GPS技術在海洋測量中的應用及實踐

呂猛

摘要：隨著經濟的繁榮以及社會的巨大發展，在利用GPS技術的過程中，還需要對船只在水深測量的吃水改正、浪涌改正、姿態改正，以及測深儀測深時與導航定位軟件記錄數據的同步性等方面進行深入的研究，更好地為我國的海洋資源的開發工作服務。本文對GPS技術在海洋測量中的應用進行了分析探討。

關鍵詞：GPS技術；海洋測量；應用

中圖分類號： C39 文獻標識碼： A

一、GPS技術應用原理及現狀

GPS是由美國國防部主持研制的以空中衛星為基礎的無線導航系統。該系統能為全球提供全天候持續、實時、高精度的三維位置，三維速度和時間信息，運動速度等信息，目前，GPS技術已經廣泛應用于車輛導航，土地測繪等領域。GPS對于傳統的測量技術是一次重大的技術改進，它使經典的測量方法產生了空前的變革，加強了測繪科學和其他科學之間的交流，從而促進了測繪技術的發展。GPS定位測繪技術有以下特點：①測量點之間無需通視；②定位精度高；③操作方便；④不受天氣等環境的干擾。

GPS在地籍測量中的應用GPS快速靜態定位能夠滿足地籍控制測量的精度要求，應用GPS進行地籍控制測量，點與點之間不要求相互通視，因為其布點靈活，不受天氣因素的影響，測繪精度高，速度快，所以使GPS技術在全國各省市的城鎮地籍建設中應用極其廣泛。

在以往的測繪中，我們利用電子經緯儀，數字水化儀，激光掃描儀等測繪地籍，這些工具曾非常先進，支持了我國的測繪工程，自1994年美國建成GPS后，這項技術給測繪帶來了本質的改變，其定位速度快，準確，節約人力成本，減少開支等優點，使GPS定位設備被廣泛應用，在城市里有車載GPS導航儀，現在智能手機上基本上都有GPS功能，方便了人們出行。在最新型車輛上，GPS導航系統成為最新的標準配置，隨著通信技術的發展，許多新技術涌現，例如，3G無線通訊技術，可以把現場測繪的實地數據迅速的傳輸到上位站點，在地籍測繪領域，隨著GPS差分定位和RTK實時差分定位系統的發展，定位精度越來高，GPS技術在地籍繪制，地質勘探測量，石油礦藏探測定位等領域有非常廣闊的應用前景。

二、GPS技術在海洋測量中的應用

1.海上定位

海上定位是海洋測量中的基本工作。由于我國海域遼闊,海上定位可以依據離岸距離的遠近不同采取適當方法,如無線電測距定位、光學交會定位、GPS衛星定位、水聲定位以及各種組合定位等。為了更好獲得海上定位的精度,一般應用GPS接收機和船舶導航設備組合實現定位。例如,通過GPS偽距法進行定位時,利用船上的多普勒聲納或者計程儀、陀螺儀等測量的觀測值聯合起來計算船位。如果處于近海位置,還可在島嶼或者岸邊建立基準站,采取動態相對定位技術或者差分技術實現高精度的海上定位。如果一個基準站可以覆蓋150km的范圍,那么我國沿海只需建立3-4個基準站,就可以保證近海海域的高精度定位。經過多年的研究,廣域差分技術也日益成熟,并可實現一個國家或者多個國家的廣大區域定位差分定位。

2.建立海洋大地控制網

建立海洋大地控制網,及時觀測海面變化及水下的地形測繪工作,應用于海洋工程建設、海洋資源開發、海底地殼運動監測及船舶導航等服務中,是海洋測量中的基本任務。海洋大地控制網由分布在暗礁、島嶼等控制點以及海底控制點組成,海底控制點由水聲應答器和固定標志構成,對于暗礁、島嶼的控制點點位,可采取GPS相對定位技術測定其統一參考系中的坐標。我國已在1990年和1994年,在西沙群島和南沙群島的暗礁、島嶼等,分別布置了GPS網,其平均變長的相對中誤差是1/387萬、方位中誤差是±0.06″、點位中誤差是±13cm,同時完成了對東莞、湛江、?？诘葒掖蟮攸c的聯合測量。對于海底控制點的測定,則需要借助固定浮標或船臺上的GPS接收機與水聲定位裝置,實現對衛星及海底控制點的同步觀測。船舶GPS接收機的瞬間位置,可通過GPS技術的相對動態定位實現精密確定,利用GPS同步接收機觀察GPS衛星實現定位的同時,還可利用海底水聲應答器測量船上GPS接收機和海底控制點之間的距離,以獲得海底控制點的具體位置。

