一种基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，包括如下步骤：S1)基于差分GNSS对桥梁进行高程静态精确测量，获得每座桥梁的高程；S2)基于差分GNSS对船舶进行高程动态精确测量；S3)在通航至桥区水域时将此时船舶高程与之前已测量的该桥梁的高程进行对比，判断船舶能否安全通过桥梁。本发明专利技术提供的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，能够精确计算桥孔和船舶的高程，提高测量精度，较好地满足了船舶超高碰撞桥梁的预警要求，大大提高了船舶通航的安全性。大大提高了船舶通航的安全性。大大提高了船舶通航的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法


[0001]本专利技术涉及一种船舶超高碰撞桥梁预警方法，尤其涉及一种基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法。

技术介绍

[0002]全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)技术可以向用户提供准确、连续的三维位置和速度信息是最常用的定位方法。其具有全天候、全球覆盖、高精度以及实时监控等优点，在经济与科技飞速发展，GNSS定位技术和系统也在不断地更新迭代，已经经历了多普勒定位、伪距单点定位、伪距差分定位、载波相位差分定位(RTK)、精密单点定位(PPP)、区域RTK(网络RTK)和广域RTK(PPP
‑
RTK)等阶段。其中相位差分中的实时载波相位差分(Real
‑
Time Kinematic，RTK)已经达到了厘米级。如今在变形监测、控制测量、城市规划、地形测图等领域载波相位差分(RTK)技术已被广泛应用，这使人们的生活更加便利高效。现在正在建设的不单单只有美国的GPS定位系统，还有俄罗斯的GLONASS系统，欧洲的伽利略系统以及中国自主研发设计的北斗导航卫星系统(BeiDou Navigation Satellite System)。
[0003]目前基于多基站网络RTK技术建成的连续运行卫星定位参考站系统CORS(Continuously Operating Reference Stations)作为一种更精确更方便的服务已经应用于各行各业中。我国的CORS系统主要采用多单位多行业共同负责的多融合的组网模式，实现了资源的合理共享。北斗CORS系统可以定义为北斗的一个或多个固定的、连续运行的参考站，由现代计算机、数据通信和互联网(LAN/WAN)技术组成的网络，可以自动向不同类型、不同要求、不同等级的用户实时、伪距地提供北斗导航卫星系统观测(载波相位)的各种修正号、状态信息等与北斗导航卫星系统有关的系统服务项目。CORS系统缩短了初始化时间，扩大了测量范围，彻底改变了传统的操作模式。
[0004]由于船舶超高导致的船桥碰撞事故时有发生，因此迫切需要一种可以有效判断船舶是否能安全通过桥梁的方法。有学者研究通过使用拍照识别计算景深的方法来判断船舶是否能安全通过桥梁，也有学者研究通过雷达和GPS结合的方法判断船舶是否能安全通过桥梁。但是现有方法存在精度低、探测距离受限和易受天气影响等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，能够精确计算桥孔和船舶的高程，提高测量精度，较好地满足了船舶超高碰撞桥梁的预警要求，大大提高了船舶通航的安全性。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，包括如下步骤：S1)基于差分GNSS对桥梁进行高程静态精确测量，获得每座桥梁的高程；S2)基于差分GNSS对船舶进行高程动态精确测量；S3)在通航至桥区水域时将此时船舶高程与之前已测量的该桥梁的高程进行对比，判断船舶能否安全通过
桥梁。
[0007]上述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其中，所述步骤S1对每座桥梁的桥洞取3个测量点,分别为桥洞的最高点和两个最低点，取桥洞的最高点测得的桥梁高程减去桥面到桥洞最高点的距离h1，分别得到桥洞的高程值h
高
＝h
测
‑
h1，h
低
＝h
测
‑
h2，h2为桥面到桥洞距离桥墩安全保护距离的距离，对桥洞的最高点与最低点的高程进行做差可得h
差
＝h
高
－h
低
，ε＝h
差
/2。
[0008]上述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其中，所述步骤S1使用基于载波相位差分的CORS系统对同一测量点进行多次测量，并对静态测量数据通过内符合精度和外符合精度分析控制误差保持在厘米级。
[0009]上述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其中，所述步骤S2通过差分定位实时获得船舶的高程，并将测得的船舶高程加上测量设备到船舶最高点的距离h3,得到船舶的高程值h
船
＝h
测
+h3。
