說明
[0013]圖1為本專利技術的流程圖；圖2為GNSS PPP潮位與壓力式潮位儀潮位比對圖；圖3為GNSS PPP潮位偏差統計圖。
具體實施方式
[0014]為能進一步了解本專利技術的
技術實現思路
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：請參閱圖1，基于北斗精密單點定位的離岸潮位遙測方法，采用以下步驟：步驟1：把支持北斗精密單點定位以及遠程通信功能的GNSS接收機集成或安裝到海上浮標上。
[0015]海上浮標隨海水潮漲潮落起伏，且GNSS由海上浮標的電力系統供電。測量GNSS接收機的天線中心到水面的高度，作為GNSS接收機天線高。同時，在附近海底布設壓力式潮位儀，作為測試精度比對，壓力式潮位儀測量間隔為每次/5分鐘。
[0016]步驟2：設置GNSS接收機原始觀測數據采樣頻率、天線高、衛星高度角。
[0017]采樣頻率一般設置為1Hz，衛星高度角一般設置為15
°
。
[0018]步驟3：原始觀測數據遠程實時發送至岸上服務器，通過PPP精密單點定位解算，得到按時間序列分布的水面大地高。
[0019]原始觀測數據通過衛星通信、北斗短報文通信或移動互聯網等方式遠程實時發送至岸上服務器。岸上服務器潮位數據實時動態處理及可視化平臺，見圖3。
[0020]步驟4：以每分鐘前后各30秒內水面大地高的均值
±
2倍標準差作為粗差剔除標準，逐一對同一時間內的水面大地高進行粗差剔除，得到剔除粗差的水面大地高。
[0021]對于第分鐘，該分鐘前后各30秒內水面大地高用表示，為第分鐘第個數據，為第分鐘數據總數，表示第1個數據（第分鐘第30秒的水面大地高），
…
，表示第個數據（第分鐘第29秒的水面大地高），標準差具體計算公式如下：式中，為第分鐘前后各30秒內水面大地高的均值分鐘前后各30秒內水面大地高的均值，其中滿足式中，為每分鐘數據剔除兩倍標準差后的水面大地高，共個()。
[0022]步驟5：對剔除粗差后的水面大地高，按分鐘進行均值化處理，得到該分鐘的水面大地高均值，作為該分鐘的水面大地高。
[0023]對于第分鐘，對該分鐘前后各30秒內剔除粗差后的水面大地高取平均值，作為該分鐘的水面大地高。具體計算公式如下：式中，為第分鐘前后各30秒內剔除粗差后的水面大地高中的第個數據。
[0024]步驟6：采用S
?
G濾波方法對所有分鐘的水面大地高均值進行平滑濾波，得到濾波后的水面大地高。
[0025]對于的一系列數據，考慮以為中心的個數據，濾波值為：式中為多項式擬合系數，由最小二乘計算得到：其中為系數矩陣，為窗口內位置為的元素的階系數：
步驟7：通過當地垂直基準面換算關系，把轉換為基于深度基準面的潮位，實現離岸潮位的快速測量。
[0026]式中，為參考橢球面到深度基本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.基于北斗精密單點定位的離岸潮位遙測方法，其特征在于，采用以下步驟：步驟1：將支持北斗精密單點定位以及遠程通信功能的GNSS接收機設置于海上浮標；步驟2：設置GNSS接收機的原始觀測數據采樣頻率、天線高、衛星高度角；步驟3：將GNSS接收機的原始觀測數據遠程實時發送至岸上服務器，通過PPP精密單點定位解算，得到按時間序列分布的水面大地高；步驟4：以每分鐘前后各30秒內水面大地高的均值
±
2倍標準差作為粗差剔除標準，逐一對同一時間內的水面大地高進行粗差剔除，得到剔除粗差的水面大地高；步驟5：對剔除粗差后的水面大地高，按分鐘進行均值化處理，得到該分鐘的水面大地高均值，作為該分鐘的水面大地高；步驟6：采用S
?
G濾波方法對所有分鐘的水面大地高均值進行...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉亮，劉杰，劉俊濤，高輝，熊偉，李治朋，宋維敏，趙靚，
申請(專利權)人：天津水運工程勘察設計院有限公司，
類型：發明
國別省市：