信標差分RBN DGPS技術在海洋測繪中的應用

[摘要]隨著GPS技術的不斷成熟和發(fā)展，如何在海洋測繪中充分利用信標差分PBN DGPS技術，是目前國際、國內都在研究的問題。文章首先對國內外海洋測繪的發(fā)展狀況、內容和信標差分PBN DGPS技術進行介紹，扼要地介紹信標差分RBNDGPS技術在海洋測繪中的誤差來源，對如何提高測量精度提供一些很好的技術方法，使信標差分PBNDGPS技術在海洋測繪中應用更加可靠。

[關鍵詞]信標差分RBNGPS；海洋測繪；定位；精度

[作者簡介]韋友源，南寧市天測科技有限責任公司助理工程師，廣西南寧，530028

[中圖分類號]P229

[文獻標識碼]A

[文章編號]1007-7723(2009)09-0044-0003

一、緒論

21世紀是人類全面開發(fā)海洋的新時代，為了認識、開發(fā)利用海洋和保護海洋，許多國家積極推動海洋技術的發(fā)展，以期提高在海洋技術領域的國際競爭能力。北部灣作為中國西南出海大通道和中國—東盟自由貿易區(qū)的橋頭堡，隨著國務院2008年1月4日批準實施的《廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020)》，北部灣開始了熱火朝天的開發(fā)場面，特別是廣西北部灣國際港務集團所轄的北海、欽州、防城港3大港口，中國石油廣西石化1000萬噸，年煉油工程，防城港武鋼千萬噸鋼鐵項目等大型項目的開工建設，海洋測繪在這過程中扮演著重要的角色。

二、海洋測繪發(fā)展狀況和內容

測繪是一切開發(fā)活動的基礎，海洋開發(fā)同樣離不開海洋測繪。海洋測繪經(jīng)過不斷的發(fā)展與提高，目前已發(fā)展成為涵蓋海洋學、大地測量學、工程測量學、航海學、地理學、天文學、航空遙感測量學、制圖學等，它們都是與數(shù)學、計算機等技術緊密相連的學科。

海洋測繪任務可劃分為科學性任務和生產(chǎn)性任務?？茖W性任務主要是滿足科研需求而進行的；生產(chǎn)性任務是為滿足實際工程需要而進行的海洋測量工作，具有如下的內容：控制測量、水深測量、水文測量、掃海測量、海洋磁力測量、底質測量、浮泥測量、水下障礙物探測、淺地層剖面測量、水下管線測量、海岸灘涂地形測量、海域界線測量、海圖(集、冊)編制、港口與航道工程測量、海域使用面積測量。

三、信標差分DGPS技術在海洋測繪中的應用

(一)信標差分RBN DGPS定位原理及特點

信標差分RBN DGPS定位是利用信標臺站和流動站兩臺GPS接收機同時測量來自相同GPS衛(wèi)星的導航定位信號，用以聯(lián)合確定用戶的精確位置。其中位于已知點(基準點)上的GPS信號接收機簡稱信標臺站接收機，安設在運動載體上的GPS信號接收機簡稱信標RBN+GPS接收機。信標臺站接收機所測得的三維位置與該點已知值進行比較，便可獲得GPS定位數(shù)據(jù)的改正值。如果及時將GPS改正信息發(fā)送給若干臺觀測共同衛(wèi)星用戶的動態(tài)接收機來改正后所測得的實時位置，便叫信標差分RBNDGPS定位。

信標臺站發(fā)送的改正值信息為“偽距差分”方式，偽距差分是目前用途最廣的一種技術，其差分定位的基本原理是信標臺站上的接收機根據(jù)已知坐標和接收的星歷，解算出站星間的距離，將此結果與含有誤差的觀測值進行比較。利用一個a—p濾波器將此差值濾波并求出偏差，然后將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用改正后的偽距求解出本身的位置，就可消除公共誤差，達到提高定位精度的目的。

偽距差分的優(yōu)點：一是偽距改正數(shù)是直接在WGS-84坐標系上進行，無須坐標轉換，就能達到很高的精度。二是改正數(shù)能提供偽距改正值及偽距變率，使得在未得到改正數(shù)的空隙內，繼續(xù)進行精度定位，達到了RTCM-0104所制定的標準。三是能提供所有衛(wèi)星的改正數(shù)，用戶可允許接收任意4顆衛(wèi)星進行改正，不必擔心所要求兩者衛(wèi)星完全相同(見圖1)。

其缺點是隨著用戶到信標臺站距離的增加而出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，即用戶和信標臺站的距離對精度具有決定性影響。

(二)信標差分RBN DGPS在中國沿海分布情況及技術參數(shù)

為了更好地利用資源、節(jié)約成本，中國交通部海事局在沿海地區(qū)從南至北建立了21個信標臺站(也就是GPS基準站)，這些信標臺站24h不間斷免費發(fā)送RTCM-0104差分信號，具體臺站分布及技術參數(shù)如表1。

