信标差分RBN DGPS技术在海洋测绘中的应用

[摘要]随着GPS技术的不断成熟和发展，如何在海洋测绘中充分利用信标差分PBN DGPS技术，是目前国际、国内都在研究的问题。文章首先对国内外海洋测绘的发展状况、内容和信标差分PBN DGPS技术进行介绍，扼要地介绍信标差分RBNDGPS技术在海洋测绘中的误差来源，对如何提高测量精度提供一些很好的技术方法，使信标差分PBNDGPS技术在海洋测绘中应用更加可靠。

[关键词]信标差分RBNGPS；海洋测绘；定位；精度

[作者简介]韦友源，南宁市天测科技有限责任公司助理工程师，广西南宁，530028

[中图分类号]P229

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2009)09-0044-0003

一、绪论

21世纪是人类全面开发海洋的新时代，为了认识、开发利用海洋和保护海洋，许多国家积极推动海洋技术的发展，以期提高在海洋技术领域的国际竞争能力。北部湾作为中国西南出海大通道和中国—东盟自由贸易区的桥头堡，随着国务院2008年1月4日批准实施的《广西北部湾经济区发展规划(2006-2020)》，北部湾开始了热火朝天的开发场面，特别是广西北部湾国际港务集团所辖的北海、钦州、防城港3大港口，中国石油广西石化1000万吨，年炼油工程，防城港武钢千万吨钢铁项目等大型项目的开工建设，海洋测绘在这过程中扮演着重要的角色。

二、海洋测绘发展状况和内容

测绘是一切开发活动的基础，海洋开发同样离不开海洋测绘。海洋测绘经过不断的发展与提高，目前已发展成为涵盖海洋学、大地测量学、工程测量学、航海学、地理学、天文学、航空遥感测量学、制图学等，它们都是与数学、计算机等技术紧密相连的学科。

海洋测绘任务可划分为科学性任务和生产性任务。科学性任务主要是满足科研需求而进行的；生产性任务是为满足实际工程需要而进行的海洋测量工作，具有如下的内容：控制测量、水深测量、水文测量、扫海测量、海洋磁力测量、底质测量、浮泥测量、水下障碍物探测、浅地层剖面测量、水下管线测量、海岸滩涂地形测量、海域界线测量、海图(集、册)编制、港口与航道工程测量、海域使用面积测量。

三、信标差分DGPS技术在海洋测绘中的应用

(一)信标差分RBN DGPS定位原理及特点

信标差分RBN DGPS定位是利用信标台站和流动站两台GPS接收机同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号，用以联合确定用户的精确位置。其中位于已知点(基准点)上的GPS信号接收机简称信标台站接收机，安设在运动载体上的GPS信号接收机简称信标RBN+GPS接收机。信标台站接收机所测得的三维位置与该点已知值进行比较，便可获得GPS定位数据的改正值。如果及时将GPS改正信息发送给若干台观测共同卫星用户的动态接收机来改正后所测得的实时位置，便叫信标差分RBNDGPS定位。

信标台站发送的改正值信息为“伪距差分”方式，伪距差分是目前用途最广的一种技术，其差分定位的基本原理是信标台站上的接收机根据已知坐标和接收的星历，解算出站星间的距离，将此结果与含有误差的观测值进行比较。利用一个a—p滤波器将此差值滤波并求出偏差，然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用改正后的伪距求解出本身的位置，就可消除公共误差，达到提高定位精度的目的。

伪距差分的优点：一是伪距改正数是直接在WGS-84坐标系上进行，无须坐标转换，就能达到很高的精度。二是改正数能提供伪距改正值及伪距变率，使得在未得到改正数的空隙内，继续进行精度定位，达到了RTCM-0104所制定的标准。三是能提供所有卫星的改正数，用户可允许接收任意4颗卫星进行改正，不必担心所要求两者卫星完全相同(见图1)。

其缺点是随着用户到信标台站距离的增加而出现系统误差，即用户和信标台站的距离对精度具有决定性影响。

(二)信标差分RBN DGPS在中国沿海分布情况及技术参数

为了更好地利用资源、节约成本，中国交通部海事局在沿海地区从南至北建立了21个信标台站(也就是GPS基准站)，这些信标台站24h不间断免费发送RTCM-0104差分信号，具体台站分布及技术参数如表1。

