GPS技术在海洋测量中的应用及实践

吕猛

摘要：随着经济的繁荣以及社会的巨大发展，在利用GPS技术的过程中，还需要对船只在水深测量的吃水改正、浪涌改正、姿态改正，以及测深仪测深时与导航定位软件记录数据的同步性等方面进行深入的研究，更好地为我国的海洋资源的开发工作服务。本文对GPS技术在海洋测量中的应用进行了分析探讨。

关键词：GPS技术；海洋测量；应用

中图分类号： C39 文献标识码： A

一、GPS技术应用原理及现状

GPS是由美国国防部主持研制的以空中卫星为基础的无线导航系统。该系统能为全球提供全天候持续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息，运动速度等信息，目前，GPS技术已经广泛应用于车辆导航，土地测绘等领域。GPS对于传统的测量技术是一次重大的技术改进，它使经典的测量方法产生了空前的变革，加强了测绘科学和其他科学之间的交流，从而促进了测绘技术的发展。GPS定位测绘技术有以下特点：①测量点之间无需通视；②定位精度高；③操作方便；④不受天气等环境的干扰。

GPS在地籍测量中的应用GPS快速静态定位能够满足地籍控制测量的精度要求，应用GPS进行地籍控制测量，点与点之间不要求相互通视，因为其布点灵活，不受天气因素的影响，测绘精度高，速度快，所以使GPS技术在全国各省市的城镇地籍建设中应用极其广泛。

在以往的测绘中，我们利用电子经纬仪，数字水化仪，激光扫描仪等测绘地籍，这些工具曾非常先进，支持了我国的测绘工程，自1994年美国建成GPS后，这项技术给测绘带来了本质的改变，其定位速度快，准确，节约人力成本，减少开支等优点，使GPS定位设备被广泛应用，在城市里有车载GPS导航仪，现在智能手机上基本上都有GPS功能，方便了人们出行。在最新型车辆上，GPS导航系统成为最新的标准配置，随着通信技术的发展，许多新技术涌现，例如，3G无线通讯技术，可以把现场测绘的实地数据迅速的传输到上位站点，在地籍测绘领域，随着GPS差分定位和RTK实时差分定位系统的发展，定位精度越来高，GPS技术在地籍绘制，地质勘探测量，石油矿藏探测定位等领域有非常广阔的应用前景。

二、GPS技术在海洋测量中的应用

1.海上定位

海上定位是海洋测量中的基本工作。由于我国海域辽阔,海上定位可以依据离岸距离的远近不同采取适当方法,如无线电测距定位、光学交会定位、GPS卫星定位、水声定位以及各种组合定位等。为了更好获得海上定位的精度,一般应用GPS接收机和船舶导航设备组合实现定位。例如,通过GPS伪距法进行定位时,利用船上的多普勒声纳或者计程仪、陀螺仪等测量的观测值联合起来计算船位。如果处于近海位置,还可在岛屿或者岸边建立基准站,采取动态相对定位技术或者差分技术实现高精度的海上定位。如果一个基准站可以覆盖150km的范围,那么我国沿海只需建立3-4个基准站,就可以保证近海海域的高精度定位。经过多年的研究,广域差分技术也日益成熟,并可实现一个国家或者多个国家的广大区域定位差分定位。

2.建立海洋大地控制网

建立海洋大地控制网,及时观测海面变化及水下的地形测绘工作,应用于海洋工程建设、海洋资源开发、海底地壳运动监测及船舶导航等服务中,是海洋测量中的基本任务。海洋大地控制网由分布在暗礁、岛屿等控制点以及海底控制点组成,海底控制点由水声应答器和固定标志构成,对于暗礁、岛屿的控制点点位,可采取GPS相对定位技术测定其统一参考系中的坐标。我国已在1990年和1994年,在西沙群岛和南沙群岛的暗礁、岛屿等,分别布置了GPS网,其平均变长的相对中误差是1/387万、方位中误差是±0.06″、点位中误差是±13cm,同时完成了对东莞、湛江、海口等国家大地点的联合测量。对于海底控制点的测定,则需要借助固定浮标或船台上的GPS接收机与水声定位装置,实现对卫星及海底控制点的同步观测。船舶GPS接收机的瞬间位置,可通过GPS技术的相对动态定位实现精密确定,利用GPS同步接收机观察GPS卫星实现定位的同时,还可利用海底水声应答器测量船上GPS接收机和海底控制点之间的距离,以获得海底控制点的具体位置。

