本发明涉及测量船吃水数据动态处理，具体涉及一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法。
背景技术：
1、测量船的动态吃水是指测量船受船尾推进器排水作用，由静止到快速运动产生不同程度的整体下坐，该下坐量即为测量船动态吃水，它主要受船速（指测量船对地速度减去海水流速）、船型、水深的影响，并且在测量船不同位置处也不尽相同。在水深测量中，多波束测深系统已成为其主流设备，动态吃水作为重要的改正参数，其改正结果直接影响水深测量的最终成果。因此为了获得准确、可靠的水深数据，提高测深精度，必须精确测定测量船的动态吃水，对其影响进行改正。
2、为解决这一问题，中国的《海道测量规范》（gb 12327-2022）给出了走航式水深差值测定法和高精度gnss测高差值测定法。首先规定测定条件：（1）选择一个海底平坦、底质较坚硬、水深约为测量船吃水的7倍（如测区水深更浅，则选择更浅水域）、保证测量船用各种速度航行的开阔水域；（2）测试时，海况较好，实施观测水位，测量船在海流等作用力下进行无动力漂移；（3）保证测量船无动力直线漂移，采集测深数据或全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)测高数据，直线漂移距离不小于200m，然后以直线漂移航迹线为基准布设一条测线，并向两端各延伸不小于100。在满足上述三个条件下，走航式水深差值测定法是以测定条件布设的测线为基准，测量船以设定的不同速度，分别与漂移方向同向、同测线进行水深测量；然后对漂移和不同船速下的测深数据进行处理、改正，获得不同船速下的准确水深数据；以选定的直线漂移段水深数据作为准静态比对基准水深，其他不同航速下水深与其做比对，比对点的定位偏差不大于2m，获得两条测线的比对水深差值，取比对水深差值的平均数为不同船速下动态吃水值。而高精度gnss测高差值测定法，同样满足上述三个条件，采用实时动态载波相位差分(real - time kinematic，rtk)、网络rtk、精密单点定位技术（precise point positioning，ppp）、动态后处理差分（post processed kinematic，ppk）等高精度gnss测量方式，测量船以设定的不同速度，分别于漂移方向同向、同测线采集gnss测量数据；对漂移和不同船速下的gnss测量数据进行处理、改正，提取不同船速下的平面坐标和高程数据；以选定的直线漂移段定位和测高数据作为准静态比对基准数据，其他不同船速下的平面坐标和高程数据与其他比对，比对点的坐标偏差不大于2m，获得两条测线的比对高程差值，取比对高程差值的平均数为不同船速下的动态吃水值。综上，可以看出，《海道测量规范》（gb 12327-2022）给出了两种测量动态吃水的方法，虽然能够较准确的计算出某航向和航速下的动态吃水，但受测量环境的影响，不易实施，且工作前需进行航行试验，增加了项目生产成本。
3、再者，国内外大量学者也对此进行了深入研究。例如，briggs认为当测量船在航道中航行时，下坐量主要受航道宽度、水深及船速影响。varyani则认为当在水深非限制区域或者水深较大处，该下坐量主要受船速影响；并在水深较浅处，对高速运动的测量船产生的下坐量进入了深入研究。delefortrie et al.则针对测量船在浑浊区域时的动态吃水进行了研究，给出动态吃水改正模型。zeraatgar et al.在浅水区域详细研究了测量船下坐量与上述参数的关系，并给出了计算模型。以上学者大都采用一定的方法给出测量船动态吃水的改正模型，但并没有从实际测量的角度准确测量动态吃水，具有一定的局限性。郭发滨提出用圆筒型压力传感器且采用感压方式来测量换能器中心动态吃水的可行性，但动态吃水与上下升沉极易混淆，且受伯努利效应的影响，给实际测量造成一定的困难。吴炳昭等提出采用单船或双船法利用gnss来测量换能器中心的动态吃水，但其需要辅助较长时间的航行测试。ardalan et al.利用3台gnss接收机成功地给出船首及船尾动态吃水与船速的关系，但该方法实际上还是一种动态吃水改正模型，并没有准确给出换能器中心处的动态吃水。matte et al.对动态吃水进行了大量研究，利用gnss和声学多普勒流速剖面仪（adcp）给出gnss天线位置处的动态吃水，其精度可达厘米级，但需要adcp作为辅助传感器。
4、随着gnss技术的不断发展，诸如rtk、ppk、ppp等技术方法的成熟，它在垂直和平面方向上能够提供厘米级定位精度，这使得其在海洋测绘及海洋环境监测方面扮演的角色日益重要。船载gnss天线与测深换能器通过测船固连安装，即gnss天线得到的高精度大地高变化，能够实时反映测量船垂直方向上的综合动态变化，包括动态吃水、水位、波浪等。如果采用一定的方法，在避免航向试验，不增加其他辅助设备的前提下，直接从船载gnss大地高数据提取动态吃水，具有重要的现实意义。
5、综上，基于《海道测量规范》（gb 12327-2022）规定的动态吃水测量方法，具有实用性，但是需在一定的条件下进行航行试验，增加了项目生产成本，且不易实施。而采用动态吃水经验模型计算，则存在模型误差，同时，建模时对技术人员提出了更高的技术要求。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，用于解决上述我问题。
2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，包括以下步骤：
