GPS技術(shù)及其在海洋測繪中的應(yīng)用探析

李春景

摘要：GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣。與其他傳統(tǒng)的測量方法比起來，具有絕對性的優(yōu)勢，在使用這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，當(dāng)GPS-RTK標(biāo)明的測量方式出現(xiàn)以后，不可以馬上就開始測量，而是要在另外一個(gè)已知點(diǎn)上檢核正確后才可進(jìn)行測量作業(yè)，這樣測試出來的結(jié)果才可以精確有效。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK技術(shù)；海洋測繪；應(yīng)用

近些年來，GPS- RTK技術(shù)取得長足進(jìn)步，在地形測量、工程測量以及控制測量等領(lǐng)域中都得到廣泛應(yīng)用。從某種程度上講，GPS- RTK技術(shù)可以稱之為測繪領(lǐng)域的一場技術(shù)革命，具有里程碑的重要意義。海洋幅員遼闊，視野開闊，因此GPS- RTK技術(shù)特別適合海洋測繪。海洋測繪作為測繪領(lǐng)域其中一部份，也因GPS- RTK技術(shù)運(yùn)用而起到翻天覆地變化[1]。

1 GPS-RTK技術(shù)的理論和參數(shù)求取

1.1 GPS-RTK 定位原理及關(guān)鍵技術(shù)

GPS-RTK相比較于常規(guī)方法的優(yōu)勢在于它可以在野外實(shí)時(shí)獲取cm級的精確度，而不像其他測量方法需要再進(jìn)行數(shù)據(jù)解析后才能夠得出cm級的精度。這是因?yàn)镚PS-RTK采用了新的方法，載波相位動態(tài)實(shí)時(shí)差分是在測量上GPS運(yùn)用的一個(gè)重大突破，可稱為里程碑。GPS-RTK技術(shù)是基于載波相位動態(tài)實(shí)時(shí)差分發(fā)展出來的一項(xiàng)測量技術(shù)，能夠極大地提高作業(yè)的精度和效率。在這種測量模式下，GPS-RTK基準(zhǔn)站首先收集好觀測坐標(biāo)，通過數(shù)據(jù)鏈接，最終將觀測值發(fā)送到流動站。之后，進(jìn)行GPS觀測數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)錄入，系統(tǒng)將其組合成為差分觀測值，然后對觀測值進(jìn)行處理，從而迅速給出cm級的結(jié)果。搜集、計(jì)算、整合、輸出結(jié)果總共用時(shí)不會超過1s。作業(yè)的時(shí)候，狀態(tài)是運(yùn)動或者靜止這都沒有關(guān)系，可以在動態(tài)環(huán)境下直接開始模糊計(jì)算，也可以在靜態(tài)下進(jìn)行初始化后，再進(jìn)入作業(yè)。GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行觀測值的追蹤時(shí)，需要四顆以上的衛(wèi)星同步工作，這樣才可以繪制必要的集合圖像，使實(shí)時(shí)定位結(jié)果的給予成為可能。這項(xiàng)技術(shù)的核心就是數(shù)據(jù)的處理和傳輸，這兩項(xiàng)技術(shù)是GPS-RTK技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，基準(zhǔn)站要在要求的時(shí)刻將相關(guān)數(shù)據(jù)透過數(shù)據(jù)傳輸傳送到流動站上面，對于波特率的要求較高，波特率一般要達(dá)到9600，但是這種波特率是可以容易實(shí)現(xiàn)的[2]。

