GPS技術在海洋測繪中的運用

王治國

（河北省制圖院，河北 石家莊 050031）

摘要：海洋測繪是現(xiàn)在測繪學科中的一個重要版塊內(nèi)容，與我國國民經(jīng)濟建設以及國防建設安全有著十分緊密的關系，其中對海洋石油勘探來說，能夠更好的實現(xiàn)井位的確認。隨著計算機、通信通訊以及衛(wèi)星等信息技術的不斷發(fā)展，更多先進的技術被應用到海洋測繪中，海洋測繪也迎來了跨時代的變革，數(shù)字測量被引入到海洋測量中，實現(xiàn)了海洋測繪中對時空的突破。在數(shù)字測量中，GPS技術實現(xiàn)了海洋測繪新的測繪方向，打破了過往海洋測繪僅僅停留在海平面之上的限制，向海面之下進行延伸，完善了原有的海洋測繪技術，成為海洋測繪的重要技術手段。本文主要分析了當前GPS技術在海洋測繪中的具體應用，分析了GPS技術在測繪中存在的問題及對應的解決辦法。

關鍵字：GPS技術；海洋測繪；技術運用

顧名思義，海洋測繪是針對海洋開展的測繪工作，而在實際測量工作過程中，海洋測繪不僅僅具有一般測量所具備的實時性，海底測量還具有不可視性，測試基準也存在變化性等特點，因此在開展海洋測量過程中涉及到的測量方法非常繁雜，還存在各種各樣的限制條件。過去要想進行海洋地貌檢測，獲得相關的監(jiān)測數(shù)據(jù)，常常需要不同的觀測項目同時開展，運用不同的設備儀器來配合監(jiān)測工作的開展，但是獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)并不十分精準，常常存在很大的偏差。隨著信息技術的不斷發(fā)展與應用推廣，很多適用于測繪工作的具有高技術含量的測繪方法被引用到海洋測繪中，并得到非常好的發(fā)展。比如針對海洋深度測量而引入的單波束與多波束測深技術，針對海洋的水文以及海洋大地水準面而引入的衛(wèi)星測高技術。在眾多海洋測繪技術中，GPS技術對海洋測繪中獲得的定位的精準度來說有著非常重要的現(xiàn)實意義，它的出現(xiàn)使得海洋測繪更具有高效性、精準性以及科學性，朝著信息化方向得到更好的發(fā)展。

一、GPS 測繪技術的應用

（一）GPS 海洋控制網(wǎng)

所謂的海洋大地控制網(wǎng)主要包括地面控制點、海面控制點以及海底控制點三大板塊，其中海底控制點占據(jù)主要地位。開展海底控制點測定主要是借助GPS信號接收器與衛(wèi)星的同步觀測與定位，利用水聲應答器來檢測控制點與GPS信號接收器之間距離的工作原理來測定GPS信號接收器、海面固定標志以及水聲應答器之間的對海底控制點進行監(jiān)控，精確的定位控制點的實際位置。在海洋大地測量工作中，海洋大地控制點的確立是最基本的工作，主要是為了能夠更好的開展后續(xù)的海洋工程建設、海底地貌地形測繪、海面變化觀測等工作。

（二） GPS 的定位技術

定位、水位、測深是進行海洋測繪采集水深數(shù)據(jù)的三大要素。我國沿海地區(qū)先后建立了22 座覆蓋離岸300KM范圍內(nèi)水域的 RBN—DGPS 基準站來確保海洋測繪時的定位的精準度，從目前的測繪現(xiàn)狀來看，DGPS技術定位已經(jīng)能夠達到亞米級的精度，能夠滿足海洋測繪基本的定位需求。網(wǎng)絡 RTK 技術是常用的一種衛(wèi)星定位連續(xù)運行綜合服務系統(tǒng)，部分沿海省省級以及市級兩部分的基準站網(wǎng)，能夠提供不同等級精度的定位與導航服務，從具體的形勢來看，不僅能夠提供動態(tài)定位還能提供靜態(tài)數(shù)據(jù)服務，但是卻只適用于近海水域。在DGPS技術的發(fā)展過程中，涌現(xiàn)出一種新的技術——GPS—PPK 技術。與網(wǎng)絡 RTK相比，前者突破了數(shù)據(jù)傳送時的局限性，產(chǎn)生作用的距離更長遠，即使沒有技術連接，也能夠開展測繪工作。在實際開展海洋測繪工作時，需要將這些技術結合起來，靈活應用，服務于測繪數(shù)據(jù)的精度。

（三）GPS 的測高技術

地形圖實質(zhì)上就是正形投影圖，能夠依據(jù)一定的準則表示地物的地貌平面位置與高程，要想繪制海底地形圖，就需要借助測深儀器設備以及相關的水位資料來獲得高程數(shù)據(jù)。雖然現(xiàn)階段海洋GPS測繪技術已經(jīng)相當成熟，但是由于海洋環(huán)境的變幻莫測，在獲取水位資料與高程測量時依然會存在一定的誤差。進行海洋水下地形測繪時主要是借助DGPS技術實現(xiàn)定位，然后利用水位站來觀測水位變化，借助水位模型推算最低潮面數(shù)值，進行高程控制。當測繪區(qū)域離海岸比較遠時，按照傳統(tǒng)的潮面驗潮方法主要是設立一個離測區(qū)最近的潮位站，這樣測得的數(shù)值之間差值過大，遠遠超過了測繪精準度所限定的差值。后續(xù)引入到海洋測繪當中的GPS—RTK 和GPS—PPK “無驗潮”技術極大的縮小了水位之間的誤差值。利用GPS—RTK 或 GPS—PPK “無驗潮”模式技術來進行海底高程的測定，實質(zhì)上是將經(jīng)過處理與歸位計算后的瞬時高程取代原來的由水位與水合成的高程值，極大的規(guī)避了因為各種因素引起的測量差值問題，大大提升了測量的精準度，這是傳統(tǒng)的驗潮模式所不能相提并論的優(yōu)勢。

