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        現(xiàn)代海洋測繪中GPS的應(yīng)用

        2014-12-09 06:28:11于大鵬徐成業(yè)
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年34期
        關(guān)鍵詞:GPS技術(shù)

        于大鵬 徐成業(yè)

        摘 要:海洋是一個國家的重要組成部分,自新世紀(jì)以來,我國在海洋資源勘探、開采以及測繪方面都投入了大量的人力物力,其中海洋測繪在我國的民用和軍用方面都極為重要的作用,隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,大量先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于海洋測繪方面,其中GPS技術(shù)在海洋水深測量與精密定位方面發(fā)揮了重要的作用。文章將就GPS技術(shù)在海洋測繪中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

        關(guān)鍵詞:GPS技術(shù);海洋測繪;精密定位;水深測量

        前言

        我國海洋面積廣闊,做好海洋的測繪工作有著深遠(yuǎn)的意義。在以往的海洋測繪中,通常使用羅盤定位與六分儀、測深桿、測深繩、測深鉛魚等方法進(jìn)行測量,這些方法耗時耗力不說且測量精度并不高,測量出來的數(shù)據(jù)只能用作粗略的了解,無法得出高精度的數(shù)據(jù)。隨著科技的發(fā)展,大量新技術(shù)應(yīng)用于海洋測繪工作中,在測深方面,側(cè)掃聲吶和多波束測深系統(tǒng),海洋遙感測深等技術(shù)可以得出精確的數(shù)據(jù),應(yīng)用衛(wèi)星測高技術(shù)對海洋大地水準(zhǔn)面、重力異常、海洋環(huán)流、海洋潮汐等問題進(jìn)行了比較詳細(xì)的探測?,F(xiàn)今,GPS技術(shù)在海洋精密定位和水深測量中得到了廣泛的使用,使海洋測繪從測量航海要素為主,發(fā)展到測量各種專題要素的信息和建立海底地形模型的全部信息,使海洋測繪向著更高效、高精度的方向發(fā)展。

        1 海洋測繪簡介

        海洋測繪是指測量海洋底部的地球物理場的性質(zhì)及其變化特征,繪制成不同比例尺的海圖和專題海圖,是對海洋水體和海底為對象所進(jìn)行的測量和海圖編制工作。主要包括海道測量、海洋大地測量、海底地形測量、海洋專題測量,以及航海圖、海底地形圖、各種海洋專題圖和海洋圖集等的編制。

        海洋測繪的方法主要包括海洋地震測量、海洋重力測量、海洋磁力測量、海底熱流測量、海洋電法測量和海洋放射性測量。因海洋水體存在,須用海洋調(diào)查船和專門的測量儀器進(jìn)行快速的連續(xù)觀測,一船多用,綜合考察。基本測量方式包括:(1)路線測量。即剖面測量。了解海區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和地球物理場基本特征。(2)面積測量。按任務(wù)定的成圖比例尺,布置一定距離的測線網(wǎng)。比例尺越大,測網(wǎng)密度愈密。在海洋調(diào)查中,廣泛采用無線電定位系統(tǒng)和GPS技術(shù)。

        2 GPS技術(shù)在海洋測繪中的應(yīng)用

        GPS又稱為全球定位系統(tǒng),是美國研制的具有海、陸、空全方位實(shí)時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS是由空間星座、地面控制和用戶設(shè)備等三部分構(gòu)成的。GPS測量技術(shù)能夠快速、高效、準(zhǔn)確地提供點(diǎn)、線、面要素的精確三維坐標(biāo)以及其他相關(guān)信息,具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點(diǎn)。

        2.1 GPS技術(shù)在海洋測繪中精確定位中的應(yīng)用

        現(xiàn)今,在我國沿海范圍已經(jīng)開始使用無線電指向標(biāo)-差分全球定位系統(tǒng)(RBN/DGPS),這一系統(tǒng)能夠在300公里范圍內(nèi)進(jìn)行偏差不超過5米的精確定位,能夠滿足現(xiàn)今條件下的沿岸海道的測量大比例尺繪圖過程中導(dǎo)航與定位的要求,就其定位性而言,一般情況下的海洋測繪是足夠的,但是仍然無法滿足高精度測量的需求。但是使用GPS-PPK技術(shù)則不會存在這些問題,GPS-PPK技術(shù)能夠保證高精度的測量,同時在使用的過程中,不必使數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行實(shí)時通訊。在對海洋進(jìn)行精密測繪時需要從經(jīng)費(fèi)預(yù)算、海洋測量精度、導(dǎo)航實(shí)時性的需求等多方面進(jìn)行綜合考慮的情況下,將RBN/DGPS和GPS-PPK技術(shù)兩者的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合而得出的技術(shù)方案能夠良好的實(shí)現(xiàn)以上考慮。當(dāng)使用RBN/DGPS和GPS-PPK技術(shù)相結(jié)合的方案時,其主要工作方式如下:首先使用RBN/DGPS系統(tǒng)進(jìn)行先期的定位精度的檢測,使之能夠收到定位誤差在3米之內(nèi)的先期數(shù)據(jù),而后通過使用雙頻載波對其載波的相位數(shù)據(jù)進(jìn)行相互比對,從而可以得出更為精確的定位數(shù)據(jù)。