1.2 GPS-RTK參數(shù)的求取

根據(jù)GPS-RTK技術(shù)原理，各個(gè)數(shù)據(jù)的采集、接收、處理使用的都是WGS84坐標(biāo)。使用相同的坐標(biāo)可避免數(shù)據(jù)混淆，確保數(shù)據(jù)精確。參考站的起點(diǎn)固定在一個(gè)坐標(biāo)上面，并同時(shí)計(jì)算發(fā)生的變化，利用電波進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，流動站接收這些經(jīng)過電臺傳送的WGS84坐標(biāo)，并進(jìn)行處理，條件符合時(shí)，就能夠得到相應(yīng)的結(jié)果。這樣，流動站便可與參考站保持?jǐn)?shù)據(jù)同步，由此得到高精度的WGS84三維坐標(biāo)。把現(xiàn)在坐標(biāo)和原來坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)求出，便可以符合到需要的點(diǎn)上。坐標(biāo)系也不一樣，測量和實(shí)際使用的坐標(biāo)系要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2 GPS-RTK技術(shù)在海洋測繪中的應(yīng)用

2.1 GPS-RTK 技術(shù)在海面上測繪的實(shí)施

海域面積測繪應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照 《海域使用面積測量規(guī)范（HY070- 2003）》的規(guī)定實(shí)施。海域使用有不同用海類型，不同用海類型界定具體的用海范圍，例如港口、航道、路橋、養(yǎng)殖及填海造地工程等的用海范圍界定，還要參照《海籍調(diào)查規(guī)范》的要求進(jìn)行范圍確定。在開展海域面積測量，GPS- RTK技術(shù)就不再依賴用海項(xiàng)目的控制點(diǎn)，也不用控制點(diǎn)通視。移動站在目標(biāo)位置直接進(jìn)行測算。在開展海域面積施工放樣方面，RTK差分技術(shù)與以往放樣過程完全不同，放樣數(shù)據(jù)直接由手薄計(jì)算機(jī)計(jì)算輸入，同時(shí)移動站可以直接指出測量的移動方向和目標(biāo)位置[3]。在目標(biāo)位置上，移動站手薄顯示數(shù)據(jù)符合放樣精度時(shí)，會自動提示測量者已成功放樣，并指導(dǎo)下一步施工。RTK差分技術(shù)可以反復(fù)作業(yè)，不必重復(fù)輸入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)計(jì)算或輸入粗差。從而代替了從高級控制點(diǎn)做導(dǎo)線引入控制點(diǎn)的繁雜程序。

2.2 GPS-RTK 技術(shù)近海航道水下地形測量的應(yīng)用

水下地形勘測是海洋測繪工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，但由于作業(yè)環(huán)境的特殊性，實(shí)施水下地形測量比水上海域面積測量的難度要大許多，因此需要結(jié)合實(shí)際情況采取相應(yīng)的定位方法。一般實(shí)踐中使用較多的主要有回返水聲定位、GPS衛(wèi)星定位以及無線電測量定位等。有時(shí)需要幾個(gè)方法結(jié)合使用才能完成測量工作。目前開始嘗試將GPS- RTK與測深儀聯(lián)合作業(yè)，應(yīng)用在水下地形測量工作中。此種GPS- RTK定位技術(shù)的應(yīng)用主要涉及以下內(nèi)容：1）選擇近海島嶼設(shè)置數(shù)據(jù)采集基站，應(yīng)用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)，并在測量船中安裝接收機(jī)及相應(yīng)的探測設(shè)備；2）利用GPS導(dǎo)航實(shí)施定位，借助預(yù)先設(shè)定的機(jī)器依照操作人員指令每間隔一定時(shí)間向水下發(fā)出超聲波，通過對發(fā)射回來的聲波進(jìn)行分析，得出海洋數(shù)據(jù)及定位結(jié)果。以水下地形測試實(shí)例，所設(shè)置的測深線與航海道之間保持互相垂直關(guān)系，沿航海道布置相應(yīng)的檢查線路。利用徠卡gps1230以及海達(dá)hd27 數(shù)字測深儀實(shí)施平面定位，儀器所支持的有效距離為 30km，在此范圍之內(nèi)可以確保0.25m 的動態(tài)精確值[4]。

