GPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中存在問(wèn)題及解決方法

李明 巫哲輪 李宏

摘 要： GPS技術(shù)是測(cè)繪領(lǐng)域中的常用技術(shù)之一，近年來(lái)，隨著衛(wèi)星、通訊技術(shù)迅猛發(fā)展，GPS技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，而且還突破了傳統(tǒng)海洋測(cè)繪的空間限制，提高測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文對(duì)GPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用進(jìn)行分析與探討，旨在提高海洋測(cè)繪水平。

關(guān)鍵詞： GPS技術(shù)；海洋測(cè)繪；應(yīng)用；問(wèn)題；方法

引言

海洋測(cè)繪是對(duì)海洋的地球物理場(chǎng)的性質(zhì)、變化特征進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程，繪制形成不同比例尺的海洋圖。在海洋測(cè)繪過(guò)程中，主要有海上定位、海洋大地測(cè)量、水下地形測(cè)量等步驟，海上定位指的是在海面上對(duì)船位進(jìn)行確定的過(guò)程，主要用于艦船導(dǎo)航，也為海洋大地測(cè)量提供支持。海洋大地測(cè)量則是在海洋范圍內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)，對(duì)海洋重力進(jìn)行測(cè)量。水下地形測(cè)量則是對(duì)海洋底部的地形環(huán)境進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程，可以根據(jù)測(cè)繪結(jié)果繪制得到水下地形圖，測(cè)定海洋大地水準(zhǔn)面。我國(guó)海域十分遼闊，加強(qiáng)海洋測(cè)繪可以提高海洋保護(hù)和利用水平，為了得到更加精確的測(cè)量結(jié)果，可以加強(qiáng)對(duì)GPS技術(shù)的應(yīng)用。

一、GPS技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及測(cè)量原理

（一）GPS技術(shù)概述

GPS技術(shù)是全球定位系統(tǒng)，主要用于定位、測(cè)量等過(guò)程。當(dāng)前GPS技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，在海陸空三個(gè)領(lǐng)域中都有應(yīng)用。在陸地上應(yīng)用主要包括車輛導(dǎo)航、大氣物理觀測(cè)、地球物理資源勘探、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)等。在海洋中的應(yīng)用主要包括測(cè)定遠(yuǎn)洋船最佳航程航線、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、水文地質(zhì)測(cè)量等。在航空航天方面的應(yīng)用主要包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、航空救援等。GPS技術(shù)在世界上的每個(gè)領(lǐng)域都有普板應(yīng)用，剛投入使用的時(shí)候主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，后來(lái)其用途不斷拓展。GPS技術(shù)可以使得測(cè)量精度達(dá)到厘米級(jí)，而且GPS技術(shù)與傳統(tǒng)的手工測(cè)量技術(shù)相比，有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)，操作簡(jiǎn)單，儀器設(shè)備的體積小，便于攜帶，可以全天候無(wú)間斷測(cè)量，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，當(dāng)前GPS技術(shù)又有了創(chuàng)新，可以自動(dòng)接收、存儲(chǔ)信息，減少信息傳輸過(guò)程中的繁瑣環(huán)節(jié)，提高信息傳輸效率。

（二）GPS技術(shù)的測(cè)量原理

GPS是一個(gè)全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航定位測(cè)速系統(tǒng)，其工作原理如下：24顆GPS衛(wèi)星分布在離地面12000km的高空上，以12小時(shí)為一個(gè)周期，環(huán)繞地球運(yùn)行，使得地球上的任何一個(gè)點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星。衛(wèi)星的位置是精確的，所以在觀測(cè)過(guò)程中可以計(jì)算得到衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離，然后利用三維坐標(biāo)中的距離公式，使用三顆衛(wèi)星就可以組成三個(gè)方程，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的位置進(jìn)行計(jì)算，從而達(dá)到定位效果。由于衛(wèi)星時(shí)鐘和接收機(jī)時(shí)鐘之間存在一定誤差，所以在觀測(cè)的時(shí)候還需要引入第四顆衛(wèi)星，形成四個(gè)方程式，得出更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

二、GPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中存在的問(wèn)題

近年來(lái)涉海項(xiàng)目越來(lái)越多，海洋勘測(cè)次數(shù)也越來(lái)越多，而且為了滿足不同項(xiàng)目的需求，也對(duì)GPS技術(shù)提出了新的要求。GPS技術(shù)已經(jīng)成為海域測(cè)量中不可或缺的重要工具。但是在GPS技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中依舊還是存在一些問(wèn)題，主要有以下幾個(gè)方面。第一，有的單位所使用的GPS測(cè)量?jī)x器設(shè)備的精度較低，在測(cè)量開始之前，或者獲得數(shù)據(jù)之后不能準(zhǔn)確地進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，從而影響測(cè)量結(jié)果。第二，測(cè)量人員的知識(shí)水平較低。GPS測(cè)量人員必須要掌握GPS技術(shù)的操作技巧、原理等，并且在測(cè)繪過(guò)程中要學(xué)會(huì)如何應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行快速測(cè)量，但是當(dāng)前有的測(cè)繪人員的水平不高，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握不夠，在測(cè)繪以及分析結(jié)果的時(shí)候往往會(huì)出現(xiàn)不合理的情況，也會(huì)造成測(cè)量誤差，在海洋測(cè)量過(guò)程中，如果出現(xiàn)定位偏移，則很有可能會(huì)引起海洋權(quán)屬糾紛，帶來(lái)十分嚴(yán)重的后果。