        2.2 GPS技術(shù)在海洋測繪的水深測量中的相關(guān)應(yīng)用

        現(xiàn)今,我國在海洋測繪中的水深測量中多使用多波束的水深測量系統(tǒng)。相較于我國原先使用的單波束系統(tǒng)的測量系統(tǒng),多波束水深測量系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的水源深度直接測得相應(yīng)的深度數(shù)據(jù),同時還能夠在垂直方向直接進(jìn)行測量從而得到數(shù)據(jù),這些都是單波束水深測量系統(tǒng)所無法達(dá)到的,所以,在使用多波束水深測量系統(tǒng)時能夠很方便且準(zhǔn)確的對相對寬度范圍中的兩側(cè)多點(diǎn)的水源深度進(jìn)行測量,從而得出清晰的海底地形地貌圖。在海洋測繪過程中,多波束水深測量系統(tǒng)結(jié)合GPS技術(shù)就能夠精確、高效的完成對于海底地形地貌的測量和繪制。

        2.3 GPS與數(shù)字測深儀在海洋測繪中的實(shí)際使用

        2.3.1 GPS在水深測量中的應(yīng)用

        海洋測繪中的水深測量是指使用搭載在測量船上的測量系統(tǒng)對海洋進(jìn)行水深測量從而得出的數(shù)據(jù),測量系統(tǒng)主要是由專門的測量軟件和電腦、GPS接收裝置、多波束水深測量儀等組成。下面對海洋測繪的整個測繪流程進(jìn)行介紹:(1)前期準(zhǔn)備工作,在這一階段,測量人員需要對以下幾個方面引起注意:其一,在架設(shè)GPS-RTK基準(zhǔn)站時,需要將其設(shè)置在需要測量的區(qū)域的中心區(qū)域,且需要處在周圍地勢較高周圍沒有明顯的遮擋物的地方。其二,通過使用北京54或西安80坐標(biāo)為基準(zhǔn)換算需要的坐標(biāo)。其三,通過對已測量數(shù)據(jù)的重新加密,從而重新設(shè)定原有的測量斷面,對需要測量的水深作業(yè)線進(jìn)行初步的布設(shè)。(2)當(dāng)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)收集時,需要校驗(yàn)數(shù)據(jù)參數(shù)的正確性,避免因?yàn)閰?shù)錯誤等引起的基站定位誤差,當(dāng)海洋測繪中的測深設(shè)備連接正常后,需要對測量儀器與更正天線的偏差、接受裝置的數(shù)據(jù)格式、定位儀的接口和測深儀配置等進(jìn)行校準(zhǔn),并經(jīng)檢驗(yàn)正常后方可繼續(xù)進(jìn)行工作。(3)當(dāng)完成數(shù)據(jù)收集進(jìn)入數(shù)據(jù)處理階段時,需要通過專業(yè)的軟件完成數(shù)據(jù)處理工作,通過對測量得到的海洋深度的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得出海洋測繪的系統(tǒng)化的分析報告,并以文檔的形式進(jìn)行保存。

        2.3.2 GPS-RTK在測量海洋深度時的注意事項(xiàng)

        GPS-RTK對水深的定位是通過對當(dāng)前設(shè)定的或者是所要求的坐標(biāo)系進(jìn)行的,因此在使用的過程中需要首先進(jìn)行參數(shù)的計(jì)算求解,建立在同一個坐標(biāo)系下,而后才能進(jìn)行分析對比,因此,在對基站架設(shè)位置的選擇時要特別注意建立在地勢較高的中心區(qū)域,而后通過對測量得到的定位數(shù)據(jù)對比已知的坐標(biāo)點(diǎn)的實(shí)際數(shù)據(jù),通過專用軟件的分析計(jì)算得出測量區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)系數(shù)。

        3 GPS應(yīng)用于海洋測繪時引起的誤差來源分析

        當(dāng)使用無驗(yàn)潮的方法來進(jìn)行海洋測繪時,由于海面波浪的影響,船體的擺動、RTK的高程可靠性、采樣速率、同步時差等都會對測量數(shù)據(jù)造成一定的影響,而且這些因素引起的海洋深度的測量誤差要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RTK定位所產(chǎn)生的誤差。

        針對以上引起測量誤差的因素,可以通過一定的方式進(jìn)行修正,從而保證測量數(shù)據(jù)的精確度,對于由于船體擺動而引起的誤差,可以通過使用電磁式的姿態(tài)儀對船的姿態(tài)進(jìn)行修正,這種修正包括位置和高程兩方面的修正。同時通過姿態(tài)儀也可以對船在行駛過程中的橫向和縱向等進(jìn)行調(diào)整,以上這些都是通過專用軟件進(jìn)行分析控制的,此外,對于船體動態(tài)的吃水?dāng)?shù)據(jù)而言,在進(jìn)行更正時可以依據(jù)其靜態(tài)吃水和探測船的自重下沉以及顛簸程度的總和取平均值,進(jìn)而滿足探測時的誤差修正。

        4 結(jié)束語

        海洋測繪是我們認(rèn)知海洋重要的一步,新技術(shù)在海洋測繪方面的應(yīng)用能夠更好的提高測繪的精度,GPS技術(shù)由于其自身卓越的性能和巨大的優(yōu)勢在海洋測繪方面有著廣闊的前景,應(yīng)該加快對于GPS在海洋測繪方面的研究,使其不僅能夠在海洋測繪方面發(fā)揮作用,更能夠在內(nèi)陸的水域與近海海洋的測繪中發(fā)揮重要作用。

        參考文獻(xiàn)

        [1]趙建虎.現(xiàn)代海洋測繪[M].武漢大學(xué)出版社,2008(1).

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