現代海洋測繪中GPS的應用

于大鵬　徐成業

摘 要：海洋是一個國家的重要組成部分，自新世紀以來，我國在海洋資源勘探、開采以及測繪方面都投入了大量的人力物力，其中海洋測繪在我國的民用和軍用方面都極為重要的作用，隨著我國科學技術的進步，大量先進的技術應用于海洋測繪方面，其中GPS技術在海洋水深測量與精密定位方面發揮了重要的作用。文章將就GPS技術在海洋測繪中的應用進行介紹。

關鍵詞：GPS技術；海洋測繪；精密定位；水深測量

前言

我國海洋面積廣闊，做好海洋的測繪工作有著深遠的意義。在以往的海洋測繪中，通常使用羅盤定位與六分儀、測深桿、測深繩、測深鉛魚等方法進行測量，這些方法耗時耗力不說且測量精度并不高，測量出來的數據只能用作粗略的了解，無法得出高精度的數據。隨著科技的發展，大量新技術應用于海洋測繪工作中，在測深方面，側掃聲吶和多波束測深系統，海洋遙感測深等技術可以得出精確的數據，應用衛星測高技術對海洋大地水準面、重力異常、海洋環流、海洋潮汐等問題進行了比較詳細的探測。現今，GPS技術在海洋精密定位和水深測量中得到了廣泛的使用，使海洋測繪從測量航海要素為主，發展到測量各種專題要素的信息和建立海底地形模型的全部信息，使海洋測繪向著更高效、高精度的方向發展。

1 海洋測繪簡介

海洋測繪是指測量海洋底部的地球物理場的性質及其變化特征，繪制成不同比例尺的海圖和專題海圖，是對海洋水體和海底為對象所進行的測量和海圖編制工作。主要包括海道測量、海洋大地測量、海底地形測量、海洋專題測量，以及航海圖、海底地形圖、各種海洋專題圖和海洋圖集等的編制。

海洋測繪的方法主要包括海洋地震測量、海洋重力測量、海洋磁力測量、海底熱流測量、海洋電法測量和海洋放射性測量。因海洋水體存在，須用海洋調查船和專門的測量儀器進行快速的連續觀測，一船多用，綜合考察。基本測量方式包括：（1）路線測量。即剖面測量。了解海區的地質構造和地球物理場基本特征。（2）面積測量。按任務定的成圖比例尺，布置一定距離的測線網。比例尺越大，測網密度愈密。在海洋調查中，廣泛采用無線電定位系統和GPS技術。

2 GPS技術在海洋測繪中的應用

GPS又稱為全球定位系統，是美國研制的具有海、陸、空全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。GPS是由空間星座、地面控制和用戶設備等三部分構成的。GPS測量技術能夠快速、高效、準確地提供點、線、面要素的精確三維坐標以及其他相關信息，具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點。

2.1 GPS技術在海洋測繪中精確定位中的應用

現今，在我國沿海范圍已經開始使用無線電指向標-差分全球定位系統（RBN/DGPS），這一系統能夠在300公里范圍內進行偏差不超過5米的精確定位，能夠滿足現今條件下的沿岸海道的測量大比例尺繪圖過程中導航與定位的要求，就其定位性而言，一般情況下的海洋測繪是足夠的，但是仍然無法滿足高精度測量的需求。但是使用GPS-PPK技術則不會存在這些問題，GPS-PPK技術能夠保證高精度的測量，同時在使用的過程中，不必使數據鏈進行實時通訊。在對海洋進行精密測繪時需要從經費預算、海洋測量精度、導航實時性的需求等多方面進行綜合考慮的情況下，將RBN/DGPS和GPS-PPK技術兩者的優點進行結合而得出的技術方案能夠良好的實現以上考慮。當使用RBN/DGPS和GPS-PPK技術相結合的方案時，其主要工作方式如下：首先使用RBN/DGPS系統進行先期的定位精度的檢測，使之能夠收到定位誤差在3米之內的先期數據，而后通過使用雙頻載波對其載波的相位數據進行相互比對，從而可以得出更為精確的定位數據。