(三)信标差分RBN DGPS技术在海洋测绘中的应用

1、水下地形测量

传统的水下地形测量是将标尺或棱镜立在船上，在岸上假设经纬仪或全站仪通过前方交会或极坐标法来测量坐标，然后再量取标尺或棱镜处水深值，这种方法受距离和水域情况限制，人工劳动强度大。信标差分RBN DGPS和测深仪组合成的水深测量系统，克服了传统水深测量效率低、精度低、劳动强度大等缺陷，相对于RTK GPS+测深仪测深系统，具有工作范围广、效率高等优势。将定位数据按设定好的椭球参数和坐标系统自动投影到当地坐标系，同时将定位数据和水深数据通过时间关联捆绑在一起，实现全自动化的数字水下地形测量，满足《水运工程测量规范》关于大比例尺水下地形测量的精度要求。

2、海上施工船定位

传统的海上施工船定位采用的多是交会定位法或极坐标定位法，精度比较低，实际操作难度比较大，给工程进度带来很大的负面影响。信标差分RBN DGPS技术面世后，只需把信标+GPS二合一天线架设在船上(或具体要定的点上)，通过相应的导航定位软件，输入相应的船体参数、椭球参数和坐标改正参数，就可精确地定位出船体所在的大地坐标和直角坐标。作业人员在信标差分RBNDGPS的实时引导下，在作业范围内按既定的方案准确地完成作业。

3、海域使用测量

随着人类开发海洋资源步伐的加快，对海洋管理部门的海域管理工作要求越来越高，办理各种海域使用证要求也越来越高，传统利用海图、求积仪和手持机来绘制海域使用图已经不能满足时代的要求。信标差分RBN DGPS技术刚好能解决以上问题，配套软件能实时提供海域使用界地点的经纬度(或坐标)，计算海域使用面积等功能，提供高精度的海域使用测量数据。

4、信标差分RBN DGPS技术在海洋测绘中的误差来源和纠正

影响信标差分RBN GPS实时定位精度的因素很多，其中主要有：(1)卫星星历误差；(2)电离层延迟；(3)对流层延迟；(4)多路径的传播；(5)接收机钟和卫星钟的误差。这些误差从总体上讲都具有较好的空间相关性，也就是说对于相距不太远的各个测站来讲，上述误差所产生的影响基本上是相同的，信标台站在一个位置已精确确定的已知点配备GPS接收机，求得各个观测瞬间由于上述因素所造成的影响，通过信标台将这些偏差播发给用户移动站，那么用户移动站的定位精度就能得到保障。由于信标差分RBN单一基站覆盖的范围比较广(陆上100kin，海上300kra)，这些误差的相关性是随着两站间距离的增加而减弱，定位精度随之下降。

从表2可以看出距离基站越远，定位精度也跟着下降，在实际使用过程中我们可以采用工作区域范围精确的已知坐标点对信标差分RBN GPS定位数据进行纠正，结果可以达到亚米级的精度，完全可以满足水下地形测量、海上施工船定位、海域使用测量等领域的使用要求。

四、结语

当然信标差分RBN GPS技术还受到许多限制，如卫星本身的分布、运行情况不良引起信号失锁，坐标系统(WGS84-地方直角坐标)换算误差，以及基站、用户接收机本身硬件的缺陷，这些都有待于完善和解决。但信标差分RBN GPS技术以其全天候性、可靠的工作性能、均匀的定位精度、简洁友好的界面，特别是我国沿海免费全天候发布信标差分改正信号，使得该技术在沿海一带得到广泛应用，在沿海建设大会战中扮演着重要角色。

[参考文献]

[1]徐绍锉，张海华，等，GPS测量原理及应用[M]，武汉：武汉测绘科技大学出版社，1998

[2]李毓辟，刘经南，刘晖，等，海上广城差分GPS定位试验与精度分析[J]_测绘动态分析，1999,(2)

[3]中国测绘学会海洋测绘专业委员会，海洋测绘发展现状[J]，测绘通报，1997，(6)

[4]广州市中海达公司海洋测量软件说明书[s]