此次水下地形測試所使用的是本文所探討的GPS- RTK實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)，探測所欲達(dá)到的目的是：按照1∶2000的比例繪制所測量航道的水下地形圖，并且在測量過程中確保作業(yè)范圍不超出15km，同時(shí)應(yīng)確保相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，基站與衛(wèi)星之間的聯(lián)系狀況正常，接收站保持高效運(yùn)行狀態(tài)，具體數(shù)據(jù)借助船上設(shè)備進(jìn)行采集和保存。密采水深是數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)所收集到的相關(guān)信息存在虛假信號情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行刪除，同時(shí)在數(shù)據(jù)不清晰的地段實(shí)施二次測量。如果實(shí)施再次測量所使用的是haidanav28海洋測繪軟件，第一步應(yīng)對坐標(biāo)進(jìn)行修改，并對水位相關(guān)信息進(jìn)行調(diào)取，在調(diào)整完畢方案的基礎(chǔ)之上對軟件進(jìn)行啟動，進(jìn)入自動測量過程。

2.3 近海航道水下地形測量

水下地形測量海洋測繪的內(nèi)容之一，在沿海屬于海洋范圍的水下地形勘測。因?yàn)榉N種原因，增加了水下地形測量的復(fù)雜性，比如說：海洋面積廣闊；天氣狀況多樣；洋流的影響等等，所以海上定位需要視情況使用不同的定位方法。其中常用的有以下幾種：回返水聲定位；無線電測量定位；GPS衛(wèi)星定位等。有時(shí)候一個(gè)測量過程要綜合使用以上的測量方法，才能得出結(jié)果。近年來，在南海地區(qū)的水下地形測量上，我國使用了RTK和GPS兩者結(jié)合的數(shù)字勘測技術(shù)，對GPS RTK定位技術(shù)的使用和推廣，做出了有益的努力。這種GPS RTK定位技術(shù)的使用有這幾個(gè)方面：在近海的島嶼上建立采集數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)站，使用高新技術(shù)保證海上定位的精確度，測量船需有接收機(jī)以及探測的儀器。然后，使用GPS導(dǎo)航，進(jìn)行定位，間隔相同的時(shí)間段，由設(shè)定好的機(jī)器按照工作人員的預(yù)設(shè)，對水下發(fā)射超聲波，分析反射回來的聲波，寫下計(jì)算出來的海洋數(shù)據(jù)，以及當(dāng)時(shí)定位的結(jié)果。

3結(jié)語

通過大量的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)在RTK方式出現(xiàn)之初不適宜立即進(jìn)行具體的測量工作，需要在GPS處于穩(wěn)定狀態(tài)大概20min的時(shí)候才是開展測量工作的最佳時(shí)機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)對測量誤差的有效控制。進(jìn)入記錄數(shù)據(jù)之后，在工作保持正常狀態(tài)的情況下，對記錄方式無特殊要求，采取何種記錄方式的影響不大；需要注意的是，電臺傳輸信號是由距離限制的，大量的實(shí)踐表明，如果沒采用CORS系統(tǒng)GPS- RTK的范圍應(yīng)當(dāng)控制在10km 范圍以內(nèi)，一旦超出這一范圍就會影響到解算速度及精準(zhǔn)程度。在海洋測量工作中引入GPS- RTK技術(shù)的最大的優(yōu)勢在于，即使出現(xiàn)臺風(fēng)或大浪等較為惡劣的天氣也不會對測量工作造成影響，此外也不同考慮通視以及地形等方面的因素，相比較于傳統(tǒng)的測量方法，工作效率有顯著提升，并且還可以有效節(jié)約人力資源，實(shí)現(xiàn)了對成本的有效控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳文. 研究GPS-RTK在海洋測繪中的應(yīng)用[J]. 科技風(fēng)，2013，12：82.

[2]萬杏官. GPS RTK在海洋測繪中的應(yīng)用[J]. 珠江水運(yùn)，2013，10：93-94.

[3]朱豐. 基于GPS技術(shù)的遙感測繪方法及實(shí)踐[J]. 河南科技，2013，17：12.

[4]趙磊. 如何通過GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)測繪中控制網(wǎng)的建立[J]. 河南科技，2013，17：20-21.