GPS技術在海洋測繪中存在問題及解決方法

李明 巫哲輪 李宏

摘 要： GPS技術是測繪領域中的常用技術之一，近年來，隨著衛星、通訊技術迅猛發展，GPS技術的應用范圍也越來越廣，而且還突破了傳統海洋測繪的空間限制，提高測繪結果的準確性。本文對GPS技術在海洋測繪中的應用進行分析與探討，旨在提高海洋測繪水平。

關鍵詞： GPS技術；海洋測繪；應用；問題；方法

引言

海洋測繪是對海洋的地球物理場的性質、變化特征進行測量的過程，繪制形成不同比例尺的海洋圖。在海洋測繪過程中，主要有海上定位、海洋大地測量、水下地形測量等步驟，海上定位指的是在海面上對船位進行確定的過程，主要用于艦船導航，也為海洋大地測量提供支持。海洋大地測量則是在海洋范圍內布設控制網，對海洋重力進行測量。水下地形測量則是對海洋底部的地形環境進行測量的過程，可以根據測繪結果繪制得到水下地形圖，測定海洋大地水準面。我國海域十分遼闊，加強海洋測繪可以提高海洋保護和利用水平，為了得到更加精確的測量結果，可以加強對GPS技術的應用。

一、GPS技術的應用領域及測量原理

（一）GPS技術概述

GPS技術是全球定位系統，主要用于定位、測量等過程。當前GPS技術的應用十分廣泛，在海陸空三個領域中都有應用。在陸地上應用主要包括車輛導航、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監測等。在海洋中的應用主要包括測定遠洋船最佳航程航線、船只實時調度與導航、海洋救援、水文地質測量等。在航空航天方面的應用主要包括飛機導航、航空遙感姿態控制、低軌衛星定軌、航空救援等。GPS技術在世界上的每個領域都有普板應用，剛投入使用的時候主要應用在軍事領域，后來其用途不斷拓展。GPS技術可以使得測量精度達到厘米級，而且GPS技術與傳統的手工測量技術相比，有著十分明顯的優勢，操作簡單，儀器設備的體積小，便于攜帶，可以全天候無間斷測量，隨著信息技術的不斷發展和應用，當前GPS技術又有了創新，可以自動接收、存儲信息，減少信息傳輸過程中的繁瑣環節，提高信息傳輸效率。

（二）GPS技術的測量原理

GPS是一個全天候、連續、實時三維導航定位測速系統，其工作原理如下：24顆GPS衛星分布在離地面12000km的高空上，以12小時為一個周期，環繞地球運行，使得地球上的任何一個點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。衛星的位置是精確的，所以在觀測過程中可以計算得到衛星與接收機之間的距離，然后利用三維坐標中的距離公式，使用三顆衛星就可以組成三個方程，對觀測點的位置進行計算，從而達到定位效果。由于衛星時鐘和接收機時鐘之間存在一定誤差，所以在觀測的時候還需要引入第四顆衛星，形成四個方程式，得出更加準確的結果。

二、GPS技術在海洋測繪中存在的問題

近年來涉海項目越來越多，海洋勘測次數也越來越多，而且為了滿足不同項目的需求，也對GPS技術提出了新的要求。GPS技術已經成為海域測量中不可或缺的重要工具。但是在GPS技術應用過程中依舊還是存在一些問題，主要有以下幾個方面。第一，有的單位所使用的GPS測量儀器設備的精度較低，在測量開始之前，或者獲得數據之后不能準確地進行坐標轉化，從而影響測量結果。第二，測量人員的知識水平較低。GPS測量人員必須要掌握GPS技術的操作技巧、原理等，并且在測繪過程中要學會如何應用知識進行快速測量，但是當前有的測繪人員的水平不高，對基礎知識的掌握不夠，在測繪以及分析結果的時候往往會出現不合理的情況，也會造成測量誤差，在海洋測量過程中，如果出現定位偏移，則很有可能會引起海洋權屬糾紛，帶來十分嚴重的后果。

三、GPS技術在海洋測繪中的應用

（一）利用GPS技術獲得海洋定位

為了提高海上定位精度，在進行測繪的時候應該要采用GPS接收機和船上導航設備組合的方式進行定位，例如在進行GPS技術偽距定位的時候，可以將船上的計程儀、陀螺儀的觀測值等結合起來，推導求出船的位置。對于近海海域，則可以在岸上或島嶼上設立基準站，在船只上安裝GPS接收機，采用差分技術或者動態相位技術進行測量，提高海洋定位的準確性。

（二）GPS技術在海洋大地控制網建立過程中的應用

建立海洋大地控制網，可以為海面變化、水下地形測繪、海洋資源開發、海洋工程建設等提供數據支持，也是海洋大地測量的基礎。海洋大地控制網是由分布在島嶼、暗礁上的控制點以及海底控制點組成的，海底控制點一般包括固定標志以及水聲應答器兩個部分，而島嶼和暗礁上的控制點位，則可以通過GPS技術測得。在測定還定控制點的位置的時候，必須要借助船臺或固定浮標的GPS接收機和水聲定位設備，對衛星以及還定控制點進行同步觀測，從而得到數據。

另外，在利用GPS接收機觀測GPS衛星進行定位的時候，還要利用海底的水聲應答器來同步測定船上的GPS接收機與海底控制點之間的距離，從而得到更加精確的海底控制點的位置。

（三）GPS在水下地形測繪中的應用

水下地形測量是海洋測繪中的重要內容，通過測繪得到的海洋圖可以用于航運、海底資源勘探、海底電纜鋪設、海上鉆井等項目發展。在水下地形圖測繪過程中首先要對海道進行測量，可以通過測量海底控制點的位置來確定海底控制點的空間坐標或者平面坐標，此外，還可以利用水深儀器對測量點的深度進行測量。水深測線間距可以根據比例尺的變化而變化，一般水深儀器只應用在近海岸，其他比較遠的地區一般需要采用無線電定位。由于GPS測量可以快速、精確地對目標物進行定位測量，可以對水深儀器進行單點定位，但是一般只適用于深度有幾十米的地區，對于一些比例尺較大的區域測繪，可以采用差分GPS技術進行相對定位。在實際應用過程中一般要將GPS和水深儀器同時使用起來，通過前者進行定位，再通過水深儀器對水深進行測量，最終得到綜合結果。

（四）對GPS測量結果進行控制

在GPS測量過程中，所得到的數據受到坐標系統的影響，因此為了提高測量結果的準確性，應該要做好后續處理。GPS技術中應用的坐標是美國國防部制定的世界坐標系WCS-84，坐標的原點集中在地球質心。但是這個測量系統與我國使用的坐標系統之間存在大約10-100m的誤差，而且隨著測量區域不同，差異也不相同，因此在進行測繪的時候應該要將WCS-84坐標轉化為適合我國測繪領域的坐標體系。常用的轉換方法有三參數法和參數法，為了簡化測繪過程，規避復雜技術，可以通過簡單的轉化得到平面直角坐標。

結語

綜上所述，GPS技術是一種精度高、測量速度快的測繪方法，在很多領域中都有廣泛應用。海洋測繪是開展各種涉?；顒拥幕A，為各個項目建設提供有力的數據支持，在海洋測繪過程中GPS技術也發揮了重要作用，使用GPS技術可以使得海洋測繪結果更加準確，而且還能建立海洋測量平面控制網，改變傳統的測繪方式，節省人力物力財力，提高測繪結果的準確性。

參考文獻

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