衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在海洋工程中的應(yīng)用

高明超　朱偉

摘要：隨著全球資源的日益緊張，各國都加大了海洋資源的開發(fā)力度，而相關(guān)的海洋工程更是成為競(jìng)爭的焦點(diǎn)。本文首先介紹了什么是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并具體分析和探討了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在海洋工程中的主要應(yīng)用，希望能夠起到一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；北斗導(dǎo)航；通信；定位；救援

近年來，海洋工程成為了人們廣泛關(guān)注的對(duì)象。簡而言之，海洋工程就是對(duì)海洋資源進(jìn)行一系列開發(fā)、利用以及保護(hù)的工程，其主要目的是為了緩解資源匱乏的危機(jī)，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

一、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡介

目前，整個(gè)世界上主要的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有四個(gè)：美國的GPS、中國的北斗導(dǎo)航、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)以及歐洲的伽利略系統(tǒng)。下面具體說一下我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它是我國自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，分為三大部分：空間端、地面端以及客戶端。它的精確度極高，無論是定位還是授時(shí)，都可以達(dá)到世界領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)，而且完全實(shí)現(xiàn)了全天候提供導(dǎo)航功能。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了亞太地區(qū)的全覆蓋，在自主定位方面，甚至優(yōu)于美國的GPS，是赤道附近最理想的導(dǎo)航系統(tǒng)。

二、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在海洋工程中的應(yīng)用

（一）測(cè)量與定位

對(duì)于海洋的測(cè)量，與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)密不可分，尤其是在探測(cè)地形方面，得到了廣泛的應(yīng)用。使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，需要將坐標(biāo)傳遞到測(cè)深儀中，利用一臺(tái)接收機(jī)將基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行固定，之后余下的接收機(jī)作為流動(dòng)測(cè)量點(diǎn)，根據(jù)衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果，準(zhǔn)確測(cè)量水下的地形。這種方法能夠不受時(shí)間和空間的限制，24小時(shí)全天候作業(yè)。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷完善，測(cè)量的重點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移，逐漸開始注重水下移動(dòng)目標(biāo)的測(cè)量。至于海洋的定位，主要是確定海上航行船只的位置。如果是近海海域，可以在島嶼周圍建立基準(zhǔn)站，采用差分技術(shù)進(jìn)行定位，打個(gè)比方，假如一個(gè)基準(zhǔn)站的覆蓋范圍在100km，那么在近海海域方面，我國只需要設(shè)立四到五個(gè)基準(zhǔn)站就可以完成定位工作，而且準(zhǔn)確率極高。尤其是我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在海洋定位方面取得了重大的突破，我國海洋方面的定位已經(jīng)步入厘米級(jí)別，能夠很好地保障船只的航行安全。比如在渤海灣投入運(yùn)行的參考站系統(tǒng)，徹底擺脫了國外的技術(shù)壟斷，提供了獨(dú)立自主的定位服務(wù)。

（二）通信與傳輸

很長一段時(shí)間內(nèi)，從事海洋工程的施工人員與作業(yè)單位對(duì)于海上通信的要求十分強(qiáng)烈，希望與岸上的指揮中心實(shí)時(shí)進(jìn)行信息的交流。而岸上指揮中心也需要及時(shí)了解海上作業(yè)情況，從而根據(jù)情況進(jìn)行管理，并且根據(jù)進(jìn)度情況，做好相應(yīng)的調(diào)整和安排。拿我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為例，其具有獨(dú)一無二的短報(bào)文通信功能，這在海洋工程中是不可替代的技術(shù)。通過在海上船只中安裝導(dǎo)航終端，與基準(zhǔn)站、指揮中心以及衛(wèi)星形成一體化的通訊鏈，一旦工程有所變動(dòng)，可以直接將信息發(fā)送到船只上，而且也可以將海上的風(fēng)浪情況以及天氣變化也打包成信息，進(jìn)行傳輸。對(duì)于國家直接也可以進(jìn)行通信，尤其是我國“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，“海上絲綢之路”沿線的國家都能夠享受我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的信息服務(wù)。另外，因?yàn)楹Ｑ蠊こ讨袛?shù)據(jù)傳輸需要保證實(shí)時(shí)性，而這些數(shù)據(jù)不僅包括施工的位置、作業(yè)的環(huán)境，還需要涉及后續(xù)的任務(wù)與及時(shí)的調(diào)整，所以實(shí)時(shí)傳輸?shù)膬?nèi)容比較復(fù)雜，需要經(jīng)過分析和處理。通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠使用傳感器或者是傳感設(shè)備獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)，之后進(jìn)行記錄、整理和存儲(chǔ)，再發(fā)送給指揮中心，而反饋信息則由船只控制中心分發(fā)給各個(gè)作業(yè)小組，這樣能夠準(zhǔn)確和具有針對(duì)性。同時(shí)這些信息和數(shù)據(jù)會(huì)被存入中心數(shù)據(jù)庫中，方便后期查找和提取。

（三）觀測(cè)與救援

對(duì)于海洋的觀測(cè)主要有以下幾方面：第一方面，監(jiān)測(cè)海平面的變化，根據(jù)潮汐的測(cè)量數(shù)據(jù)，能夠很好地把握海平面的變化情況。通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)⒑Ｑ笳镜馁Y料進(jìn)行歸類，形成統(tǒng)一的框架，之后分析海平面的變化規(guī)律和特點(diǎn)，并預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)。第二方面，可以預(yù)測(cè)海洋氣象，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠每10分鐘更新一次水汽的變化情況，并提供海洋站上空的水汽含量，這樣能夠及時(shí)做好天氣的預(yù)測(cè)工作，尤其是惡劣天氣，可以做好應(yīng)急措施，減少損失。第三方面，提供空間位置，尤其是海底地震的監(jiān)測(cè)以及海岸線的勘測(cè)等，都有了科學(xué)的依據(jù)。因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境復(fù)雜，各種災(zāi)害頻發(fā)，而且經(jīng)常造成很大的損失，無論是海上作業(yè)人員還是航行船只，都面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)。那么在發(fā)生海難時(shí)，運(yùn)用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠顯著提高救援效率，不僅搜尋更加全面和準(zhǔn)確，救撈系統(tǒng)也更加科學(xué)，極大地節(jié)省了人力和物力。比如船只遇險(xiǎn)后，船上的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端就會(huì)發(fā)出求救信號(hào)，指揮中心第一時(shí)間可以確定遇險(xiǎn)位置，進(jìn)而派遣距離最近的船只進(jìn)行救援，提高了救援效率。

（四）建設(shè)與施工

目前，我國正在著力建設(shè)沿海碼頭以及開辟航道，這些都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控，尤其是要保證位置不出現(xiàn)偏差，加上海上作業(yè)的投資大，環(huán)境惡劣，地質(zhì)情況復(fù)雜，需要準(zhǔn)確定位，才能夠保證施工一步到位。通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)海域的信息傳輸，同時(shí)還能夠提升工程的建設(shè)水平。特別是一些遠(yuǎn)程故障的診斷，水下環(huán)境復(fù)雜，通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠完成診斷，這樣保證了施工人員的生命安全。另外，對(duì)于深海捕魚作業(yè)而言，使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠保證捕魚作業(yè)的環(huán)境安全，并且提高捕獲效率。

三、結(jié)論

綜上所述，在海洋工程中應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠促進(jìn)海洋技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。尤其是我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，更是在不斷發(fā)展和完善的過程中，發(fā)揮著日益重要的作用，為我國海洋方面的探索提供了強(qiáng)大有力的支撐。