(三)信標差分RBN DGPS技術在海洋測繪中的應用

1、水下地形測量

傳統(tǒng)的水下地形測量是將標尺或棱鏡立在船上，在岸上假設經(jīng)緯儀或全站儀通過前方交會或極坐標法來測量坐標，然后再量取標尺或棱鏡處水深值，這種方法受距離和水域情況限制，人工勞動強度大。信標差分RBN DGPS和測深儀組合成的水深測量系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)水深測量效率低、精度低、勞動強度大等缺陷，相對于RTK GPS+測深儀測深系統(tǒng)，具有工作范圍廣、效率高等優(yōu)勢。將定位數(shù)據(jù)按設定好的橢球參數(shù)和坐標系統(tǒng)自動投影到當?shù)刈鴺讼?，同時將定位數(shù)據(jù)和水深數(shù)據(jù)通過時間關聯(lián)捆綁在一起，實現(xiàn)全自動化的數(shù)字水下地形測量，滿足《水運工程測量規(guī)范》關于大比例尺水下地形測量的精度要求。

2、海上施工船定位

傳統(tǒng)的海上施工船定位采用的多是交會定位法或極坐標定位法，精度比較低，實際操作難度比較大，給工程進度帶來很大的負面影響。信標差分RBN DGPS技術面世后，只需把信標+GPS二合一天線架設在船上(或具體要定的點上)，通過相應的導航定位軟件，輸入相應的船體參數(shù)、橢球參數(shù)和坐標改正參數(shù)，就可精確地定位出船體所在的大地坐標和直角坐標。作業(yè)人員在信標差分RBNDGPS的實時引導下，在作業(yè)范圍內按既定的方案準確地完成作業(yè)。

3、海域使用測量

隨著人類開發(fā)海洋資源步伐的加快，對海洋管理部門的海域管理工作要求越來越高，辦理各種海域使用證要求也越來越高，傳統(tǒng)利用海圖、求積儀和手持機來繪制海域使用圖已經(jīng)不能滿足時代的要求。信標差分RBN DGPS技術剛好能解決以上問題，配套軟件能實時提供海域使用界地點的經(jīng)緯度(或坐標)，計算海域使用面積等功能，提供高精度的海域使用測量數(shù)據(jù)。

4、信標差分RBN DGPS技術在海洋測繪中的誤差來源和糾正

影響信標差分RBN GPS實時定位精度的因素很多，其中主要有：(1)衛(wèi)星星歷誤差；(2)電離層延遲；(3)對流層延遲；(4)多路徑的傳播；(5)接收機鐘和衛(wèi)星鐘的誤差。這些誤差從總體上講都具有較好的空間相關性，也就是說對于相距不太遠的各個測站來講，上述誤差所產(chǎn)生的影響基本上是相同的，信標臺站在一個位置已精確確定的已知點配備GPS接收機，求得各個觀測瞬間由于上述因素所造成的影響，通過信標臺將這些偏差播發(fā)給用戶移動站，那么用戶移動站的定位精度就能得到保障。由于信標差分RBN單一基站覆蓋的范圍比較廣(陸上100kin，海上300kra)，這些誤差的相關性是隨著兩站間距離的增加而減弱，定位精度隨之下降。

從表2可以看出距離基站越遠，定位精度也跟著下降，在實際使用過程中我們可以采用工作區(qū)域范圍精確的已知坐標點對信標差分RBN GPS定位數(shù)據(jù)進行糾正，結果可以達到亞米級的精度，完全可以滿足水下地形測量、海上施工船定位、海域使用測量等領域的使用要求。

四、結語

當然信標差分RBN GPS技術還受到許多限制，如衛(wèi)星本身的分布、運行情況不良引起信號失鎖，坐標系統(tǒng)(WGS84-地方直角坐標)換算誤差，以及基站、用戶接收機本身硬件的缺陷，這些都有待于完善和解決。但信標差分RBN GPS技術以其全天候性、可靠的工作性能、均勻的定位精度、簡潔友好的界面，特別是我國沿海免費全天候發(fā)布信標差分改正信號，使得該技術在沿海一帶得到廣泛應用，在沿海建設大會戰(zhàn)中扮演著重要角色。

[參考文獻]

[1]徐紹銼，張海華，等，GPS測量原理及應用[M]，武漢：武漢測繪科技大學出版社，1998

[2]李毓辟，劉經(jīng)南，劉暉，等，海上廣城差分GPS定位試驗與精度分析[J]_測繪動態(tài)分析，1999,(2)

[3]中國測繪學會海洋測繪專業(yè)委員會，海洋測繪發(fā)展現(xiàn)狀[J]，測繪通報，1997，(6)

[4]廣州市中海達公司海洋測量軟件說明書[s]