淺析GPS 在海洋測繪中的應用

解 洋 秦思遠 劉 煜

（淮海工學院測繪與海洋信息學院，江蘇 連云港222005）

隨著我國國防技術和國防科技實力的增強，以及對海洋資源的大力開發(fā)，對海洋測繪技術就有了更高的要求。海洋測繪是開發(fā)海洋資源的的一項重要工作，不管是在科研、經濟，還是國防建設中都發(fā)揮著及其重要的作用。在海洋測繪中通過對GPS 技術的使用，打破在傳統(tǒng)海洋測繪中因為空間的限制，而導致對海岸線的測量和高精度的海洋定位不準確等問題，為海洋測繪提供了強有力的支持。

1 海洋測繪概況

海洋測繪就是相關人員根據(jù)海洋表面和一些海底形狀的參數(shù)進行的準確測定和科學的描述，按照不同的比例對測量的數(shù)據(jù)進行繪制海圖，海洋測繪是包含了關于海洋水體海底的測量和海圖測繪的工作。海洋測繪所繪制的海圖主要是關于海道、海洋地、海底地形等測量和海底地形圖、航行圖及各類的專題圖的編制。

在海洋測繪的實際勘察中，因為海洋里的水體十分豐富且復雜，為海洋測繪工作帶來了很大的難度，所以在進行海洋測繪的過程中需要借助專業(yè)的海洋考察船以及專門測量的設備和儀器才能有效的開展連續(xù)的檢測，一般情況下會采用一船多用的方法，在海洋測繪過程中實施系統(tǒng)全面性的考察。在測繪過程中最基礎的測量形式主要有兩種：一種是對路線的測量，也就是進行剖面測量，通過數(shù)據(jù)可以了解并掌握海洋的實際地質構造和物理場的特征。另一種是面積測量，在實際測繪任務的規(guī)定之下按照相應的比例要求，對所要測量的海洋區(qū)域進行合理布局。在現(xiàn)今的海洋測繪中，主要使用到的是GPS 技術和無線電定位技術。

2 GPS 技術在海洋測繪中的應用

2.1 利用GPS 技術進行海洋定位

GPS 具有全天候、全球性、高精度的特點，通過利用GPS 技術，科研人員可以實現(xiàn)在全球范圍內的導航和定位，隨著科技的不斷發(fā)展GPS 技術為海上定位以及水下地形的探測發(fā)揮著重大的作用。

在對海洋資源的開采中往往需要對海上位置進行高精度的定位，通過GPS 接收機和船上原有的導航設備進行組合使用，可以提供出比較準確的海上定位。如果是在對GPS 進行偽定位時，就需要用到船上的計程儀和陀螺儀所收回的數(shù)據(jù)推求出船體所在的位置。而在近海領域之內，定位多采用的是在岸上或者島嶼建設基準站，然后在船上安裝GPS 接收機，通過對差分技術和動態(tài)相對定位技術的使用，來確定船體位置提高海洋定位的精度。

2.2 建立海洋大地控制網(wǎng)

建立海洋大地控制網(wǎng)是海洋測量的一項基本任務，海洋大地控制網(wǎng)作為一項基礎工作為海底地形地貌的測繪和海平面變化觀測提供基準，為海洋工程的開發(fā)、海洋資源的開采以及海底地殼運動的檢測等提供技術支撐。海洋大地控制網(wǎng)的建立，主要是由各個分布在島嶼和暗礁上以及海底的控制點所組成，部分在海底的控制點則是由固定的標志和水聲應答器組成。

對于一些在島嶼和暗礁上的控制點，主要是通過使用GPS技術所提供的精準度測定其在海洋中的坐標。而海底控制點的位置測定就需要借助船只或者是浮標的使用，在所借助的外力平臺上放置GPS 接收機和水聲定位設備，從而實現(xiàn)衛(wèi)星和海底控制點能夠同步的進行觀測。船上的GPS 接收機可以提供精準的定位點，但是船只在海上的移動具有瞬間性，可以使用GPS技術的相對動態(tài)定位來完成定位。在利用GPS 接收機和GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)的同步觀測中，結合海底水聲應答器的同步測定以及船上GPS 接收機和海底控制點之間的距離，以此來達到對海洋控制點的測定。