2.2 GPS技術在海洋測繪的水深測量中的相關應用

現今，我國在海洋測繪中的水深測量中多使用多波束的水深測量系統。相較于我國原先使用的單波束系統的測量系統，多波束水深測量系統能夠根據不同的水源深度直接測得相應的深度數據，同時還能夠在垂直方向直接進行測量從而得到數據，這些都是單波束水深測量系統所無法達到的，所以，在使用多波束水深測量系統時能夠很方便且準確的對相對寬度范圍中的兩側多點的水源深度進行測量，從而得出清晰的海底地形地貌圖。在海洋測繪過程中，多波束水深測量系統結合GPS技術就能夠精確、高效的完成對于海底地形地貌的測量和繪制。

2.3 GPS與數字測深儀在海洋測繪中的實際使用

2.3.1 GPS在水深測量中的應用

海洋測繪中的水深測量是指使用搭載在測量船上的測量系統對海洋進行水深測量從而得出的數據，測量系統主要是由專門的測量軟件和電腦、GPS接收裝置、多波束水深測量儀等組成。下面對海洋測繪的整個測繪流程進行介紹：（1）前期準備工作，在這一階段，測量人員需要對以下幾個方面引起注意：其一，在架設GPS-RTK基準站時，需要將其設置在需要測量的區域的中心區域，且需要處在周圍地勢較高周圍沒有明顯的遮擋物的地方。其二，通過使用北京54或西安80坐標為基準換算需要的坐標。其三，通過對已測量數據的重新加密，從而重新設定原有的測量斷面，對需要測量的水深作業線進行初步的布設。（2）當開始進行數據收集時，需要校驗數據參數的正確性，避免因為參數錯誤等引起的基站定位誤差，當海洋測繪中的測深設備連接正常后，需要對測量儀器與更正天線的偏差、接受裝置的數據格式、定位儀的接口和測深儀配置等進行校準，并經檢驗正常后方可繼續進行工作。（3）當完成數據收集進入數據處理階段時，需要通過專業的軟件完成數據處理工作，通過對測量得到的海洋深度的數據進行處理，得出海洋測繪的系統化的分析報告，并以文檔的形式進行保存。

2.3.2 GPS-RTK在測量海洋深度時的注意事項

GPS-RTK對水深的定位是通過對當前設定的或者是所要求的坐標系進行的，因此在使用的過程中需要首先進行參數的計算求解，建立在同一個坐標系下，而后才能進行分析對比，因此，在對基站架設位置的選擇時要特別注意建立在地勢較高的中心區域，而后通過對測量得到的定位數據對比已知的坐標點的實際數據，通過專用軟件的分析計算得出測量區域內的坐標系數。

3 GPS應用于海洋測繪時引起的誤差來源分析

當使用無驗潮的方法來進行海洋測繪時，由于海面波浪的影響，船體的擺動、RTK的高程可靠性、采樣速率、同步時差等都會對測量數據造成一定的影響，而且這些因素引起的海洋深度的測量誤差要遠遠大于RTK定位所產生的誤差。

針對以上引起測量誤差的因素，可以通過一定的方式進行修正，從而保證測量數據的精確度，對于由于船體擺動而引起的誤差，可以通過使用電磁式的姿態儀對船的姿態進行修正，這種修正包括位置和高程兩方面的修正。同時通過姿態儀也可以對船在行駛過程中的橫向和縱向等進行調整，以上這些都是通過專用軟件進行分析控制的，此外，對于船體動態的吃水數據而言，在進行更正時可以依據其靜態吃水和探測船的自重下沉以及顛簸程度的總和取平均值，進而滿足探測時的誤差修正。

4 結束語

海洋測繪是我們認知海洋重要的一步，新技術在海洋測繪方面的應用能夠更好的提高測繪的精度，GPS技術由于其自身卓越的性能和巨大的優勢在海洋測繪方面有著廣闊的前景，應該加快對于GPS在海洋測繪方面的研究，使其不僅能夠在海洋測繪方面發揮作用，更能夠在內陸的水域與近海海洋的測繪中發揮重要作用。

參考文獻

[1]趙建虎.現代海洋測繪[M].武漢大學出版社，2008（1）.