GPS技术在海洋测绘中的应用探讨

牛耀山

摘要：GPS技术在海洋测绘中的应用作为科技发展趋势的一个重要分支，在国民经济建设中处于非常重要的位置，本文就主要介绍了GPS的测量原理，简要的分析了在海洋测绘中GPS应用的主要内容，另外还主要分析了GPS技术在海洋测绘中所出现的主要问题，并提出了解决问题的主要措施。

关键词：GPS技术;海洋测绘;问题与解决措施

引言

随着目前国内卫星通信技术的不断发展进步，海洋测绘面临着一次巨大的改变，首先利用GPS突破了海洋测绘的技术层面，使海洋测绘全面进入数字技术时代。以GPS技术为代表的现代海洋测量新技术，已成为精确测量海岸地形和精确进行海上定位不可或缺的技术手段。GPS技术通过计算机技术来进行辅助，从而在海洋测绘中为其提供了广阔的应用。本文就对GPS技术在海洋测绘中的应用现状提出了一系列的研究探讨，并提出一定的方法用来解决在实际应用中所出现的具体问题。

1 GPS的测量原理介绍

GPS技术是由美国国防部研发的一种全球性，全天候的高精确导航定位系统。该技术由24颗GPS卫星组成，分为军民两用系统，提供两个等级的服务。美国政府为了加强其技术在全球导航市场的竞争力与控制力，从而撤销了对GPS的干扰技术，大大提高了GPS的精准度。并试图提出以GPS技术和美国政府的增强系统作为国际市场使用的标准。

GPS的具体工作原理是由24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，按照一定的周期环绕地球转动。使得在任意时刻上的地球任意一个点，都可以同时观测到四个不同的GPS卫星。由于卫星的精确度比较高，所以可以计算出卫星到接收机之间的距离，通过利用三维坐标中的距离公式。仅仅利用三颗卫星就可以组成三个方式来计算出观测点的具体位置。在实际的计算过程中，还需要排除一些比较小的误差，从而提高计算的精准度。最后在许多的计算结果中，挑选出误差最小的一组用于定位导航。

2 GPS在海洋测绘领域的具体应用

2.1 GPS高精度定位技术在海上定位的具体应用

海洋测绘工作主要包括海上定位以及水下测量等具体工作。海上定位通常是指在海上确定船舶的具体方位，辅助船舶进行导航。由于海域普遍比较辽阔，所以可以根据具体的船舶离岸距离的远近，从而采取不同的定位方法。离岸较近的船舶，可以利用电磁波测距等方法。较远的海域可以利用无线电定位的方法。另外为了获得更加精确的定位精度，通常会采用GPS接收机与船上的导航设备相互组合的方法来提高精确度。GPS定位技术为海洋测量，航海，海洋划界，海洋军事活动等提供了高精度的定位技术。GPS高精度定位技术应用在海上定位时主要利用的是差分技术。对于近海海域，可以采用岸上或者离岸较近的岛屿上设立基准站，利用差分技术来进行定位。对于较远的海域测绘工作，不可以在海上建立固定的测量控制点。因为海上的流动性比较大，从而会降低定位的精度。使其在测量工作上受到限制。随着科技的不断发展进步，人们对于较远海域的测绘工作，研发出了专门针对于此的广域差分技术。广域差分技术是建立海洋动态测量定位基准的关键技术，能够有效的提高GPS定位的精度，并使其定位的服务范围扩大到整个海域。

2.2 GPS在水下地形测量中的应用

水下地形测量的基础主要为水下海底控制测量。水下海底控制测量主要利用水声仪器来测量水的深度。海上航运，海上石油工业，海底电缆工程等等开发活动都离不开水下海底控制测量。所以GPS技术在水下地形测量中的具体应用，就是可以快速高精度的测定水声仪器的具体位置。对于较大比例的水声仪器可以利用GPS差分技术来进行精确定位。在实际的运用过程中，可以将GPS接收机与水声仪器进行相互组合。从而可以进行精确的定位测量，通过测量得到的数据可以测绘水深图以及水下地形模型图。

