GPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用探討

牛耀山

摘要：GPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用作為科技發(fā)展趨勢(shì)的一個(gè)重要分支，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中處于非常重要的位置，本文就主要介紹了GPS的測(cè)量原理，簡(jiǎn)要的分析了在海洋測(cè)繪中GPS應(yīng)用的主要內(nèi)容，另外還主要分析了GPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中所出現(xiàn)的主要問(wèn)題，并提出了解決問(wèn)題的主要措施。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù);海洋測(cè)繪;問(wèn)題與解決措施

引言

隨著目前國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，海洋測(cè)繪面臨著一次巨大的改變，首先利用GPS突破了海洋測(cè)繪的技術(shù)層面，使海洋測(cè)繪全面進(jìn)入數(shù)字技術(shù)時(shí)代。以GPS技術(shù)為代表的現(xiàn)代海洋測(cè)量新技術(shù)，已成為精確測(cè)量海岸地形和精確進(jìn)行海上定位不可或缺的技術(shù)手段。GPS技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)進(jìn)行輔助，從而在海洋測(cè)繪中為其提供了廣闊的應(yīng)用。本文就對(duì)GPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用現(xiàn)狀提出了一系列的研究探討，并提出一定的方法用來(lái)解決在實(shí)際應(yīng)用中所出現(xiàn)的具體問(wèn)題。

1 GPS的測(cè)量原理介紹

GPS技術(shù)是由美國(guó)國(guó)防部研發(fā)的一種全球性，全天候的高精確導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該技術(shù)由24顆GPS衛(wèi)星組成，分為軍民兩用系統(tǒng)，提供兩個(gè)等級(jí)的服務(wù)。美國(guó)政府為了加強(qiáng)其技術(shù)在全球?qū)Ш绞袌?chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力與控制力，從而撤銷(xiāo)了對(duì)GPS的干擾技術(shù)，大大提高了GPS的精準(zhǔn)度。并試圖提出以GPS技術(shù)和美國(guó)政府的增強(qiáng)系統(tǒng)作為國(guó)際市場(chǎng)使用的標(biāo)準(zhǔn)。

GPS的具體工作原理是由24顆GPS衛(wèi)星在離地面1萬(wàn)2千公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，按照一定的周期環(huán)繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。使得在任意時(shí)刻上的地球任意一個(gè)點(diǎn)，都可以同時(shí)觀測(cè)到四個(gè)不同的GPS衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的精確度比較高，所以可以計(jì)算出衛(wèi)星到接收機(jī)之間的距離，通過(guò)利用三維坐標(biāo)中的距離公式。僅僅利用三顆衛(wèi)星就可以組成三個(gè)方式來(lái)計(jì)算出觀測(cè)點(diǎn)的具體位置。在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中，還需要排除一些比較小的誤差，從而提高計(jì)算的精準(zhǔn)度。最后在許多的計(jì)算結(jié)果中，挑選出誤差最小的一組用于定位導(dǎo)航。

2 GPS在海洋測(cè)繪領(lǐng)域的具體應(yīng)用

2.1 GPS高精度定位技術(shù)在海上定位的具體應(yīng)用

海洋測(cè)繪工作主要包括海上定位以及水下測(cè)量等具體工作。海上定位通常是指在海上確定船舶的具體方位，輔助船舶進(jìn)行導(dǎo)航。由于海域普遍比較遼闊，所以可以根據(jù)具體的船舶離岸距離的遠(yuǎn)近，從而采取不同的定位方法。離岸較近的船舶，可以利用電磁波測(cè)距等方法。較遠(yuǎn)的海域可以利用無(wú)線(xiàn)電定位的方法。另外為了獲得更加精確的定位精度，通常會(huì)采用GPS接收機(jī)與船上的導(dǎo)航設(shè)備相互組合的方法來(lái)提高精確度。GPS定位技術(shù)為海洋測(cè)量，航海，海洋劃界，海洋軍事活動(dòng)等提供了高精度的定位技術(shù)。GPS高精度定位技術(shù)應(yīng)用在海上定位時(shí)主要利用的是差分技術(shù)。對(duì)于近海海域，可以采用岸上或者離岸較近的島嶼上設(shè)立基準(zhǔn)站，利用差分技術(shù)來(lái)進(jìn)行定位。對(duì)于較遠(yuǎn)的海域測(cè)繪工作，不可以在海上建立固定的測(cè)量控制點(diǎn)。因?yàn)楹Ｉ系牧鲃?dòng)性比較大，從而會(huì)降低定位的精度。使其在測(cè)量工作上受到限制。隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)于較遠(yuǎn)海域的測(cè)繪工作，研發(fā)出了專(zhuān)門(mén)針對(duì)于此的廣域差分技術(shù)。廣域差分技術(shù)是建立海洋動(dòng)態(tài)測(cè)量定位基準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)，能夠有效的提高GPS定位的精度，并使其定位的服務(wù)范圍擴(kuò)大到整個(gè)海域。

2.2 GPS在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用

水下地形測(cè)量的基礎(chǔ)主要為水下海底控制測(cè)量。水下海底控制測(cè)量主要利用水聲儀器來(lái)測(cè)量水的深度。海上航運(yùn)，海上石油工業(yè)，海底電纜工程等等開(kāi)發(fā)活動(dòng)都離不開(kāi)水下海底控制測(cè)量。所以GPS技術(shù)在水下地形測(cè)量中的具體應(yīng)用，就是可以快速高精度的測(cè)定水聲儀器的具體位置。對(duì)于較大比例的水聲儀器可以利用GPS差分技術(shù)來(lái)進(jìn)行精確定位。在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中，可以將GPS接收機(jī)與水聲儀器進(jìn)行相互組合。從而可以進(jìn)行精確的定位測(cè)量，通過(guò)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)可以測(cè)繪水深圖以及水下地形模型圖。

