GPS衛星導航儀在船舶定位中的應用分析

鄭迎春

摘 要：GPS衛星導航儀以GPS技術為核心，幫助用戶準確定位當前位置，并且根據既定目的地計算行程，GPS導航儀通過地圖顯示和語音提示兩種方式引導用戶行至目的地的儀器，進而達到定位導航的目的。本文在研究中以GPS衛星導航儀為核心，明確GPS衛星導航儀的運行原理，分析GPS衛星導航儀在船舶定位中的作用，提出GPS衛星導航儀在船舶定位中的應用，提高船舶定位精準性，僅供參考。

關鍵詞：GPS衛星導航儀 船舶定位 精確度 應用

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0129-02

隨著社會經濟和科學技術的不斷發展，促進航海運行體系的進一步完善和優化，并對船舶定位提出一定的要求。GPS衛星導航儀引入航海領域中，可以準確對目標區域船舶進行定位，為航海相關決策提供準確信息依據。對此，在這樣的環境背景下，探究GPS衛星導航儀在船舶定位中的應用具有非常重要的現實意義。

1 GPS衛星導航儀的運行原理

GPS衛星導航儀系統分為空間系統、地面監測控制以及用戶設備等三大部分，其中包括MCS控制臺、地表天線站以及監控系統等設備，針對空間系統部分，由24顆衛星組建GPS導航衛星網，其中有21顆衛星是工作衛星，剩下3顆衛星為在軌備用衛星，均勻分布到6個軌道面內，軌道傾角則控制在55°以內，相鄰衛星經度夾角為60°，即為軌道升交點。具體分布結構如圖1所示，由于星座的合理分布保證了地球上和近地空間內的任何一點，任意時刻都可以同時觀測到4顆及以上衛星，最多能觀測到11顆，進而實現實時導航定位。GPS衛星導航儀數據傳輸終點是用戶設備，借助接收機獲取GPS衛星發送信息，而GPS衛星固定在某一角度可以連接測量衛星，并追蹤衛星行程和數據，得到導航報文，系統自動計算出用戶設備定位數據，進而獲得最終準確的定位信息?，F階段，雖然GPS定位方式多種多樣，但運行原理基本保持一致，以GPS衛星為測量核心，設置4個以上的衛星，確定衛星坐標，各個衛星進行空間距離后方交會，構建數學模型，進而實現定位[1]。

2 GPS衛星導航儀在船舶定位中的作用

2.1 信息準確

在進行船舶航行中，GPS衛星導航儀可以為船舶提供準確位置信息，這對航行效率的提升至關重要，傳統無線導航設備位置信息傳輸誤差較大，降低船舶航行的安全性。而GPS衛星導航儀的引入，大大提高船舶位置信息的準確性，其精確度可達到1000m內的位置信息，滿足航行精確需求[2]。

2.2 連續定位

由于GPS技術具有全天候的優勢，賦予了GPS衛星導航儀連續性定位的能力，這是傳統無線電導航系統無法比擬的。高精度船位測定可以持續提供導航數據，作為全天候定位、全球覆蓋的定位系統，GPS用戶能夠在任何夭氣條件下、全球的任一位置都可以準確地接收到GPS衛星信號。

2.3 導航功能

GPS衛星導航儀除了可以為船舶提供準確信息和連續定位等功能之外，還具備極強的導航功能，GPS衛星導航儀系統中儲存上千航路點，可以為船舶航路設計提供較為經濟可靠的路線保障。現階段，大多數船舶GPS接收機都具備航點與航路設計功能，使得駕駛人員可以輸入起點和終點，系統自動顯示各個區域海況設計航點與航路，其航線設計功能有效保證船舶安全。

3 基于GPS衛星導航儀的船舶定位系統

3.1 GPS船載終端

在進行船舶航行中，駕駛人員要明確船舶航行中涉及的經緯度或是特殊地理位置坐標，規劃航線轉向點，將船舶起點、轉向點以及終點連接在一起，構建船舶航線。而GPS船載終端通過衛星信息的獲取，由中央處理單元計算處理衛星信號，獲得船舶位置經緯度、速度、方位和時標等參數信息，由通信模塊將其傳輸至監控服務器，并實時接收監控中心指令，已完成報警、通話等操作，定位結構為圖2所示。

