GPS技術在海洋測繪中的應用探討

牛耀山

摘要：GPS技術在海洋測繪中的應用作為科技發展趨勢的一個重要分支，在國民經濟建設中處于非常重要的位置，本文就主要介紹了GPS的測量原理，簡要的分析了在海洋測繪中GPS應用的主要內容，另外還主要分析了GPS技術在海洋測繪中所出現的主要問題，并提出了解決問題的主要措施。

關鍵詞：GPS技術;海洋測繪;問題與解決措施

引言

隨著目前國內衛星通信技術的不斷發展進步，海洋測繪面臨著一次巨大的改變，首先利用GPS突破了海洋測繪的技術層面，使海洋測繪全面進入數字技術時代。以GPS技術為代表的現代海洋測量新技術，已成為精確測量海岸地形和精確進行海上定位不可或缺的技術手段。GPS技術通過計算機技術來進行輔助，從而在海洋測繪中為其提供了廣闊的應用。本文就對GPS技術在海洋測繪中的應用現狀提出了一系列的研究探討，并提出一定的方法用來解決在實際應用中所出現的具體問題。

1 GPS的測量原理介紹

GPS技術是由美國國防部研發的一種全球性，全天候的高精確導航定位系統。該技術由24顆GPS衛星組成，分為軍民兩用系統，提供兩個等級的服務。美國政府為了加強其技術在全球導航市場的競爭力與控制力，從而撤銷了對GPS的干擾技術，大大提高了GPS的精準度。并試圖提出以GPS技術和美國政府的增強系統作為國際市場使用的標準。

GPS的具體工作原理是由24顆GPS衛星在離地面1萬2千公里的高空上，以12小時的周期環繞地球運行，按照一定的周期環繞地球轉動。使得在任意時刻上的地球任意一個點，都可以同時觀測到四個不同的GPS衛星。由于衛星的精確度比較高，所以可以計算出衛星到接收機之間的距離，通過利用三維坐標中的距離公式。僅僅利用三顆衛星就可以組成三個方式來計算出觀測點的具體位置。在實際的計算過程中，還需要排除一些比較小的誤差，從而提高計算的精準度。最后在許多的計算結果中，挑選出誤差最小的一組用于定位導航。

2 GPS在海洋測繪領域的具體應用

2.1 GPS高精度定位技術在海上定位的具體應用

海洋測繪工作主要包括海上定位以及水下測量等具體工作。海上定位通常是指在海上確定船舶的具體方位，輔助船舶進行導航。由于海域普遍比較遼闊，所以可以根據具體的船舶離岸距離的遠近，從而采取不同的定位方法。離岸較近的船舶，可以利用電磁波測距等方法。較遠的海域可以利用無線電定位的方法。另外為了獲得更加精確的定位精度，通常會采用GPS接收機與船上的導航設備相互組合的方法來提高精確度。GPS定位技術為海洋測量，航海，海洋劃界，海洋軍事活動等提供了高精度的定位技術。GPS高精度定位技術應用在海上定位時主要利用的是差分技術。對于近海海域，可以采用岸上或者離岸較近的島嶼上設立基準站，利用差分技術來進行定位。對于較遠的海域測繪工作，不可以在海上建立固定的測量控制點。因為海上的流動性比較大，從而會降低定位的精度。使其在測量工作上受到限制。隨著科技的不斷發展進步，人們對于較遠海域的測繪工作，研發出了專門針對于此的廣域差分技術。廣域差分技術是建立海洋動態測量定位基準的關鍵技術，能夠有效的提高GPS定位的精度，并使其定位的服務范圍擴大到整個海域。

