GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的應(yīng)用分析

鄭迎春

摘 要：GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀以GPS技術(shù)為核心，幫助用戶(hù)準(zhǔn)確定位當(dāng)前位置，并且根據(jù)既定目的地計(jì)算行程，GPS導(dǎo)航儀通過(guò)地圖顯示和語(yǔ)音提示兩種方式引導(dǎo)用戶(hù)行至目的地的儀器，進(jìn)而達(dá)到定位導(dǎo)航的目的。本文在研究中以GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀為核心，明確GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀的運(yùn)行原理，分析GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的作用，提出GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的應(yīng)用，提高船舶定位精準(zhǔn)性，僅供參考。

關(guān)鍵詞：GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀 船舶定位 精確度 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（b）-0129-02

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)航海運(yùn)行體系的進(jìn)一步完善和優(yōu)化，并對(duì)船舶定位提出一定的要求。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀引入航海領(lǐng)域中，可以準(zhǔn)確對(duì)目標(biāo)區(qū)域船舶進(jìn)行定位，為航海相關(guān)決策提供準(zhǔn)確信息依據(jù)。對(duì)此，在這樣的環(huán)境背景下，探究GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的應(yīng)用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀的運(yùn)行原理

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀系統(tǒng)分為空間系統(tǒng)、地面監(jiān)測(cè)控制以及用戶(hù)設(shè)備等三大部分，其中包括MCS控制臺(tái)、地表天線(xiàn)站以及監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備，針對(duì)空間系統(tǒng)部分，由24顆衛(wèi)星組建GPS導(dǎo)航衛(wèi)星網(wǎng)，其中有21顆衛(wèi)星是工作衛(wèi)星，剩下3顆衛(wèi)星為在軌備用衛(wèi)星，均勻分布到6個(gè)軌道面內(nèi)，軌道傾角則控制在55°以?xún)?nèi)，相鄰衛(wèi)星經(jīng)度夾角為60°，即為軌道升交點(diǎn)。具體分布結(jié)構(gòu)如圖1所示，由于星座的合理分布保證了地球上和近地空間內(nèi)的任何一點(diǎn)，任意時(shí)刻都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆及以上衛(wèi)星，最多能觀測(cè)到11顆，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀數(shù)據(jù)傳輸終點(diǎn)是用戶(hù)設(shè)備，借助接收機(jī)獲取GPS衛(wèi)星發(fā)送信息，而GPS衛(wèi)星固定在某一角度可以連接測(cè)量衛(wèi)星，并追蹤衛(wèi)星行程和數(shù)據(jù)，得到導(dǎo)航報(bào)文，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出用戶(hù)設(shè)備定位數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得最終準(zhǔn)確的定位信息。現(xiàn)階段，雖然GPS定位方式多種多樣，但運(yùn)行原理基本保持一致，以GPS衛(wèi)星為測(cè)量核心，設(shè)置4個(gè)以上的衛(wèi)星，確定衛(wèi)星坐標(biāo)，各個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行空間距離后方交會(huì)，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)定位[1]。

2 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的作用

2.1 信息準(zhǔn)確

在進(jìn)行船舶航行中，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀可以為船舶提供準(zhǔn)確位置信息，這對(duì)航行效率的提升至關(guān)重要，傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)導(dǎo)航設(shè)備位置信息傳輸誤差較大，降低船舶航行的安全性。而GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀的引入，大大提高船舶位置信息的準(zhǔn)確性，其精確度可達(dá)到1000m內(nèi)的位置信息，滿(mǎn)足航行精確需求[2]。

2.2 連續(xù)定位

由于GPS技術(shù)具有全天候的優(yōu)勢(shì)，賦予了GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀連續(xù)性定位的能力，這是傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)法比擬的。高精度船位測(cè)定可以持續(xù)提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)，作為全天候定位、全球覆蓋的定位系統(tǒng)，GPS用戶(hù)能夠在任何夭氣條件下、全球的任一位置都可以準(zhǔn)確地接收到GPS衛(wèi)星信號(hào)。

2.3 導(dǎo)航功能

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀除了可以為船舶提供準(zhǔn)確信息和連續(xù)定位等功能之外，還具備極強(qiáng)的導(dǎo)航功能，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀系統(tǒng)中儲(chǔ)存上千航路點(diǎn)，可以為船舶航路設(shè)計(jì)提供較為經(jīng)濟(jì)可靠的路線(xiàn)保障。現(xiàn)階段，大多數(shù)船舶GPS接收機(jī)都具備航點(diǎn)與航路設(shè)計(jì)功能，使得駕駛?cè)藛T可以輸入起點(diǎn)和終點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)顯示各個(gè)區(qū)域海況設(shè)計(jì)航點(diǎn)與航路，其航線(xiàn)設(shè)計(jì)功能有效保證船舶安全。

3 基于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀的船舶定位系統(tǒng)

3.1 GPS船載終端

在進(jìn)行船舶航行中，駕駛?cè)藛T要明確船舶航行中涉及的經(jīng)緯度或是特殊地理位置坐標(biāo)，規(guī)劃航線(xiàn)轉(zhuǎn)向點(diǎn)，將船舶起點(diǎn)、轉(zhuǎn)向點(diǎn)以及終點(diǎn)連接在一起，構(gòu)建船舶航線(xiàn)。而GPS船載終端通過(guò)衛(wèi)星信息的獲取，由中央處理單元計(jì)算處理衛(wèi)星信號(hào)，獲得船舶位置經(jīng)緯度、速度、方位和時(shí)標(biāo)等參數(shù)信息，由通信模塊將其傳輸至監(jiān)控服務(wù)器，并實(shí)時(shí)接收監(jiān)控中心指令，已完成報(bào)警、通話(huà)等操作，定位結(jié)構(gòu)為圖2所示。