[0010]上述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其中，所述步骤S2分别获得船舶停泊状态下和航行状态下两组数据，并对动态测量分别进行内符合精度和基于拟合轨迹偏差的动态定位精度法分析控制误差保持在分米级。
[0011]上述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其中，所述步骤S2根据船舶停泊的高程数据和船舶航行时的高程数据，分别建立拟合直线，获取测量点位与拟合线上点位之间的距离，计算得到动态数据的中误差。
[0012]上述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其中，所述步骤S2使用总体最小二乘模型进行直线的拟合：
[0013]直线方程表示为:
[0014]y＝ax+b
[0015]式中，x、y为变量，a、b为方程系数；
[0016]误差方程表示为：
[0017][0018]其中，v
y
＝[v
y1 v
y2 v
y3
…
v
yn
]T
，x＝[x
1 x
2 x3…
x
n
]T
，y＝[y
1 y
2 y3…
y
n
]T
；
[0019]转化为如下矩阵形式
[0020]V＝AX
‑
L
[0021]式中，V是误差矩阵，A为系数矩阵，L为观测量；
[0022]约束条件表示为：
[0023][0024]得到最小二乘解为：
[0025]X＝(A
T
A)
‑1A
T
。
[0026]上述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其中，所述步骤S1通过定位模块BT
‑
F9PK2对桥梁进行高程静态精确测量，静态测量数据通过内符合精度和外符合精度分析控制误差在1cm以内，所述步骤S2通过定位模块BT
‑
F9PK2和高精度螺旋天线对船
舶进行北斗
‑
RTK差分定位实时获得船舶的高程，控制船舶停泊时测量误差在6cm以内，船舶刚启动时测量误差在45cm以内，稳定航行时测量误差在16cm以内。
[0027]上述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其中，假设α是船舶与桥梁的安全高度余量，所述步骤S3包括：
[0028]当h
船
<h
低
‑
时，判定船舶可以安全的通过桥梁，当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其特征在于，包括如下步骤：S1)基于差分GNSS对桥梁进行高程静态精确测量，获得每座桥梁的高程；S2)基于差分GNSS对船舶进行高程动态精确测量；S3)在通航至桥区水域时将此时船舶高程与之前已测量的该桥梁的高程进行对比，判断船舶能否安全通过桥梁。2.如权利要求1所述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其特征在于，所述步骤S1对每座桥梁的桥洞取3个测量点,分别为桥洞的最高点和两个最低点，取桥洞的最高点测得的桥梁高程减去桥面到桥洞最高点的距离h1，分别得到桥洞的高程值h
高
＝h
测
‑
h1，h
低
＝h
测
‑
h2，h2为桥面到桥洞距离桥墩安全保护距离的距离，对桥洞的最高点与最低点的高程进行做差可得h
差
＝h
高
－h
低
，ε＝h
差
/2。3.如权利要求1所述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其特征在于，所述步骤S1使用基于载波相位差分的CORS系统对同一测量点进行多次测量，并对静态测量数据通过内符合精度和外符合精度分析控制误差保持在厘米级。4.如权利要求2所述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其特征在于，所述步骤S2通过差分定位实时获得船舶的高程，并将测得的船舶高程加上测量设备到船舶最高点的距离h3,得到船舶的高程值h
船
＝h
测
+h3。5.如权利要求4所述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其特征在于，所述步骤S2分别获得船舶停泊状态下和航行状态下两组数据，并对动态测量分别进行内符合精度和基于拟合轨迹偏差的动态定位精度法分析控制误差保持在分米级。6.如权利要求5所述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其特征在于，所述步骤S2根据船舶停泊的高程数据和船舶航行时的高程数据，分别建立拟合直线，获取测量点位与拟合线上点位之间的距离，计算得到动态数据的中误差。7.如权利要求6所述的基于差分GNSS技术的船舶超高碰撞桥梁预警方法，其特征在于，所述步骤S2使用总体最小二乘模型进行直线的拟合：直线方程表示为:y＝ax+b式中，x...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，刘华海，朱建斌，胡勤友，宋红阳，刘维，罗茜茜，付广杰，金垒，杨恒力，
申请(专利权)人：上海迈利船舶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：