淺析一種提高浮標(biāo)定位精度的方法

◎ 陳華 廣州航標(biāo)處

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淺析一種提高浮標(biāo)定位精度的方法

◎ 陳華 廣州航標(biāo)處

摘 要：浮標(biāo)作業(yè)中，定位是個(gè)很重要的一環(huán)，而無論是投放、復(fù)位浮標(biāo)，巡檢浮標(biāo)，定位都存在一定的誤差，其中一部分是可以規(guī)避的，如：船上的GPS安裝位置（駕駛臺(tái)頂上）離浮標(biāo)所在位置的距離誤差。本論文簡(jiǎn)單分析一種提高浮標(biāo)定位精度的方法，目的是規(guī)避上述誤差。

關(guān)鍵詞：浮標(biāo) 定位 提高精度

1.浮標(biāo)作業(yè)中的定位

1.1浮標(biāo)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)《中華人民共和國(guó)航標(biāo)條例》，航標(biāo)是指：供船舶定位、導(dǎo)航或者用于其他專用目的的助航設(shè)施，包括視覺航標(biāo)、無線電導(dǎo)航設(shè)施和音響航標(biāo)。航標(biāo)按照設(shè)置形態(tài)分，可分為固定航標(biāo)和浮動(dòng)航標(biāo)（簡(jiǎn)稱浮標(biāo)）。對(duì)于大多數(shù)浮標(biāo)，其結(jié)構(gòu)如圖一：

圖一：浮標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖

投放浮標(biāo)時(shí)，沉塊（也叫沉錘）沉入水底，達(dá)到固定浮標(biāo)位置的作用，浮體通過錨鏈，以沉塊為中心回旋。1.2投放、復(fù)位浮標(biāo)中的定位

投放、復(fù)位浮標(biāo)時(shí)，一般是通過大、中型航標(biāo)船進(jìn)行作業(yè)，是以沉塊的投放位置為基準(zhǔn)來進(jìn)行定位（圖二為大、中型航標(biāo)船投放沉塊作業(yè)）。其中，關(guān)于大型海洋浮標(biāo)的投放作業(yè)，更是一個(gè)系統(tǒng)性很強(qiáng)的工作，考慮的因素很多：水文氣象、船舶操作等，甚至拖帶大型浮標(biāo)進(jìn)出港時(shí)，需按規(guī)定報(bào)告港口交管中心并與其保持密切聯(lián)系，同時(shí)保持在相應(yīng)的VHF頻道值守，及時(shí)獲取最新的航行警告、氣象警告等信息。也正因?yàn)楦?biāo)投放時(shí)操作難度高，能以一種簡(jiǎn)單可行的方法減少浮標(biāo)的投放誤差，提高定位精度，更顯得尤為重要。

浮標(biāo)投放作業(yè)，是用大、中型航標(biāo)船的駕駛臺(tái)頂上的GPS天線來定位的，而實(shí)際需要測(cè)量的位置是沉塊投放的位置，沉塊是通過船舷邊的導(dǎo)纜口進(jìn)行投放， GPS天線位置距導(dǎo)纜口約有15米左右，由此可見GPS與沉塊兩者之間存在一定的距離誤差。航標(biāo)投放時(shí)，航標(biāo)作業(yè)人員會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，會(huì)通過經(jīng)驗(yàn)估算，人為的剔除掉兩者之間的距離誤差（沉塊從舷邊打落如水到沉塊落到河床上的過程中，會(huì)隨船舶的速度前進(jìn)一段距離，但其不在本論文討論的范圍之內(nèi)），也因?yàn)榇瞬襟E，使操船變得相對(duì)復(fù)雜且定位不精確，并且當(dāng)估算錯(cuò)船頭的方向時(shí)，會(huì)產(chǎn)生另外的誤差，當(dāng)估算的船頭方向剛好與實(shí)際船頭方向相差180°時(shí)，誤差最大，翻倍至30米左右。

圖二：大、中型航標(biāo)船沉塊投放作業(yè)

1.3巡檢浮標(biāo)中的定位

巡檢浮標(biāo)時(shí)，因?yàn)榭床灰姵翂K，也因?yàn)槁对谒€以上的浮體才真正發(fā)揮指示航道的作用，所以，對(duì)浮標(biāo)定位，是以浮體為準(zhǔn)。

巡檢浮標(biāo)是通過小型航標(biāo)船來進(jìn)行的。小型航標(biāo)船的GPS天線位置也在駕駛室頂上，而作業(yè)時(shí)，會(huì)將浮標(biāo)的浮體夾在夾持裝置中（見圖三）。駕駛室頂上的GPS與夾持裝置之間，有約7、8米的距離，所以通過船上安裝的GPS定位時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生誤差。

圖三：夾持裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.提高定位精度的必要性

2.1背景知識(shí)

對(duì)于浮標(biāo)，位置是很重要的一個(gè)參數(shù)，從航標(biāo)的定義可以看得出來，從以下知識(shí)點(diǎn)也可以看得出來：

（1）航標(biāo)作用：指示航道、航標(biāo)定位、指示危險(xiǎn)區(qū)。

（2）浮標(biāo)的完好性可概括為“四要素”：位置準(zhǔn)確、燈質(zhì)正常、涂色鮮明、結(jié)構(gòu)良好。排在第一位的是“位置準(zhǔn)確”。

（3）南海海區(qū)的《海區(qū)航標(biāo)維護(hù)質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)》第4.1項(xiàng)，浮動(dòng)航標(biāo)位置與設(shè)計(jì)位置的誤差要求：