2.3 GPS 在水下地形測繪中的應用

在海洋的開發(fā)過程中，水下地形圖的繪制對航運、海底電纜的鋪設、水產養(yǎng)殖和海上鉆井平臺的發(fā)展都具有重要意義。一般通過海道測量來確定海底控制點的空間坐標或平面坐標，在測量時還要注意利用水深儀器對水深進行測量，而水深測線間距則根據(jù)比例尺的變化而變化。在近岸區(qū)水聲儀器使用傳統(tǒng)的光學儀器交匯法，較遠的海區(qū)普遍多采用無線電定位。GPS 技術能夠快速準確的進行定位，但是在對水深儀器進行定位時精確度不高，不能達到完全精確的數(shù)值，所以GPS 技術只能對遠海小比例尺的海底地形測繪的控制，在繪制較大比例尺圖時可以采用差分GPS 技術進行定位。在實際海洋測繪中經常會把GPS和水聲儀器放在一起使用，GPS 技術進行精確地定位測量，水聲儀器保證水深的測量，把檢測的數(shù)據(jù)保存在電子數(shù)據(jù)終端，利用計算機和繪圖工具組建水下地形測量的自動化系統(tǒng)。

3 GPS 應用中存在的問題及措施

3.1 位置偏差及措施

在海洋測繪中，不管是使用GPS 技術還是RTK 技術來進行定位，都能達到在工程定位中要求的精準度。但是在高精度的海洋測繪工作中，要對其中存在的一些位置偏差進行糾正，在測量過程中最常見的使用方法就是把定位中心和測繪中心保持一致，讓GPS 天線和測深儀保持在同一垂直線上，并且保持定位中心和測深中心的統(tǒng)一，如果兩數(shù)據(jù)間出現(xiàn)一些數(shù)值的偏差超出了定位標準所要求的的數(shù)據(jù)，就要把定位中心和深測中心進行合并數(shù)據(jù)處理，根據(jù)重新探測獲取新的數(shù)據(jù)信息來保持海洋測繪中位置的準確性。

3.2 數(shù)據(jù)的延時及對策

在海洋測繪過成中對計算機的使用是必不可少的，在測繪作業(yè)結束時要保證在測繪過程中定位和測試的同步性，將測繪數(shù)據(jù)收錄在計算機終端上。在后期對數(shù)據(jù)進行采集時極有可能出現(xiàn)GPS 定位數(shù)據(jù)和測深數(shù)據(jù)不同步而產生的誤差，導致數(shù)據(jù)在使用過程中失去真實性。

在測量數(shù)據(jù)過程中由于船只的運動，造成GPS 系統(tǒng)和水深數(shù)據(jù)的信息發(fā)生偏移，對于這種情況的出現(xiàn)就要根據(jù)相應的公式進行計算，從而達到對定位以及水深數(shù)據(jù)的修正。定位與水深測試之間產生的延時是進行海底測繪過程中必需要改進的一項技術，對其達到精密的測定和完全的改正是及其困難的，但是可以有效地降低誤差的產生，在日常海洋測繪的實際工作中應該盡可能的減少由于數(shù)據(jù)的延時而造成的繪圖產生偏差。

3.3 坐標轉換誤差和措施

在海洋測繪過程中GPS 所使用的的坐標系為WGS-84 坐標系，這種坐標系在獲得坐標之后會通過對模型的運用把數(shù)據(jù)轉化成地方坐標。GPS 在轉化過程中一般使用的是三參數(shù)模型，網(wǎng)絡RTK 技術在轉換過程中會側重提升平面和高程的精準度，所以會采用七參數(shù)模型進行轉換。

不論轉換的是那種模型，都會存在一定程度上的誤差，這些都是不可避免的發(fā)生。這些誤差發(fā)生的原因是因為在海洋測繪過程中數(shù)據(jù)收集完畢之后，會因為數(shù)據(jù)在平面轉換過程中和數(shù)學模型嚴密性等一些客觀存在的問題影響，從而導致數(shù)據(jù)的精確度存在著一些細微的誤差。所以，通過在現(xiàn)實測繪中所總結的經驗要加強對數(shù)據(jù)采集和數(shù)學模型的修正問題，是海洋測繪以及其它精密測量行業(yè)所急需完善的工作，精密的測量數(shù)據(jù)能夠減少誤差，提升海洋測繪工作的精確性。在工程運行中，加以計算機軟件的使用提升在坐標系轉換過程中的效率以及轉換結果的準確性。

結束語

綜上所述，GPS 技術具有極好的技術性能，在海洋測繪中發(fā)揮著重要的作用，通過對GPS 技術的使用，提升了海洋測繪的精確性。隨著科技的不斷發(fā)展，GPS 技術在不斷的更新，能夠更好地和其他技術配合使用，推廣范圍也更加廣泛。促使我國的海洋測繪事業(yè)向著快速、高效的方向發(fā)展，為我國海洋事業(yè)的發(fā)展提供全面、準確的海洋測繪信息，促進海洋事業(yè)的發(fā)展。