4、s01、获取实时的船载gnss大地高数据；
5、s02、基于多波束测深系统实时采集的同步数据对gnss大地高数据进行修正，以得到只包含测量船动态吃水和水位的必要数据；
6、s03、基于集合经验模态分解方法在所述必要数据中包含的待分解信号中加入高斯白噪声，以改变原序列的极值点分布，并将每次获得的imf分量进行求和，并提取平均值；
7、s04、经过集合经验模态分解后，根据各特征分量的周期提取水位信息，并剔除步骤s02中的必要数据中的水位信息，以获取动态吃水数据。
8、作为优选的，所述gnss大地高数据是基于rtk、ppk和ppp提供gnss精确定位。
9、作为优选的，所述gnss大地高数据包括测量船的总吃水数据、由波浪效应引起的垂直方向上的高频波动数据和水深数据。
10、作为优选的，所述步骤s01中所述船载gnss大地高数据计算包括：
11、；
12、则：
13、；
14、其中：tg为船载gnss大地高，ts为由海洋潮汐引起的水位变化，s为波浪引起的垂直变化，d为测量船动态的吃水深度，j为测量船静止时的吃水深度，hg为经波浪改正后的船载gnss大地高数据。
15、作为优选的，所述步骤s02中所述多波束测深系统至少装配有姿态仪；
16、而采集的所述同步数据为由姿态仪测量给出测量船的横摇、纵摇和上下升沉的姿态测量值；
17、则执行对gnss大地高数据进行修正：
18、；
19、其中，r为测量船的横摇，p为测量船的纵摇，h为测量船的上下升沉。
20、作为优选的，所述步骤s03中获得的imf分量的步骤包括：
21、s31、初始化高斯白噪声序列的幅值为，次数为nj；
22、s32、在原始信号x(t)中加入噪声序列ni(t)，则：
23、；
24、s33、设a(t)和b(t)分别为xi(t)的极大值和极小值拟合成的包络线，则两条包络线的均值c(t)可以表示为：
25、；
26、；
27、其中，hi1(t)为分解后的量；
28、s34、对hi1(t)进行判断是否符合执行条例：
29、若分解后的量值小于阈值，则满足，hi1(t)=imfi1；
30、若分解后的量值大于阈值，则不满足，将hi1(t)当作原始时间序列，并重复步骤s31-步骤s33，经过k次筛选后，得到，剩余信号为：
31、；
32、s35、对剩余信号重复执行s33-步骤s44步骤，直至n次分解后rn(t)小于预设的阈值或者单调函数，得到i个imf分量和1个剩余分量ri(t)，则：
33、；
34、s36、重复e次步骤s35，对对应的imf分量总体取平均值，则最终imf分量imfj(t)和剩余分量rj(t)为：
35、；
36、。
37、作为优选的，所述执行条例包括：
38、s331、在所述必要数据的数据集里，极值点的数目与穿过零点的数目必须相等或者最多相差1个；
39、s332、由局部极大值所构成的包络线以及由局部极小值所构成的包络线的均值为0。
40、作为优选的，所述步骤s04中集合经验模态分解是对原始信号x(t)的处理。
41、在上述技术方案中，本发明提供的一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，具备以下有益效果：对获取的精确的船载gnss大地高数据经波浪改正后，再利用集合模态经验分解方法，从船载gnss大地高数据中，分离测量船动态吃水和水位，达到在避免航行试验，无需其他特殊操作的同时，提取动态吃水的目的，进而降低了项目生产成本，提高生产效率，降低水作业人员的技术水平要求。
1.一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，其特征在于，所述gnss大地高数据是基于rtk、ppk和ppp提供gnss精确定位。
3.根据权利要求1所述的一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，其特征在于，所述gnss大地高数据包括测量船的总吃水数据、由波浪效应引起的垂直方向上的高频波动数据和水深数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，其特征在于，所述步骤s01中所述船载gnss大地高数据计算包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，其特征在于，所述步骤s02中所述多波束测深系统至少装配有姿态仪；
6.根据权利要求1所述的一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，其特征在于，所述步骤s03中获得的imf分量的步骤包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，其特征在于，所述执行条例包括：
8.根据权利要求1所述的一种基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法，其特征在于，所述步骤s04中集合经验模态分解是对原始信号x(t)的处理。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至8任一项所述基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述基于船载gnss大地高的测量船动态吃水计算方法的步骤。