人工航槽：≤回旋半徑+10 米；

港內(nèi)航道：≤回旋半徑+15 米；

自然航道：≤回旋半徑+20 米；

浮標(biāo)位置誤差有特殊要求的除外。

（4）從現(xiàn)實(shí)中也可以看得出，船舶在水域中航行，若浮標(biāo)的位置不正確，會(huì)對(duì)船舶進(jìn)行誤導(dǎo)，駛?cè)胛ｋU(xiǎn)水域，或偏離航道等。

2.2必要性

（1）定性的看。根據(jù)以上知識(shí)，浮標(biāo)對(duì)位置的要求是很高的，提高浮標(biāo)定位精度是有必要的。

（2）定量的看。《海區(qū)航標(biāo)維護(hù)質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)》第4.1項(xiàng)，浮動(dòng)航標(biāo)位置與設(shè)計(jì)位置的誤差要求，誤差都在回旋半徑+20米以內(nèi)。而小型航標(biāo)船駕駛室頂上的GPS與夾持裝置的距離誤差約7、8米；投放浮標(biāo)時(shí)，大、中型航標(biāo)船駕駛室頂上的GPS與沉塊的距離估算誤差最大可達(dá)30米，相對(duì)要求中的20米以內(nèi)，已經(jīng)是很大的誤差了，是很有必要規(guī)避的。

3.其它現(xiàn)行定位方法中的不足

為提高定位精度，航標(biāo)作業(yè)人員有時(shí)也會(huì)用手持的GPS設(shè)備到沉塊、浮標(biāo)附近來定位。但會(huì)受天氣的影響，如下雨時(shí)，手持GPS設(shè)備容易進(jìn)水損壞；另外GPS操作人員會(huì)對(duì)航標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)有一定的干擾，因?yàn)榧装蹇臻g有限，航標(biāo)作業(yè)不可控因數(shù)較多，會(huì)對(duì)航標(biāo)作業(yè)安全造成一定影響。再者，航標(biāo)投放時(shí)，讓船長(zhǎng)在駕駛室操船時(shí)，實(shí)時(shí)獲知手持GPS的位置，也不容易操作。

4.一種提高浮標(biāo)定位的方法

本論文探討一種方法是：在相應(yīng)的位置額外安裝GPS終端，通過獲取這些GPS終端的位置來獲取相對(duì)準(zhǔn)確的位置數(shù)據(jù)。

4.1提高定位精度的方案

（1）針對(duì)大、中型航標(biāo)船舶。大、中型航標(biāo)船舶的浮標(biāo)投放、浮標(biāo)復(fù)位等作業(yè)時(shí)，與沉塊的投放位置最近的點(diǎn)是船舷邊投放浮標(biāo)用的導(dǎo)纜口。這樣的導(dǎo)纜口在船舶左、右舷各有一個(gè)，可在這兩個(gè)導(dǎo)纜口上各安裝一個(gè)GPS，通過無線（如藍(lán)牙、WIFI等）傳輸?shù)今{駛室的設(shè)備上，并在一個(gè)顯示器上顯示出位置數(shù)據(jù)。作業(yè)過程中，當(dāng)從左舷投放浮標(biāo)時(shí)，讀取安裝在左舷導(dǎo)纜口的GPS數(shù)據(jù)；當(dāng)從右舷投放浮標(biāo)時(shí)，讀取安裝在右舷導(dǎo)纜口的GPS數(shù)據(jù)。

（2）針對(duì)小型航標(biāo)船。小型航標(biāo)船進(jìn)行航標(biāo)巡檢工作時(shí)，其中的一項(xiàng)任務(wù)是，核對(duì)浮標(biāo)浮體的位置。作業(yè)過程中，航標(biāo)船的夾持裝置把浮標(biāo)夾到夾持裝置的兩個(gè)夾持臂中間，并收緊持臂，固定好浮標(biāo)的浮體。為盡量的減少誤差，可在夾持裝置的兩側(cè)夾持臂中間位置各安裝一個(gè)GPS終端，即當(dāng)夾持裝置夾住燈浮標(biāo)時(shí)，安裝的2個(gè)GPS終端所在的位置連線，大致經(jīng)過浮體水平切面的圓心。兩個(gè)GPS定位得到位置數(shù)據(jù)分別為A、B，并將2個(gè)GPS的位置通過無線（如藍(lán)牙、WIFI等）傳回到駕駛室，通過計(jì)算，取兩個(gè)位置的平均值：（A+B）/2，就計(jì)算出兩個(gè)GPS連線的中間位置的位置坐標(biāo)。

4.2能源

關(guān)于能源，因?yàn)榧装迳习惭b電線、數(shù)據(jù)線不方便，解決方案如下：可使用小型的可拆卸的充電電池，并多備幾塊。為節(jié)約電量，當(dāng)航標(biāo)作業(yè)時(shí)，才開啟GPS定位。當(dāng)電池沒電時(shí)，更換新的充好電的電池。

5.該方法的不足及改進(jìn)建議

（1）對(duì)于大、中型航標(biāo)船：舷邊導(dǎo)纜口是沉塊、錨鏈下放的通道，作業(yè)環(huán)境惡劣，GPS安置不方便，航標(biāo)作業(yè)時(shí)容易損壞。安裝GPS，不能突出來，不然很容易被錨鏈、沉塊刮掉。建議可在導(dǎo)纜口某個(gè)地方挖個(gè)凹槽，將GPS嵌到凹槽里面。

（2）對(duì)于小型航標(biāo)船。航標(biāo)巡檢，夾持裝置夾住浮體，夾持裝置基本上是泡到水里，而且會(huì)遭受很大的水流沖擊，所以，安裝的GPS終端水密性要好，并且安裝要足夠的牢固。

參考文獻(xiàn)：

［1］董林根.淺談大型海洋浮標(biāo)拋設(shè)回收作業(yè).