3 GPS在海域使用测量中所存在的问题及其解决方案

3.1 GPS技术在海域使用测量中所存在的问题

近几年来随着科技的不断进步发展，GPS技术已经成为海域测量中不可或缺的工具之一。GPS技术在许多海上以及海底测量活动中进行了非常广泛的使用，从而节省了大量的人力物力，但是由于多数测量单位所使用的接收机精度不高，所以导致其测量前后的数据不一致。另外处理测量数据的工作人员专业度不够高，在处理数据过程中对其数据的重视度不够，而其理论基础又比较欠缺，所以导致最后采用的参数都较为不合理，使得其最终测量结果误差很大。最终导致其用海海域实际位置偏移，严重的甚至会引起权属的纠纷问题。比如，新建码头设计为从岸线起向海一侧进行填海造地，填海的区域可能会与原岸线重叠。所以填海工程必定会使原来的岸线消失一部分，从而形成新的人工岸线。但是由于测量误差，可能会在实际标图过程中，没有表现为与原自然岸线相互紧邻而成为孤岛。有的养殖用海海域的标图出现在岸上，但是有的是出现在海洋部门所规定的工程用海范围上。这一切问题的根源都是由于其测量误差较大的原因。

3.2 GPS在海域测量中存在问题的实际解决方法

GPS测量误差按其根源可以分为三个大类。其一是GPS信号自身的误差，包括轨道的误差。其二是GPS信号传输的误差，包括对流层延迟等影响。第三是GPS接收机的误差，其中包括无线相位中心偏差等。如果想很好地解决这三类误差，相关测量部门必须要制定海洋作业计划的依据。为其定位测量顺利的完成提供有力的保障。另外对其测量的仪器也必须要进行检验。没有通过检验的仪器是不可以直接用于海洋测量作业的。測量型GPS接收机的具体检验方法为无线相位中心稳定性测试，野外作业性能测试以及不同距离测程精度测试。经过相关的应用现状专项调查的情况来看。有相关鉴定资质的单位对其GPS接收机进行一定程序的鉴定后，其测量质量可以达到相关部门的要求。检验没有通过的GPS接收机可以通过国家的一致要求来进行纠正，消除该系统已知的测量误差。另外也可以使用专业的坐标参数来进行相应的规格转换。在实际的海域测量工作中。如果工程项目属于离岸较远的海面上，那么对其测量的精度要求就会比较低。多数的测量单位。会使用零参数转化为平面直角坐标，从而可以基本满足海域测量要求。但是如果该海域项目处于近岸项目。那么为了保证项目与周边的权属单位不发生纠纷，那么就要进行严格的参数转换，保证岸边坐标点的准确性。

4 结论

目前来看，随着我国经济的不断发展，科技创新也得到了进步，从而GPS技术在各领域也得到了充分的应用，尤其是在海洋测量空间等方面。截止到目前为止，我国已经发射了四颗气象卫星以及两颗地球同步卫星，从而建立了北斗卫星导航系统，大大提高了定位导航的精确度。目前我国正在研制雷达卫星，相信在不久的将来将会发射雷达卫星，最终建立国家级的遥感卫星数据接收服务系统。所以在21世纪我国的GPS技术在海洋测绘领域中的应用，必定也会朝着自主高效，高精度的方向大步迈进，从而全方位的为建设海洋强国提供必要的海洋技术信息。

参考文献：

[1] 宋旻昊.水上GPS水位测量方法研究.[J].东北大学，2015

[2] 任亚军，曹勇，张京帅.水下地形测量研究探讨.[J].黑龙江科技信息，2016，（2）：87.

[3] 韩守国.全球定位系统原理与应用探讨.[J].科技测试，2017.06

[4] 吴明光.海洋测绘的现状与发展.[J].测绘通报，2016.08

（作者单位：上海海事测绘中心）