2.2 GPS在水下地形測量中的應用

水下地形測量的基礎主要為水下海底控制測量。水下海底控制測量主要利用水聲儀器來測量水的深度。海上航運，海上石油工業，海底電纜工程等等開發活動都離不開水下海底控制測量。所以GPS技術在水下地形測量中的具體應用，就是可以快速高精度的測定水聲儀器的具體位置。對于較大比例的水聲儀器可以利用GPS差分技術來進行精確定位。在實際的運用過程中，可以將GPS接收機與水聲儀器進行相互組合。從而可以進行精確的定位測量，通過測量得到的數據可以測繪水深圖以及水下地形模型圖。

3 GPS在海域使用測量中所存在的問題及其解決方案

3.1 GPS技術在海域使用測量中所存在的問題

近幾年來隨著科技的不斷進步發展，GPS技術已經成為海域測量中不可或缺的工具之一。GPS技術在許多海上以及海底測量活動中進行了非常廣泛的使用，從而節省了大量的人力物力，但是由于多數測量單位所使用的接收機精度不高，所以導致其測量前后的數據不一致。另外處理測量數據的工作人員專業度不夠高，在處理數據過程中對其數據的重視度不夠，而其理論基礎又比較欠缺，所以導致最后采用的參數都較為不合理，使得其最終測量結果誤差很大。最終導致其用海海域實際位置偏移，嚴重的甚至會引起權屬的糾紛問題。比如，新建碼頭設計為從岸線起向海一側進行填海造地，填海的區域可能會與原岸線重疊。所以填海工程必定會使原來的岸線消失一部分，從而形成新的人工岸線。但是由于測量誤差，可能會在實際標圖過程中，沒有表現為與原自然岸線相互緊鄰而成為孤島。有的養殖用海海域的標圖出現在岸上，但是有的是出現在海洋部門所規定的工程用海范圍上。這一切問題的根源都是由于其測量誤差較大的原因。

3.2 GPS在海域測量中存在問題的實際解決方法

GPS測量誤差按其根源可以分為三個大類。其一是GPS信號自身的誤差，包括軌道的誤差。其二是GPS信號傳輸的誤差，包括對流層延遲等影響。第三是GPS接收機的誤差，其中包括無線相位中心偏差等。如果想很好地解決這三類誤差，相關測量部門必須要制定海洋作業計劃的依據。為其定位測量順利的完成提供有力的保障。另外對其測量的儀器也必須要進行檢驗。沒有通過檢驗的儀器是不可以直接用于海洋測量作業的。測量型GPS接收機的具體檢驗方法為無線相位中心穩定性測試，野外作業性能測試以及不同距離測程精度測試。經過相關的應用現狀專項調查的情況來看。有相關鑒定資質的單位對其GPS接收機進行一定程序的鑒定后，其測量質量可以達到相關部門的要求。檢驗沒有通過的GPS接收機可以通過國家的一致要求來進行糾正，消除該系統已知的測量誤差。另外也可以使用專業的坐標參數來進行相應的規格轉換。在實際的海域測量工作中。如果工程項目屬于離岸較遠的海面上，那么對其測量的精度要求就會比較低。多數的測量單位。會使用零參數轉化為平面直角坐標，從而可以基本滿足海域測量要求。但是如果該海域項目處于近岸項目。那么為了保證項目與周邊的權屬單位不發生糾紛，那么就要進行嚴格的參數轉換，保證岸邊坐標點的準確性。

4 結論

目前來看，隨著我國經濟的不斷發展，科技創新也得到了進步，從而GPS技術在各領域也得到了充分的應用，尤其是在海洋測量空間等方面。截止到目前為止，我國已經發射了四顆氣象衛星以及兩顆地球同步衛星，從而建立了北斗衛星導航系統，大大提高了定位導航的精確度。目前我國正在研制雷達衛星，相信在不久的將來將會發射雷達衛星，最終建立國家級的遙感衛星數據接收服務系統。所以在21世紀我國的GPS技術在海洋測繪領域中的應用，必定也會朝著自主高效，高精度的方向大步邁進，從而全方位的為建設海洋強國提供必要的海洋技術信息。

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（作者單位：上海海事測繪中心）