OBS布設(shè)導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)在進(jìn)行水下定位時消耗的成本較大，而且工作耗時長，OBS布設(shè)導(dǎo)航定位系統(tǒng)是一種用于海洋勘探的新型技術(shù)，能夠有效幫助，提高勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性。對OBS布設(shè)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從電子海圖、數(shù)據(jù)采集與通信、測線導(dǎo)航以及水下定位四個角度介紹了OBS的應(yīng)用。研究證明OBS布設(shè)導(dǎo)航定位系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)采集的效率，增強(qiáng)了水下定位的準(zhǔn)確性，幫助導(dǎo)航員做出更準(zhǔn)確的決策，具有極高的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

【關(guān)鍵詞】OBS布設(shè) 導(dǎo)航定位系統(tǒng) 應(yīng)用現(xiàn)狀

OBS英文全稱為ocean bottom seismometer，中文翻譯為海底地震儀，這是一種被放置于海底的地震測量系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確地接收到天然地震和人工地震所產(chǎn)生的地震波，通過層析成像分析出海洋人工地震和天然地震。OBS作為一種新型海洋勘探技術(shù)，近年來已被廣泛應(yīng)用在天然地震、海底深部構(gòu)造研究和海洋油氣、海底天然氣水合物調(diào)查中。綜上所述，本文在分析OBS投放和導(dǎo)航過程的基礎(chǔ)上，對OBS布設(shè)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，分別介紹了其在電子海圖、數(shù)據(jù)采集與通信、測線導(dǎo)航以及水下定位中的應(yīng)用。通過分析證明OBS布設(shè)導(dǎo)航定位系統(tǒng)能夠有效地顯示電子圖像，得到海底數(shù)據(jù)，實現(xiàn)導(dǎo)航測線，幫助水下定位，在海洋勘探中發(fā)揮重要的作用。

1 在電子海圖顯示中的應(yīng)用

在進(jìn)行海上工作時，OBS系統(tǒng)能夠幫助工作人員充分了解海底內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括海上岸形，海面上的島嶼，海洋深度和航變等關(guān)鍵性因素，防止險情的發(fā)生，確保航向的安全。OBS系統(tǒng)在構(gòu)建電子海圖顯示信息系統(tǒng)（electronic chart display information system）中起到重要作用，因為電子海圖是一種可視化圖像，能夠展現(xiàn)出船體的航行狀態(tài)以及所處環(huán)境，表達(dá)船位于站位之間的關(guān)系。ECDIS（電子導(dǎo)航系統(tǒng)）能夠自動或者手動對軟件進(jìn)行改正，管理圖像中的符號，根據(jù)圖形符號生成圖像文件，顯示航海資訊信息，借助OBS生成的電子圖像能夠幫助導(dǎo)航員對整個航行環(huán)境有具體的了解。

2 在數(shù)據(jù)采集與通信中的應(yīng)用

OBS除了能夠構(gòu)建構(gòu)建電子海圖顯示信息系統(tǒng)，還能夠幫助海洋勘察對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和通信。在海洋勘探過程中，需要對GPS接收機(jī)、電羅經(jīng)、測深儀等多種設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時接收和采集，這就需要利用OBS實施投放作業(yè)從而掌握數(shù)據(jù)信息。GPS接收機(jī)、電羅經(jīng)、測深儀等設(shè)備的通信接口都為串口連接，只能使用多串口卡將所有通信設(shè)備連接到一起。由于OBS串口通信協(xié)議簡單，傳遞距離長，不容易受到外界電磁波的干擾，所以非常適用于采集信息。除此之外，OBS所用的成本較低，而且工作性能很好，很少出現(xiàn)故障，能夠大大提高工作效率。

3 在測線導(dǎo)航中的應(yīng)用

利用OBS能夠提高導(dǎo)航定位的準(zhǔn)確性。OBS能夠通過船只航行軌道建立數(shù)學(xué)模型，判斷航線以及航線偏移距離。當(dāng)航線出現(xiàn)偏離時，要及時提醒導(dǎo)航員進(jìn)行軌道調(diào)整，并根據(jù)原有的軌道繼續(xù)航行。同時，通過OBS構(gòu)建的數(shù)據(jù)模型能夠?qū)崟r了解船只相對于目標(biāo)測線起點、終點的水平距離，幫助導(dǎo)航員判斷自己是否進(jìn)入作業(yè)區(qū)域。在明確船只的航行范圍后，可以利用OBS研發(fā)測線導(dǎo)航偏移指示功能，通過動態(tài)圖像展示作業(yè)船與航線之間的關(guān)系，為導(dǎo)航員的判斷提供真實可靠的理論基礎(chǔ)。

4 在水下定位中的應(yīng)用

水下定位在整個海洋勘察中都發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，OBS在通過投放完成動態(tài)監(jiān)測和航線判斷后，必須要進(jìn)行水下定位。利用OBS進(jìn)行水下定位的過程如下：首先利用超短基線將漂流過程的母船和鋼纜連接到一起，然后通過分析水聲和地震波定位出被測定對象，最后借助牛頓迭代法、卡爾曼濾波等計算方法修正定位結(jié)果，減少誤差。OBS在投入后，會受到復(fù)雜的海水運(yùn)動影響，所以達(dá)到海底的位置會和預(yù)測位置有一定的偏差，但是偏差范圍要確保在150m～300m之間，只有這樣才能精準(zhǔn)地得到被測物體在海底的靜態(tài)位置。水下定位系統(tǒng)能夠利用多個不同的點確定數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而得到OBS近似坐標(biāo)，估算出OBS的大致位置，然后再根據(jù)最小二乘算法準(zhǔn)則，精確所得的數(shù)據(jù)，得到一個精準(zhǔn)度較高的OBS觸底地理位置坐標(biāo)，完成整個水下定位過程。

船體位置、OBS位置和終點站三者之間有一定的方位聯(lián)系和規(guī)律，通過兩點間的距離和方位解算模型分析出第三方位置。目前所用的方位解算模型主要有兩種，分別為在投影坐標(biāo)系上的幾何解算模型和在大地坐標(biāo)系的大地解算模型。幾何解算模型較為典型的有：墨卡托投影、高斯投影，通過等角原理分析明確位置，但是這種模型在面臨復(fù)雜的航向變化時，往往應(yīng)變能力較差，不能滿足高精度要求。大地解算模型雖然使用成本較高，但是不存在距離、角度變形的問題，所以得出來的計算結(jié)果精度也較高，這也是目前科學(xué)家熱衷的定位模型之一。

5 結(jié)束語

OBS布設(shè)導(dǎo)航定位系統(tǒng)是近年研發(fā)的一種新興技術(shù)，能夠有效幫助海洋勘探，提高勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文通過對OBS投放和導(dǎo)航過程的分析，明確了其在電子海圖、數(shù)據(jù)采集與通信、測線導(dǎo)航以及水下定位中的應(yīng)用。根據(jù)本文的分析能夠了解到OBS投放與定位技術(shù)作為一項復(fù)雜性技術(shù)，綜合了測繪學(xué)、地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等多門學(xué)科，大大提高了數(shù)據(jù)采集的效率，是未來海洋勘測的必然發(fā)展趨勢。

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作者簡介

張曉輝（1976-），男，大學(xué)本科學(xué)歷。工程師。

作者單位

南京六九零二科技有限公司 江蘇省南京市 210009endprint