二、存在的問題及解決措施

（一） 位置偏差的修正

在海洋測繪過程中借助DGPS定位技術或者網(wǎng)絡 RTK 技術都能夠獲得能滿足一般性工程對精確度要求的測繪數(shù)據(jù)。在測繪海洋水下地形以及深水岸線調(diào)查時，需要將測深中心與定位中心保持一致，測深儀器換能器中心與GPS的天線呈垂直狀態(tài)，當測深中心與定位中心的位置存在的偏差超過規(guī)定范圍時，可以通過將定位中心歸算到測深中心的方式來確保兩者的一致。

（二）延時改正

在進行海洋測深作業(yè)過程中，通過將GPS定位輸出接口、測深儀的輸出接口同時連接到計算機上，能夠?qū)y深與定位工作同時完成。需要注意的是，在進行數(shù)據(jù)采集過程中，測深儀器設備很難與GPS定位保持同步狀態(tài)，這會使得測繪出的數(shù)據(jù)與實際情況存在偏差，造成測繪的地貌與地形存在一定程度的失真。因此在實際測繪過程中，隨著測船向前推進，GPS系統(tǒng)以及測深儀器測算出的水深數(shù)據(jù)都會向后出現(xiàn)漂移，可以借助公式“定位測深系統(tǒng)的延時 = 延時產(chǎn)生的位移 /測船速度”來進行延時改正，提高測繪數(shù)據(jù)的精準度。

（三） 坐標轉(zhuǎn)換誤差

通過GPS技術獲取的坐標形式屬于WGS—84 坐標，在將測繪的坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具體的地方坐標常常需要借助相關的轉(zhuǎn)換模型，一般來說用的比較多的有七參數(shù)模型以及三參數(shù)模型。而通過DGPS技術開展數(shù)據(jù)采集后則需要進行平面位置的轉(zhuǎn)換，借助網(wǎng)絡RTK 技術進行相關數(shù)據(jù)采集時更多的是測繪平面與高程的精準度，然后借助七參數(shù)模型也就是我們說的三維空間轉(zhuǎn)換模式進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。從數(shù)學角度來看，七參數(shù)模型的轉(zhuǎn)換形式是極其嚴密的，但是由于測量出的數(shù)據(jù)受到具體的觀測條件以及觀測的時間等因素的影響，難以確保測量數(shù)據(jù)的精準度，這在很大程度上限制了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時的精度。大地高的測量精度存在一定的局限性， 導致該方法的轉(zhuǎn)換精度有一定限制。

（四）專業(yè)人才缺失，測量設備不到位

雖然GPS技術應用到海洋測繪中能夠有效推進海洋碼頭建設以及臨海地區(qū)工業(yè)發(fā)展的進程，極大的節(jié)省工程所需要的人力物力，實現(xiàn)工程成本控制，但是在實際應用過程中依然有相當一部分測量單位由于配備的GPS接收器精準度比較低，在具體測量工作開始前或者獲得測量數(shù)據(jù)之后沒辦法對坐標進行精準的轉(zhuǎn)化。加上很多測繪工作人員并沒有充分重視測量數(shù)據(jù)的精準性，加上自身測繪專業(yè)的基礎知識掌握并不牢固，測量出的數(shù)據(jù)存在一定的誤差，直接影響到最終的測量結果，使得計算出的海域位置與實際位置存在偏移，如果遇到比較特殊的情況，甚至會造成權屬糾紛。比如在建設新碼頭時進行填海造地是沿著海岸線一步一步向著海的一側推進的，由于進行填海工程的范圍與原有的海岸線出現(xiàn)重疊，換句話說就是填海工程使得原始海岸線消失了。如果在進行測量中不能落實測量數(shù)據(jù)的精準度，出現(xiàn)偏差，那么在標圖中可能填海區(qū)域會變成一座孤島。測繪專業(yè)是一個偏冷門的專業(yè)，未來就業(yè)的面比較窄，很多學生在進行報考時更傾向于熱門的專業(yè)，測繪專業(yè)考生比較少，加上海洋測繪工作具有其特殊性，經(jīng)常需要外出出差并且要承受很大的工作壓力，年輕人并不想從事這樣的工作。

針對當前海洋測繪行業(yè)人才缺失的問題，在未來有必要重視專業(yè)性人才的培養(yǎng)，相關部門可以嘗試與高等院校合作進行定向人才培養(yǎng)，用更好的福利待遇與人文關懷來吸引人才的加入。同時要做好GPS測繪相關設備的配備工作，用更精準的設備開展測繪工作，確保數(shù)據(jù)的精度。

通過上述分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，在GPS技術不斷優(yōu)化發(fā)展的過程中，它的適用范圍越來越廣，在進行海洋測繪中得到充分發(fā)揮，無論是進行海洋大地測量還是開展海上定位，或者對海洋水下地形進行精準的測量都會應用到GPS技術。而伴隨著GPS技術的數(shù)據(jù)處理相關技術不斷提升， 海洋測繪所獲得數(shù)據(jù)將會更加精準，海洋定位必然更加準確，而相關的具體操作也只會越來越便捷。

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