現(xiàn)代海洋測繪中GPS的應(yīng)用

馮銀銀　呂振波　李凡　陳丙見

摘要：近年來，隨著海洋資源開發(fā)力度的加大，對海洋測繪有了更高要求。海洋測繪在我國軍事、經(jīng)濟(jì)等發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，在科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步的今天，諸多先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用到海洋測繪中，而GPS技術(shù)作為其中的一種，其應(yīng)用最為廣泛，特別是在海洋深度、定位等方面擁有不可替代的作用。本文首先闡述海洋測繪基本概況，然后系統(tǒng)探討GPS技術(shù)在現(xiàn)代海洋測繪中的具體應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：海洋測繪；GPS應(yīng)用

前言

海洋測繪是現(xiàn)代測繪領(lǐng)域中的一部分，不管在科研、經(jīng)濟(jì)，還是國防建設(shè)方面，都發(fā)揮著重要的作用。如今，現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機(jī)信息技術(shù)及衛(wèi)星技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，逐步進(jìn)入以數(shù)字化測量為主、計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，3S技術(shù)為代表的現(xiàn)代海洋測繪階段。由此可見，GPS技術(shù)在測量控制、海洋地形及定位中的應(yīng)用也就越來越廣泛。

1.海洋測繪基本概況

所謂海洋測繪，就是根據(jù)海洋底層的物理場性質(zhì)、變化特征進(jìn)行測量，按照不同的比例繪制成海圖及專題性海圖，這是一項(xiàng)關(guān)于海洋水體及海底測量和海圖測繪的工作。具體講，有海道、海洋地、海底地形等測量和海底地形圖、航行圖及各類專題圖的編制。

在測繪過程中，由于海洋水體豐富，給測量工作帶來一定的難度，因此需要借助專業(yè)海洋考察船及專門測量設(shè)備、儀器開展連續(xù)性觀測，通常是一船多用，實(shí)行系統(tǒng)全面性考察。最為基礎(chǔ)的測量形式有兩種：一是路線測量，也就是剖面測量，主要為了了解和掌握海洋地質(zhì)構(gòu)造及物理場特征；二是面積測量，根據(jù)測繪任務(wù)規(guī)定的比例要求，布設(shè)合理距離的測量網(wǎng)絡(luò)。而在現(xiàn)代海洋測繪中，是以GPS技術(shù)及無線電定位技術(shù)為主。

2.現(xiàn)代海洋中GPS技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1關(guān)于GPS技術(shù)

GPS也稱全球定位系統(tǒng)，其組成部分包括空間衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)及用戶終端設(shè)備，是一種具有全球性、全天候及高精度等特點(diǎn)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該技術(shù)可迅速、高效、準(zhǔn)確地為用戶提供系統(tǒng)精確的點(diǎn)線面三維坐標(biāo)及有關(guān)信息，在社會生產(chǎn)生活和科技發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。

2.2在海上定位中的應(yīng)用

海上定位是現(xiàn)代海洋測繪中的一項(xiàng)基礎(chǔ)內(nèi)容，是在海上準(zhǔn)確定位船舶位置，給艦船航行提高導(dǎo)航，其工作主要有海面定位及水下定位。近年來，RBN/DGPS技術(shù)在我國沿海測繪中逐步應(yīng)用開來，該系統(tǒng)可在300km內(nèi)可進(jìn)行偏差在5m以下精準(zhǔn)定位，可滿足當(dāng)前沿海測量的大比例繪圖導(dǎo)航及定位要求。而對于距離相對大的海域測繪，因海洋相關(guān)工作存在特殊性，測量監(jiān)控點(diǎn)的固定難度大，常規(guī)性大地測量技術(shù)及GPS靜態(tài)定位技術(shù)很難滿足其需求，而使用常規(guī)DGPS定位技術(shù)因隨流動站和差分主站的距離擴(kuò)大而導(dǎo)致定位精準(zhǔn)度降低，作用面也受限，局限了該技術(shù)的應(yīng)用。GPS-PPK技術(shù)則可彌補(bǔ)這些不足，可滿足高精度測量要求，且在實(shí)際應(yīng)用中不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時通訊。通常在海洋測繪中要充分考慮到經(jīng)費(fèi)、測量精確度及導(dǎo)航要求等各種因素，把RBN/DGPS技術(shù)和GPS-PPK技術(shù)的優(yōu)勢充分結(jié)合起來制定測繪技術(shù)方案。

