[发明专利]测量河流水位高度和坡度的GNSS漂流浮毯及方法

说明书

本发明涉及一种测量河流水位高度和坡度的GNSS漂流浮毯及方法，属于GNSS水位空间测量装置技术领域。本发明包括如下步骤：将GNSS浮毯装置进行充气；GNSS参考基站将为GNSS浮毯提供差分后处理信息通过4G通信传输至陆地的控制站；GNSS浮毯精确的三维坐标的计算；利用GNSS浮毯解算的经纬度信息获得大地水准面高度；计算每一点的河流水位相对于大地水准面的高度；进行数据低通滤波；利用姿态数据改正，得到GNSS水位高度；通过大地测量正算，计算GNSS浮毯自起始点的累计距离；对GNSS河流水位数据重采样；计算河流每公里的坡度。本发明成本低，效率高，实现河流水位和坡度的协同观测及空间动态观测。

技术领域

本发明涉及一种测量河流水位高度和坡度的GNSS漂流浮毯及方法，属于GNSS水位空间测量装置技术领域。

背景技术

目前河流水位和坡度一般由水利部门设立的不同位置的水位站进行观测，一般水位站的间距较大，站点之间的数据为空白，无法测量空间连续的河流水位变化信息以及坡度变化信息。卫星雷达高度计也可以观测沿着轨道方向的河流水位和坡度信息，但是其分辨率一般在5km左右，且仅可以观测卫星轨道和河流交叉的部分水域，测量范围较为有限，无法实现沿河流方向的水位和坡度的空间信息。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种测量河流水位高度和坡度的GNSS漂流浮毯及方法，通过测量高精度、高分辨率的河流水位高度和坡度空间信息，可以实现沿河流方向的空间动态信息监测。

本发明所述的测量河流水位高度和坡度的方法，包括如下步骤：

S1：将GNSS浮毯装置进行充气，使其具备充足的浮力；

S2：GNSS参考基站将为GNSS浮毯提供差分后处理信息，改进GNSS电离层、对流层、卫星钟差误差；

S3：GNSS工作状态信息将通过4G通信传输至陆地的控制站，从而实时监测其工作状态；

S4：GNSS浮毯精确的三维坐标的计算，包括如下小步：

S41：在下游终点收回GNSS浮毯；

S42：利用PPK精密后处理技术联合WGS84参考椭球面和GNSS参考基站，解算精密GNSS三维坐标(Lat,Lon,Hwgs84)；

S43：采用PPK差分定位技术获得GNSS浮毯精确的三维坐标：

式中：为GNSS浮毯起始相位模糊度；为GNSS浮毯起始历元至观测历元的相位整周数；为GNSS浮毯相位观测的小数部分；dρ为同一观测历元各项残差；

S5：利用GNSS浮毯解算的经纬度信息对EMG2008大地水准面模型进行距离加权插值，获得GNSS浮毯空间位置序列中的大地水准面高度Hg；

S6：计算每一点的河流水位相对于大地水准面的高度H：

H＝Hwgs84-Hg (2)

S7：进行数据低通滤波，消除GNSS浮毯波动的随机误差；

S8：利用姿态传感器采集的姿态数据对GNSS水位进行横滚、纵摇和起伏的改正，得到相对于大地水准面滤波和无姿态偏差的GNSS水位高度；

S9：通过大地测量正算，按照GNSS平面经纬度坐标计算GNSS浮毯自起始点的累计距离，单位km：

d＝R·α (5)

式中：R为地球半径atan2为方位角计算函数；

S10：按照累计距离对GNSS河流水位数据进行每公里间隔的重采样；