3.水下地形測量

水下地形圖的繪制對勘探海底資源、鋪設海底電纜、航運、海上鉆井、沿海養殖業等有重要意義。海道測量在水下地形圖測繪中十分重要,可以通過海底控制測量獲得海底控制點的平面坐標或者空間坐標,并利用水深儀對水深情況進行測量。水深測線的間距根據比例尺的不同而變化,水聲儀器定位除了近海岸使用光學儀器之外,在較遠區域還可采用無線電定位。由于GPS技術可以高精度、快速地定位目標物,并對水深儀器實現單點定位,但是其精度僅有幾十米,因此只適用于遠海小比例尺的海底地形測量控制。對于比例尺較大的測圖,也可利用差分GPS技術進行定位。在實際測量中,多將GPS技術與水聲儀器聯合使用,前者用于定位測量,后者則用于水深測量,通過電子記錄手薄的形式,利用繪圖儀和計算機組成水下地形自動化測量系統。

4.海洋災害監測

海洋災害監測主要目的是研究災害性海難的成因與發展,“災害性海難”是對造成海洋災害的巨浪、風暴、海嘯、地震、海上強風、嚴重海水等海況的總稱。這些災害性海難除了來自大氣影響外,有些還源于海底下陷或者海底隆起等動態反應。通過對災害性海難的監測與預報,可有效減少其帶來的生命財產損失。海洋災害監測的主要途徑有：在海底地層布測高精度、穩定可靠的大地測量控制網。通過長時間(一般2-3年)的重復性成果觀測,研究海底地殼形變與海底模塊運動情況,可以探測到更多的海況。GPS技術的全面應用,給海底大地測量控制網的建立提供了技術支持?，F有的GPS技術海底大地測量控制網的主要方法是:利用GPS信號測量船載GPS信號接收天線的位置,通過同步測量海底聲標及測量船之間的水下生距,計算出海底聲標的精確位置。

三、對海洋測量的展望

1.服務對象將向全方位、多層次服務轉化

21世紀海洋測量的服務目標主要是保障海面飛行船舶的安全，今后海洋測量的服務目標將不斷擴大。海洋測量的基準面也將逐漸與陸地地勢測量基準面一致，建立以海洋大地水準面為基準面勢在必行。因而，未來海洋測量技能的主攻方向是：持續研發新式精細的測量儀器設備；一致陸地和海洋地勢基準面；精化海洋大地水準面。隨著信息化技能的高速開展，多種海洋測量數字商品、數據庫和地理信息系統將集成一體，為多學科的多種運用意圖供給全方位服務。

2.信息獲取和信息表現將向集成綜合式轉化

未來無論是信息獲取還是信息表現都會以多體系集成為主體。在信息獲取范疇，一個體系多種功用的集成和多個體系的有機集成是未來海洋丈量開展的必然趨勢，將各種丈量體系的長處集成在一起，會使海洋丈量技能發作日新月異的開展。在信息表明范疇，多源、多分辨率信息的有機集成也是開展的必然趨勢，將經過各種路徑獲取的信息有機結合起來，從多角度、多層次、全方位地展示海洋的全貌。

3.信息服務形式將由三維靜態向四維動態轉化

隨著科學技術的開展，將來社會對海洋測量效果的需要將趨向動態改變和實時性。因而，研討海洋幾何要素和物理要素的時變規則十分重要，尤其是對海洋現象全面、透徹的研討。電子海圖顯現體系的開展，使電子海圖的顯現由開始的二維顯現到三維顯現，繼而開展到迭加潮汐預報的實時四維動態顯現。目前我國的電子海圖還不具有迭加水文氣象要素的功用，但可以預料，電子海圖的功用將日趨完善。

結束語

GPS對推動測量領域的發展有著重要的作用，它使測量的方法更加簡便和多樣化，相信在未來的發展中，它將會更好地服務于社會的建設。

參考文獻

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