3.1.1 定位

在船舶定位航行中，借助通信模塊可以查詢(xún)到系統(tǒng)服務(wù)器位置信息數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而獲得船舶實(shí)時(shí)位置，利用GIS將船舶位置信息顯示到電子地圖上，為相關(guān)工作人員提供監(jiān)控與調(diào)度工作[3]。

3.1.2 監(jiān)控

在船舶行駛中，若和規(guī)定行駛線(xiàn)路出現(xiàn)誤差并超出允許范圍，或是船舶停留時(shí)間超過(guò)監(jiān)控中心允許時(shí)間，監(jiān)控中心要對(duì)該船舶進(jìn)行定位監(jiān)控，要求駕駛?cè)藛T在遇到緊急情況，通過(guò)船載終端和監(jiān)控中心建立通話(huà)，及時(shí)報(bào)警，提高船舶定位的精準(zhǔn)性，進(jìn)而為船舶安全行駛提供重要支持。

3.1.3 管理

在GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀實(shí)際應(yīng)用中，船載終端具備數(shù)據(jù)管理能力，可以對(duì)用戶(hù)信息數(shù)據(jù)、船舶信息數(shù)據(jù)、短消息或是其他信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，并在行駛中根據(jù)預(yù)定時(shí)間間隔，記錄船舶在行駛中的運(yùn)行情況，其中主要記錄內(nèi)容包括行駛時(shí)間、經(jīng)緯度、行駛速度、行駛方向、水位等參數(shù)，為行駛決策提供真實(shí)準(zhǔn)確的信息依據(jù)。

3.2 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)屬于數(shù)據(jù)傳遞樞紐，在實(shí)際運(yùn)行中，可以將用戶(hù)終端采集的數(shù)據(jù)上傳到指定系統(tǒng)中，下達(dá)系統(tǒng)調(diào)度控制命令，內(nèi)設(shè)短消息通訊網(wǎng)和GPRS網(wǎng)關(guān)進(jìn)行相互配合，構(gòu)建短消息服務(wù)中心，進(jìn)而達(dá)到數(shù)據(jù)傳遞、儲(chǔ)存以及協(xié)議轉(zhuǎn)換等目的。其實(shí)現(xiàn)功能一是和用戶(hù)終端連接；二是和移動(dòng)通信服務(wù)運(yùn)營(yíng)商端口連接；三是和監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)端口連接；四是和其他應(yīng)用端口連接[4]。

3.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心硬件系統(tǒng)包括通信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、監(jiān)管應(yīng)用服務(wù)器、Internet專(zhuān)線(xiàn)接入設(shè)備以及輸出設(shè)備，而軟件系統(tǒng)包括GIS模塊、通信模塊以及應(yīng)用程序模塊等內(nèi)容，GIS模塊具備數(shù)據(jù)輸入與編輯功能、信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與集成功能、信息數(shù)據(jù)查詢(xún)與顯示功能、地理數(shù)據(jù)管理界面功能、系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)功能以及地圖制作與輸出功能，借助軟件系統(tǒng)，駕駛?cè)藛T可以制作高精度航海地圖，這些都要依靠Windows網(wǎng)絡(luò)編程系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，將其連接至監(jiān)控服務(wù)器，監(jiān)控服務(wù)器會(huì)結(jié)合實(shí)際需求轉(zhuǎn)發(fā)航海指令，提高船舶定位的精準(zhǔn)性，進(jìn)而保證船舶定位的綜合效果。在實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)控中心包括以下幾點(diǎn)功能。

（1）傳播查詢(xún)。

結(jié)合船舶航行實(shí)際情況，監(jiān)控中心可以根據(jù)矢量圖單進(jìn)行目標(biāo)查詢(xún)、分組查詢(xún)以及邏輯條件查詢(xún)，以此為信息依據(jù)下達(dá)指令，借助通信系統(tǒng)向目標(biāo)船舶下達(dá)指揮調(diào)度信號(hào)，進(jìn)而保證航行效率。

（2）緊急救援。

當(dāng)某一船舶發(fā)出報(bào)警信號(hào)，監(jiān)控中心會(huì)及時(shí)獲取報(bào)警信息，傳達(dá)指揮調(diào)度指令，并及時(shí)通知相關(guān)海事救助單位與救援單位，達(dá)到統(tǒng)一協(xié)調(diào)的目的，為船舶安全航行提供保障。

（3）事前警報(bào)。

借助船舶位置信息，判斷船舶所行駛水域安全性，明確船舶間安全距離，使得船舶發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，可以及時(shí)通知相關(guān)人員控制船舶，使其調(diào)整到安全行駛狀態(tài)中，進(jìn)而為船舶的安全行駛提供重要保障。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的應(yīng)用研究，得出如下結(jié)論。

（1）在進(jìn)行船舶航行中，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀可以為船舶提供準(zhǔn)確位置信息，并連續(xù)性定位，計(jì)算船舶行駛中轉(zhuǎn)向點(diǎn)，與起點(diǎn)和終點(diǎn)連接在一起，進(jìn)而為船舶導(dǎo)航。

（2）為了發(fā)揮出GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的重要和價(jià)值，要利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀構(gòu)建船舶定位系統(tǒng)，細(xì)分GPS船載終端、通信系統(tǒng)和控制中心，提高船舶定位的精準(zhǔn)性，進(jìn)而為船舶安全行駛提供重要支持。

參考文獻(xiàn)

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