海洋测量中GPS技术的应用

海洋测量中GPS技术的应用

在海洋精密定位和水深测量工作中，利用GPS技术有着极大的优势，具有很高的应用价值，应该广泛的进行推广。特别在近海海洋和内陆水域测量中有着广阔的发展前景。本文主要对GPS技术在海洋测量中的应用进行了叙述，仅供参考。

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一、GPS技术的测量特点

1、定位的精确度高

一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1×10-6，而红外仪标精度为5mm+5×10-6；一般双拼GPS接收机的基线精度是5mm+1×10-6，而红外仪表的精度是5mm+5×10-6。GPS技术的测量精度和红外仪基本相当。但是随着距离的加长，GPS测量的优越性也凸显出来。经过长期实践证明，在小于50km的基线上，定位精度可以达到12×10-6，而100～500km的基线上，定位精度则为10-6～10-7。

2、测量时间短

在小于20km的短基线上，GPS快速定位一般只需要5min的观测时间即可。

3、操作简单

随着GPS自动化测量水平的不断升高，在观测中，工作人员的任务只需要安装并且开关仪器、监测仪器的工作状态。对于观测工作，如卫星的捕获、跟踪等都由仪器自动完成。

4、不易产生干扰

各测站之间不需要通视，只需要将测站建立在开阔的位置，在接收GPS信号时就不会受到干扰。

5、提供三维坐标

GPS技术在测定观测站的位置同时，也可測定观测站的大地高程。

二、GPS技术在海洋测量中的应用

1、海上定位

中国沿海无线电指向标差分GPS定位系统（RBNDGPS）由20个基准台站组成，交通部海事局建立，已经全面投入使用。系统有效作用距离300公里，基本覆盖了我国海道测量活动的区域；定位精度优于5米，可以较好满足大比例尺沿岸海道测量对导航、定位的精度要求。但其测高精度同样无法满足基于GPS技术的水位改正方法的需要。双频GPS动态测量数据的事后精密处理技术（GPS一PPK也称为或后处理RTK）已经日益成熟，其测量精度可与GPSRTK媲美，作用距离却远远超过RTK技术所能达到的水平，又不需要实时通讯的数据链。根据海洋测量规范要求，同时考虑实时导航的需要、大地高精度要求、设备运转成本等多种因素，精密海洋测量的定位系统应该采用无线电指向标差分GPS定位系统（RBNDGPS）实时导航定位与GPSPPK动态数据后处理相结合的技术方案。实时导航定位由RBNDGPS系统支持，可实时提供优于士3米的定位数据。双频载波相位测量部分观测并记录载波相位数据，在数据后处理时，可以计算米级精度水平的平面位置，同时计算出用于水位改正使用的GPS大地高。基准站的配置只需一台大地测量型双频GPS接收机，使用台式机或笔记本电脑直接采集测量数据。

为了获得较好的海上定位精度，采用GPS接收机与船上的导航设备组合起来进行定位。例如，在GPS伪距法定位的同时，用船上的计程仪（或多普勒声纳）、陀螺仪的观测值联合推求船位。对于近海海域，还可采用在岸上或岛屿上设立基准站，采用差分技术或动态相对定位技术进行高精度海上定位。如果一个基准站能覆盖巧OKM范围，那么在我国沿海只需设立三到四个基准站便可在近海海域进行高精度海上定位。

利用差分GPS技术，还能完成海洋石油钻井平台和海洋物探定位的工作。开展海洋物探定位工作时，一般都是先在附近海岸设置好一个固定的基准站，把差分GPS接收机安装到两艘不同的地震船上。有一艘地震船按照预定线路在前面行进，通过行差分GPS导航和定位系统.每隔一定的时间或者一段距离.向海底岩层发出人工控制的地震波，而另外的一艘地震船跟在后面接收地震反射波，把GPs定位的结果详细地记录下来。在地层内，地震波具有传播的特性，借助分析这一特性，可以对地层结构进行准确的研究，借以寻找到具有丰富石油储存的储油构造。接着分析地质构造的特点，寻找合适的钻孔位置。根据预先设计的孔位，借助差分GPS技术，能够准确快捷地建立安装钻井平台。操作中，在海岸基准站和钻井平台上设置GPS系统，把GPS夭线安装到钻井平台的四周，信息通过四个夭线的接收汇入到同一个接收机，基准站观测的数据，通过数据链电台也传送到钻井平台的接收机上。利用钻井平台上的计算机将五组数据进行同时处理，这样就能计算出平台的倾斜、旋转和平移，可以对平台的可靠性和安全性进行实时的检测。

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、沿海养殖业等具有重要意义。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。GPS具体实施的常用方法和步骤：基准站、流动站组合的动态实时定位（RTK）测量模式。此种模式下的测量精度最高，平面位置精度可达到分米至厘米级，基准站与流动站间的距离一般设置为5km左右，由于电台功率以及遮挡情况的存在，影响数据传输，使得一些测点还是会出现盲区，造成数据中断。（2）基准站、流动站组合的伪距差分实时定位测量模式。此种模式使用单频GPS接收机，平面位置精度一般为1m左右，可满足1：10000比例尺水下地形图的精度要求，基准站与流动站间的距离一般为10km左右，但同样由于电台功率以及周边遮挡的情况，在一些测点处一样会出现盲区，影响数据传输的连续性，造成数据采集的中断。（3）由流动站与永久性运行的跟踪站相连接的伪距差分后处理测量模式。此种模式下的测量精度与第二种方案精度相当，由于采用后处理方式，可得流动站在测量过程中每一观测历元的高精度坐标，不需要在流动站与基准站之间建立数据传输，流动站亦不受电台功率及周边遮挡的影响，不会出现盲区，保证了测量数据的完整性和精确性。

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于大气影响因素外，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。通过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、GPS技术应用于海洋测量的几点体会

GPS技术的精度较高，且作业不受距离的限制，适用于大规模水下地形监测等多种海洋测量應用中。

GPS技术极大提高了海洋测量的成果与质量，且不易受到人为因素的影响。整个操作过程全部采用电子技术和计算机技术，可实现自动记录、自动平差计算、自动数据预处理。

在海洋系统的建设测量中，也可直接应用GPS技术进行实地、实时放样，以及导线控制测量、点位测量等。

目前，GPS技术主要应用于定位与导航，但是GPS高程测量的精确度比较低，应用范围狭窄。因此，提高GPS高程测量的精确度，是未来发展的关键。

四、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是势在必行的，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。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、信息获取和表示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，尤其是对海洋现象的全面、透彻研讨。电子海图显现体系的开展，使得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，但可以意料，电子海图的功用将日趋完善。

五、结束语

综上所述，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。

参考文献：

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