3 GPS在海域使用測(cè)量中所存在的問(wèn)題及其解決方案

3.1 GPS技術(shù)在海域使用測(cè)量中所存在的問(wèn)題

近幾年來(lái)隨著科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，GPS技術(shù)已經(jīng)成為海域測(cè)量中不可或缺的工具之一。GPS技術(shù)在許多海上以及海底測(cè)量活動(dòng)中進(jìn)行了非常廣泛的使用，從而節(jié)省了大量的人力物力，但是由于多數(shù)測(cè)量單位所使用的接收機(jī)精度不高，所以導(dǎo)致其測(cè)量前后的數(shù)據(jù)不一致。另外處理測(cè)量數(shù)據(jù)的工作人員專(zhuān)業(yè)度不夠高，在處理數(shù)據(jù)過(guò)程中對(duì)其數(shù)據(jù)的重視度不夠，而其理論基礎(chǔ)又比較欠缺，所以導(dǎo)致最后采用的參數(shù)都較為不合理，使得其最終測(cè)量結(jié)果誤差很大。最終導(dǎo)致其用海海域?qū)嶋H位置偏移，嚴(yán)重的甚至?xí)饳?quán)屬的糾紛問(wèn)題。比如，新建碼頭設(shè)計(jì)為從岸線(xiàn)起向海一側(cè)進(jìn)行填海造地，填海的區(qū)域可能會(huì)與原岸線(xiàn)重疊。所以填海工程必定會(huì)使原來(lái)的岸線(xiàn)消失一部分，從而形成新的人工岸線(xiàn)。但是由于測(cè)量誤差，可能會(huì)在實(shí)際標(biāo)圖過(guò)程中，沒(méi)有表現(xiàn)為與原自然岸線(xiàn)相互緊鄰而成為孤島。有的養(yǎng)殖用海海域的標(biāo)圖出現(xiàn)在岸上，但是有的是出現(xiàn)在海洋部門(mén)所規(guī)定的工程用海范圍上。這一切問(wèn)題的根源都是由于其測(cè)量誤差較大的原因。

3.2 GPS在海域測(cè)量中存在問(wèn)題的實(shí)際解決方法

GPS測(cè)量誤差按其根源可以分為三個(gè)大類(lèi)。其一是GPS信號(hào)自身的誤差，包括軌道的誤差。其二是GPS信號(hào)傳輸?shù)恼`差，包括對(duì)流層延遲等影響。第三是GPS接收機(jī)的誤差，其中包括無(wú)線(xiàn)相位中心偏差等。如果想很好地解決這三類(lèi)誤差，相關(guān)測(cè)量部門(mén)必須要制定海洋作業(yè)計(jì)劃的依據(jù)。為其定位測(cè)量順利的完成提供有力的保障。另外對(duì)其測(cè)量的儀器也必須要進(jìn)行檢驗(yàn)。沒(méi)有通過(guò)檢驗(yàn)的儀器是不可以直接用于海洋測(cè)量作業(yè)的。測(cè)量型GPS接收機(jī)的具體檢驗(yàn)方法為無(wú)線(xiàn)相位中心穩(wěn)定性測(cè)試，野外作業(yè)性能測(cè)試以及不同距離測(cè)程精度測(cè)試。經(jīng)過(guò)相關(guān)的應(yīng)用現(xiàn)狀專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查的情況來(lái)看。有相關(guān)鑒定資質(zhì)的單位對(duì)其GPS接收機(jī)進(jìn)行一定程序的鑒定后，其測(cè)量質(zhì)量可以達(dá)到相關(guān)部門(mén)的要求。檢驗(yàn)沒(méi)有通過(guò)的GPS接收機(jī)可以通過(guò)國(guó)家的一致要求來(lái)進(jìn)行糾正，消除該系統(tǒng)已知的測(cè)量誤差。另外也可以使用專(zhuān)業(yè)的坐標(biāo)參數(shù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)格轉(zhuǎn)換。在實(shí)際的海域測(cè)量工作中。如果工程項(xiàng)目屬于離岸較遠(yuǎn)的海面上，那么對(duì)其測(cè)量的精度要求就會(huì)比較低。多數(shù)的測(cè)量單位。會(huì)使用零參數(shù)轉(zhuǎn)化為平面直角坐標(biāo)，從而可以基本滿(mǎn)足海域測(cè)量要求。但是如果該海域項(xiàng)目處于近岸項(xiàng)目。那么為了保證項(xiàng)目與周邊的權(quán)屬單位不發(fā)生糾紛，那么就要進(jìn)行嚴(yán)格的參數(shù)轉(zhuǎn)換，保證岸邊坐標(biāo)點(diǎn)的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

目前來(lái)看，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技創(chuàng)新也得到了進(jìn)步，從而GPS技術(shù)在各領(lǐng)域也得到了充分的應(yīng)用，尤其是在海洋測(cè)量空間等方面。截止到目前為止，我國(guó)已經(jīng)發(fā)射了四顆氣象衛(wèi)星以及兩顆地球同步衛(wèi)星，從而建立了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，大大提高了定位導(dǎo)航的精確度。目前我國(guó)正在研制雷達(dá)衛(wèi)星，相信在不久的將來(lái)將會(huì)發(fā)射雷達(dá)衛(wèi)星，最終建立國(guó)家級(jí)的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收服務(wù)系統(tǒng)。所以在21世紀(jì)我國(guó)的GPS技術(shù)在海洋測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用，必定也會(huì)朝著自主高效，高精度的方向大步邁進(jìn)，從而全方位的為建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)提供必要的海洋技術(shù)信息。

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（作者單位：上海海事測(cè)繪中心）