基于北斗精密单点定位的离岸潮位遥测方法

技术领域

本发明涉及海洋测绘领域，具体涉及一种基于北斗精密单点定位的离岸潮位遥测方法。

背景技术

海洋潮位数据是重要的海洋水文观测要素。潮位的精准化测量和预报对远洋航运、科学研究、工程建设、防灾减灾和国防军事具有十分重要的意义，同时对又好又快实现“海上丝绸之路”国家战略具有巨大的促进作用。我国对离岸潮位遥测遥报测量仪器设备有着巨大需求。

潮位遥测装置根据布设位置的不同，可分为岸基和离岸两种，岸基潮位遥测技术发展已较成熟，而离岸潮位遥测技术还处于发展阶段，当前离岸潮位遥测一般采取压力式传感器和声学通信相结合的方式，把水下坐底式压力传感器采集的数据通过声学通信传输至水面，再经水面标体传回岸边服务器，但该方式存在以下不足：1、所需成本大、丢失风险高；2、难以推广，难以产业化；3、无法实现离岸潮位快速遥测；4、风、浪、流等因素会引起水面标体姿态变化，造成测量误差，完成观测的条件以及成本高，离岸潮位观测精度不高。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于北斗精密单点定位的离岸潮位遥测方法，采用该方法可以实现远离岸边水域潮位的低成本快速测量。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：基于北斗精密单点定位的离岸潮位遥测方法，采用以下步骤：

步骤1：将支持北斗精密单点定位以及远程通信功能的GNSS接收机设置于海上浮标；

步骤2：设置GNSS接收机的原始观测数据采样频率、天线高、卫星高度角；

步骤3：将GNSS接收机的原始观测数据远程实时发送至岸上服务器，通过PPP精密单点定位解算，得到按时间序列分布的水面大地高

步骤4：以每分钟前后各30秒内水面大地高

步骤5：对剔除粗差后的水面大地高，按分钟进行均值化处理，得到该分钟的水面大地高均值

步骤6：采用S-G滤波方法对所有分钟的水面大地高均值

步骤7：计算得到基于深度基准面的潮位

进一步的，所述步骤1中，所述GNSS接收机由所述海上浮标供电，所述GNSS接收机的天线中心到水面的高度为GNSS接收机的天线高。

进一步的，所述步骤2中，所述GNSS接收机原始观测数据采样频率设置为1Hz，所述GNSS接收机的卫星高度角设置为15°。

进一步的，所述步骤3中，原始观测数据通过卫星通信、北斗短报文通信或移动互联网的方式远程实时发送至岸上服务器。

本发明具有的优点和积极效果是：

随着北斗卫星导航系统的完善建成和北斗星地一体融合服务能力的不断增强，北斗高精度PNT服务覆盖区域不断扩大、卫星实时定位精度不断提高，特别是基于北斗3号PPP-B2b信号的精密单点定位技术（PPP，precise point positioning）加上北斗独有的全球短报文通信能力，为离岸潮位遥测提供了新的技术手段。

1）本发明充分利用北斗精密单点定位技术，提出基于北斗精密单点定位的离岸潮位具体遥测方法，通过远程数据实时传输，实时进行精密单点定位解算，提出相应的潮位遥测数据处理方法，解决了离岸潮位快速遥测难题。

2）本发明提出的基于北斗精密单点定位的离岸潮位遥测数据处理方法，无需姿态传感器数据，经粗差剔除、均值化处理、平滑滤波等方法，分离风、浪、流等引起浮标姿态变化所带来的测量误差，降低了观测条件限制和观测成本，提高了离岸潮位观测精度。

3）本发明利用海上浮标集成或安装支持北斗精密单点定位以及远程通信功能的GNSS接收机进行原始数据采集，相较传统基于压力式传感器加声学通信的数据采集方式，成本大幅降低、观测方式简单、后期维护方便，易于推广、产业化前景好。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为GNSS PPP潮位与压力式潮位仪潮位比对图；

图3为GNSS PPP潮位偏差统计图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，基于北斗精密单点定位的离岸潮位遥测方法，采用以下步骤：

步骤1：把支持北斗精密单点定位以及远程通信功能的GNSS接收机集成或安装到海上浮标上。

海上浮标随海水潮涨潮落起伏，且GNSS由海上浮标的电力系统供电。测量GNSS接收机的天线中心到水面的高度，作为GNSS接收机天线高。同时，在附近海底布设压力式潮位仪，作为测试精度比对，压力式潮位仪测量间隔为每次/5分钟。

步骤2：设置GNSS接收机原始观测数据采样频率、天线高、卫星高度角。

采样频率一般设置为1Hz，卫星高度角一般设置为15°。

步骤3：原始观测数据远程实时发送至岸上服务器，通过PPP精密单点定位解算，得到按时间序列分布的水面大地高

原始观测数据通过卫星通信、北斗短报文通信或移动互联网等方式远程实时发送至岸上服务器。岸上服务器潮位数据实时动态处理及可视化平台，见图3。

步骤4：以每分钟前后各30秒内水面大地高

对于第

式中，

，其中/>

式中，

步骤5：对剔除粗差后的水面大地高，按分钟进行均值化处理，得到该分钟的水面大地高均值

对于第

式中，

步骤6：采用S-G滤波方法对所有分钟的水面大地高均值

对于

式中

其中

步骤7：通过当地垂直基准面换算关系，把

式中，

基于北斗精密单点定位的离岸潮位遥测方法获取的GNSS PPP潮位与利用传统压力式潮位仪获得的潮位比对图，见图2。

经统计，基于北斗精密单点定位的离岸潮位遥测方法获取的GNSS PPP潮位与利用传统压力式潮位仪获得的潮位比对，807组数值偏差全部小于0.1m，最大偏差为0.08m，整体中误差为±3.7cm，偏差统计见图3。基于北斗精密单点定位的离岸潮位遥测方法获取的GNSS PPP潮位完全满足《海洋观测规范 第2部分海滨观测》（GBT 14914.2-2019）对潮位观测的精度要求。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。