2.3海洋水深測量中的應(yīng)用

如今，在我國海洋水深測量工作中大多數(shù)是應(yīng)用多波束水深測量系統(tǒng)。和以往的單波束測量系統(tǒng)相比，前者可根據(jù)水源深度差異直接獲得深度信息，此外還可在垂直向開展測量，而這些都是后者無法滿足的。

海洋水深測量，就是通過測量船配置的測量系統(tǒng)對海洋水深進(jìn)行測量獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)主要由專門水深測量軟件、計算機(jī)、GPS接收器、多波束測量儀組成。海洋水深測繪流程主要是：（1）準(zhǔn)備工作。一是進(jìn)行GPS-RTK基準(zhǔn)站架設(shè)時，需把其設(shè)在需測量區(qū)的中心位置，且要處于周邊地勢較高無明顯遮擋物為主。二是以北54或西安80坐標(biāo)作為基準(zhǔn)換算坐標(biāo)。三是根據(jù)已測數(shù)據(jù)重新加密處理，進(jìn)而重設(shè)原有測量面，這就需要測量水深作業(yè)開展初步布設(shè)。（2）進(jìn)行數(shù)據(jù)收集時，通過對數(shù)據(jù)參數(shù)的正確性進(jìn)行檢查，以免其有誤導(dǎo)致基站定位出錯，在測深設(shè)備正常連接后，需對相關(guān)測量儀、更正天線偏差、接受器數(shù)據(jù)格式、定位儀接口等進(jìn)行全面校準(zhǔn)，并在檢查確認(rèn)正常后才可開展測量工作。（3）在數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)用專業(yè)軟件對獲得的海洋水深數(shù)據(jù)實(shí)施有效處理，以得出海洋測繪專業(yè)、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析報告，并以文檔方式妥善保存。

2.4海洋水下地形測量應(yīng)用

海道測量是海洋水下地形測量的基礎(chǔ)，海底測量主要是明確海底點(diǎn)三維或平面坐標(biāo)，而水下地形測量還需通過水聲儀器來進(jìn)行水深測量。海上航運(yùn)、海上石油作業(yè)、海底電纜工程以及漁業(yè)開發(fā)、礦產(chǎn)資源勘探等工作均需要應(yīng)用到水下地形圖。CPS技術(shù)在海洋水下地形測量中的應(yīng)用，能迅速、準(zhǔn)確地測定水聲儀所在位置，對比例尺相對大的測圖，可通過差分GSP技術(shù)開展相對定位。在實(shí)際操作中，要把GPS接收器和水聲儀器結(jié)合起來，前者實(shí)現(xiàn)定位測量，后者開展水深測量，再通過電子記錄設(shè)備、應(yīng)用計算機(jī)、繪圖儀等構(gòu)成海洋水下地形測繪自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)斷面圖、水下地形模型等相關(guān)測繪。

2.5海洋測繪中GP5應(yīng)用中的誤差分析

當(dāng)應(yīng)用無驗(yàn)潮法進(jìn)行海洋測繪時，因波浪影響、船體擺動、RTK高程有效性、采樣速率等因素的存在都會對測量數(shù)據(jù)造成一定的影響，同時還存在較大的誤差。因此，通過采取一定的方法對此進(jìn)行糾正，以確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，而對于因船體擺動而出現(xiàn)的誤差，可應(yīng)用電磁式姿態(tài)儀對船姿態(tài)糾正，此種糾正主要是針對位置、高程等方面。同時，姿態(tài)儀也可對船行駛中橫、縱向予以調(diào)整，兩者均需要專用軟件來分析控制。另外，相對船體動態(tài)吃水?dāng)?shù)據(jù)來說，可以根據(jù)其靜態(tài)吃水及探測船自重下沉、顛簸幅度總和選取平均數(shù)值進(jìn)行更正，以減少測繪過程中誤差的發(fā)生。

3.結(jié)論

總而言之，海洋測繪是發(fā)現(xiàn)、探索及開發(fā)海洋的最為重要的一個工作，GPS技術(shù)在其測繪過程中擁有著不可替代的作用。為了進(jìn)一步提高海洋測繪的精確性和有效性，應(yīng)不斷地對GPS技術(shù)在海洋測繪應(yīng)用進(jìn)行深入研究。