3.水下地形测量

水下地形图的绘制对勘探海底资源、铺设海底电缆、航运、海上钻井、沿海养殖业等有重要意义。海道测量在水下地形图测绘中十分重要,可以通过海底控制测量获得海底控制点的平面坐标或者空间坐标,并利用水深仪对水深情况进行测量。水深测线的间距根据比例尺的不同而变化,水声仪器定位除了近海岸使用光学仪器之外,在较远区域还可采用无线电定位。由于GPS技术可以高精度、快速地定位目标物,并对水深仪器实现单点定位,但是其精度仅有几十米,因此只适用于远海小比例尺的海底地形测量控制。对于比例尺较大的测图,也可利用差分GPS技术进行定位。在实际测量中,多将GPS技术与水声仪器联合使用,前者用于定位测量,后者则用于水深测量,通过电子记录手薄的形式,利用绘图仪和计算机组成水下地形自动化测量系统。

4.海洋灾害监测

海洋灾害监测主要目的是研究灾害性海难的成因与发展,“灾害性海难”是对造成海洋灾害的巨浪、风暴、海啸、地震、海上强风、严重海水等海况的总称。这些灾害性海难除了来自大气影响外,有些还源于海底下陷或者海底隆起等动态反应。通过对灾害性海难的监测与预报,可有效减少其带来的生命财产损失。海洋灾害监测的主要途径有：在海底地层布测高精度、稳定可靠的大地测量控制网。通过长时间(一般2-3年)的重复性成果观测,研究海底地壳形变与海底模块运动情况,可以探测到更多的海况。GPS技术的全面应用,给海底大地测量控制网的建立提供了技术支持。现有的GPS技术海底大地测量控制网的主要方法是:利用GPS信号测量船载GPS信号接收天线的位置,通过同步测量海底声标及测量船之间的水下生距,计算出海底声标的精确位置。

三、对海洋测量的展望

1.服务对象将向全方位、多层次服务转化

21世纪海洋测量的服务目标主要是保障海面飞行船舶的安全，今后海洋测量的服务目标将不断扩大。海洋测量的基准面也将逐渐与陆地地势测量基准面一致，建立以海洋大地水准面为基准面势在必行。因而，未来海洋测量技能的主攻方向是：持续研发新式精细的测量仪器设备；一致陆地和海洋地势基准面；精化海洋大地水准面。随着信息化技能的高速开展，多种海洋测量数字商品、数据库和地理信息系统将集成一体，为多学科的多种运用意图供给全方位服务。

2.信息获取和信息表现将向集成综合式转化

未来无论是信息获取还是信息表现都会以多体系集成为主体。在信息获取范畴，一个体系多种功用的集成和多个体系的有机集成是未来海洋丈量开展的必然趋势，将各种丈量体系的长处集成在一起，会使海洋丈量技能发作日新月异的开展。在信息表明范畴，多源、多分辨率信息的有机集成也是开展的必然趋势，将经过各种路径获取的信息有机结合起来，从多角度、多层次、全方位地展示海洋的全貌。

3.信息服务形式将由三维静态向四维动态转化

随着科学技术的开展，将来社会对海洋测量效果的需要将趋向动态改变和实时性。因而，研讨海洋几何要素和物理要素的时变规则十分重要，尤其是对海洋现象全面、透彻的研讨。电子海图显现体系的开展，使电子海图的显现由开始的二维显现到三维显现，继而开展到迭加潮汐预报的实时四维动态显现。目前我国的电子海图还不具有迭加水文气象要素的功用，但可以预料，电子海图的功用将日趋完善。

结束语

GPS对推动测量领域的发展有着重要的作用，它使测量的方法更加简便和多样化，相信在未来的发展中，它将会更好地服务于社会的建设。

参考文献

[1]何明均,刘成,黄上.GPS技术在地质测量中的应用与分析[J].科技信息,2014.

[2]武化男,牛宝,李晓光.GPS在海洋测量精密定位中的运用[J].科技致富向导,2014.

[4]马坫辉.GPS技术在公路测量中的综合应用[J].科技资讯,2014.