3.1.1 定位

在船舶定位航行中，借助通信模塊可以查詢到系統服務器位置信息數據庫，進而獲得船舶實時位置，利用GIS將船舶位置信息顯示到電子地圖上，為相關工作人員提供監控與調度工作[3]。

3.1.2 監控

在船舶行駛中，若和規定行駛線路出現誤差并超出允許范圍，或是船舶停留時間超過監控中心允許時間，監控中心要對該船舶進行定位監控，要求駕駛人員在遇到緊急情況，通過船載終端和監控中心建立通話，及時報警，提高船舶定位的精準性，進而為船舶安全行駛提供重要支持。

3.1.3 管理

在GPS衛星導航儀實際應用中，船載終端具備數據管理能力，可以對用戶信息數據、船舶信息數據、短消息或是其他信息數據進行綜合管理，并在行駛中根據預定時間間隔，記錄船舶在行駛中的運行情況，其中主要記錄內容包括行駛時間、經緯度、行駛速度、行駛方向、水位等參數，為行駛決策提供真實準確的信息依據。

3.2 通信系統

通信系統屬于數據傳遞樞紐，在實際運行中，可以將用戶終端采集的數據上傳到指定系統中，下達系統調度控制命令，內設短消息通訊網和GPRS網關進行相互配合，構建短消息服務中心，進而達到數據傳遞、儲存以及協議轉換等目的。其實現功能一是和用戶終端連接；二是和移動通信服務運營商端口連接；三是和監控中心數據庫端口連接；四是和其他應用端口連接[4]。

3.3 監控中心

監控中心硬件系統包括通信網關服務器、數據庫服務器、監管應用服務器、Internet專線接入設備以及輸出設備，而軟件系統包括GIS模塊、通信模塊以及應用程序模塊等內容，GIS模塊具備數據輸入與編輯功能、信息數據轉換與集成功能、信息數據查詢與顯示功能、地理數據管理界面功能、系統二次開發功能以及地圖制作與輸出功能，借助軟件系統，駕駛人員可以制作高精度航海地圖，這些都要依靠Windows網絡編程系統來實現，將其連接至監控服務器，監控服務器會結合實際需求轉發航海指令，提高船舶定位的精準性，進而保證船舶定位的綜合效果。在實際應用中，監控中心包括以下幾點功能。

（1）傳播查詢。

結合船舶航行實際情況，監控中心可以根據矢量圖單進行目標查詢、分組查詢以及邏輯條件查詢，以此為信息依據下達指令，借助通信系統向目標船舶下達指揮調度信號，進而保證航行效率。

（2）緊急救援。

當某一船舶發出報警信號，監控中心會及時獲取報警信息，傳達指揮調度指令，并及時通知相關海事救助單位與救援單位，達到統一協調的目的，為船舶安全航行提供保障。

（3）事前警報。

借助船舶位置信息，判斷船舶所行駛水域安全性，明確船舶間安全距離，使得船舶發生危險時，可以及時通知相關人員控制船舶，使其調整到安全行駛狀態中，進而為船舶的安全行駛提供重要保障。

4 結語

本文通過對GPS衛星導航儀在船舶定位中的應用研究，得出如下結論。

（1）在進行船舶航行中，GPS衛星導航儀可以為船舶提供準確位置信息，并連續性定位，計算船舶行駛中轉向點，與起點和終點連接在一起，進而為船舶導航。

（2）為了發揮出GPS衛星導航儀在船舶定位中的重要和價值，要利用GPS衛星導航儀構建船舶定位系統，細分GPS船載終端、通信系統和控制中心，提高船舶定位的精準性，進而為船舶安全行駛提供重要支持。

參考文獻

[1] 章耀亮，梁高金.GPS衛星導航儀在內河船舶定位的誤差及修正[J].珠江水運，2015（10）：68-69，71.

[2] 王在高.使用衛星導航儀定船位的誤差分析[J].滁州學院學報，2015，14（5）：47-50.

[3] 何瑞棟.GPS航空遙感物探導航和定位測量軟件[J].地礦測繪，2016（4）：8-14.

[4] 大有.飛速發展的GPS——全球衛星定位導航儀[J].漁業機械儀器，2014（6）：47.endprint