三、GPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用

（一）利用GPS技術(shù)獲得海洋定位

為了提高海上定位精度，在進(jìn)行測(cè)繪的時(shí)候應(yīng)該要采用GPS接收機(jī)和船上導(dǎo)航設(shè)備組合的方式進(jìn)行定位，例如在進(jìn)行GPS技術(shù)偽距定位的時(shí)候，可以將船上的計(jì)程儀、陀螺儀的觀測(cè)值等結(jié)合起來(lái)，推導(dǎo)求出船的位置。對(duì)于近海海域，則可以在岸上或島嶼上設(shè)立基準(zhǔn)站，在船只上安裝GPS接收機(jī)，采用差分技術(shù)或者動(dòng)態(tài)相位技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，提高海洋定位的準(zhǔn)確性。

（二）GPS技術(shù)在海洋大地控制網(wǎng)建立過(guò)程中的應(yīng)用

建立海洋大地控制網(wǎng)，可以為海面變化、水下地形測(cè)繪、海洋資源開發(fā)、海洋工程建設(shè)等提供數(shù)據(jù)支持，也是海洋大地測(cè)量的基礎(chǔ)。海洋大地控制網(wǎng)是由分布在島嶼、暗礁上的控制點(diǎn)以及海底控制點(diǎn)組成的，海底控制點(diǎn)一般包括固定標(biāo)志以及水聲應(yīng)答器兩個(gè)部分，而島嶼和暗礁上的控制點(diǎn)位，則可以通過(guò)GPS技術(shù)測(cè)得。在測(cè)定還定控制點(diǎn)的位置的時(shí)候，必須要借助船臺(tái)或固定浮標(biāo)的GPS接收機(jī)和水聲定位設(shè)備，對(duì)衛(wèi)星以及還定控制點(diǎn)進(jìn)行同步觀測(cè)，從而得到數(shù)據(jù)。

另外，在利用GPS接收機(jī)觀測(cè)GPS衛(wèi)星進(jìn)行定位的時(shí)候，還要利用海底的水聲應(yīng)答器來(lái)同步測(cè)定船上的GPS接收機(jī)與海底控制點(diǎn)之間的距離，從而得到更加精確的海底控制點(diǎn)的位置。

（三）GPS在水下地形測(cè)繪中的應(yīng)用

水下地形測(cè)量是海洋測(cè)繪中的重要內(nèi)容，通過(guò)測(cè)繪得到的海洋圖可以用于航運(yùn)、海底資源勘探、海底電纜鋪設(shè)、海上鉆井等項(xiàng)目發(fā)展。在水下地形圖測(cè)繪過(guò)程中首先要對(duì)海道進(jìn)行測(cè)量，可以通過(guò)測(cè)量海底控制點(diǎn)的位置來(lái)確定海底控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)或者平面坐標(biāo)，此外，還可以利用水深儀器對(duì)測(cè)量點(diǎn)的深度進(jìn)行測(cè)量。水深測(cè)線間距可以根據(jù)比例尺的變化而變化，一般水深儀器只應(yīng)用在近海岸，其他比較遠(yuǎn)的地區(qū)一般需要采用無(wú)線電定位。由于GPS測(cè)量可以快速、精確地對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行定位測(cè)量，可以對(duì)水深儀器進(jìn)行單點(diǎn)定位，但是一般只適用于深度有幾十米的地區(qū)，對(duì)于一些比例尺較大的區(qū)域測(cè)繪，可以采用差分GPS技術(shù)進(jìn)行相對(duì)定位。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中一般要將GPS和水深儀器同時(shí)使用起來(lái)，通過(guò)前者進(jìn)行定位，再通過(guò)水深儀器對(duì)水深進(jìn)行測(cè)量，最終得到綜合結(jié)果。

（四）對(duì)GPS測(cè)量結(jié)果進(jìn)行控制

在GPS測(cè)量過(guò)程中，所得到的數(shù)據(jù)受到坐標(biāo)系統(tǒng)的影響，因此為了提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)該要做好后續(xù)處理。GPS技術(shù)中應(yīng)用的坐標(biāo)是美國(guó)國(guó)防部制定的世界坐標(biāo)系WCS-84，坐標(biāo)的原點(diǎn)集中在地球質(zhì)心。但是這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)與我國(guó)使用的坐標(biāo)系統(tǒng)之間存在大約10-100m的誤差，而且隨著測(cè)量區(qū)域不同，差異也不相同，因此在進(jìn)行測(cè)繪的時(shí)候應(yīng)該要將WCS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為適合我國(guó)測(cè)繪領(lǐng)域的坐標(biāo)體系。常用的轉(zhuǎn)換方法有三參數(shù)法和參數(shù)法，為了簡(jiǎn)化測(cè)繪過(guò)程，規(guī)避復(fù)雜技術(shù)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)化得到平面直角坐標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，GPS技術(shù)是一種精度高、測(cè)量速度快的測(cè)繪方法，在很多領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。海洋測(cè)繪是開展各種涉海活動(dòng)的基礎(chǔ)，為各個(gè)項(xiàng)目建設(shè)提供有力的數(shù)據(jù)支持，在海洋測(cè)繪過(guò)程中GPS技術(shù)也發(fā)揮了重要作用，使用GPS技術(shù)可以使得海洋測(cè)繪結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且還能建立海洋測(cè)量平面控制網(wǎng)，改變傳統(tǒng)的測(cè)繪方式，節(jié)省人力物力財(cái)力，提高測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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