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        GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的應(yīng)用分析

        2018-02-03 10:04:30鄭迎春
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2017年29期
        關(guān)鍵詞:精確度應(yīng)用

        鄭迎春

        摘 要:GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀以GPS技術(shù)為核心,幫助用戶準(zhǔn)確定位當(dāng)前位置,并且根據(jù)既定目的地計(jì)算行程,GPS導(dǎo)航儀通過地圖顯示和語音提示兩種方式引導(dǎo)用戶行至目的地的儀器,進(jìn)而達(dá)到定位導(dǎo)航的目的。本文在研究中以GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀為核心,明確GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀的運(yùn)行原理,分析GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的作用,提出GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的應(yīng)用,提高船舶定位精準(zhǔn)性,僅供參考。

        關(guān)鍵詞:GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀 船舶定位 精確度 應(yīng)用

        中圖分類號:P228 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)10(b)-0129-02

        隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,促進(jìn)航海運(yùn)行體系的進(jìn)一步完善和優(yōu)化,并對船舶定位提出一定的要求。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀引入航海領(lǐng)域中,可以準(zhǔn)確對目標(biāo)區(qū)域船舶進(jìn)行定位,為航海相關(guān)決策提供準(zhǔn)確信息依據(jù)。對此,在這樣的環(huán)境背景下,探究GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的應(yīng)用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        1 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀的運(yùn)行原理

        GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀系統(tǒng)分為空間系統(tǒng)、地面監(jiān)測控制以及用戶設(shè)備等三大部分,其中包括MCS控制臺(tái)、地表天線站以及監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備,針對空間系統(tǒng)部分,由24顆衛(wèi)星組建GPS導(dǎo)航衛(wèi)星網(wǎng),其中有21顆衛(wèi)星是工作衛(wèi)星,剩下3顆衛(wèi)星為在軌備用衛(wèi)星,均勻分布到6個(gè)軌道面內(nèi),軌道傾角則控制在55°以內(nèi),相鄰衛(wèi)星經(jīng)度夾角為60°,即為軌道升交點(diǎn)。具體分布結(jié)構(gòu)如圖1所示,由于星座的合理分布保證了地球上和近地空間內(nèi)的任何一點(diǎn),任意時(shí)刻都可以同時(shí)觀測到4顆及以上衛(wèi)星,最多能觀測到11顆,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀數(shù)據(jù)傳輸終點(diǎn)是用戶設(shè)備,借助接收機(jī)獲取GPS衛(wèi)星發(fā)送信息,而GPS衛(wèi)星固定在某一角度可以連接測量衛(wèi)星,并追蹤衛(wèi)星行程和數(shù)據(jù),得到導(dǎo)航報(bào)文,系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出用戶設(shè)備定位數(shù)據(jù),進(jìn)而獲得最終準(zhǔn)確的定位信息?,F(xiàn)階段,雖然GPS定位方式多種多樣,但運(yùn)行原理基本保持一致,以GPS衛(wèi)星為測量核心,設(shè)置4個(gè)以上的衛(wèi)星,確定衛(wèi)星坐標(biāo),各個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行空間距離后方交會(huì),構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)定位[1]。

        2 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的作用

        2.1 信息準(zhǔn)確

        在進(jìn)行船舶航行中,GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀可以為船舶提供準(zhǔn)確位置信息,這對航行效率的提升至關(guān)重要,傳統(tǒng)無線導(dǎo)航設(shè)備位置信息傳輸誤差較大,降低船舶航行的安全性。而GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀的引入,大大提高船舶位置信息的準(zhǔn)確性,其精確度可達(dá)到1000m內(nèi)的位置信息,滿足航行精確需求[2]。

        2.2 連續(xù)定位

        由于GPS技術(shù)具有全天候的優(yōu)勢,賦予了GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀連續(xù)性定位的能力,這是傳統(tǒng)無線電導(dǎo)航系統(tǒng)無法比擬的。高精度船位測定可以持續(xù)提供導(dǎo)航數(shù)據(jù),作為全天候定位、全球覆蓋的定位系統(tǒng),GPS用戶能夠在任何夭氣條件下、全球的任一位置都可以準(zhǔn)確地接收到GPS衛(wèi)星信號。

        2.3 導(dǎo)航功能

        GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀除了可以為船舶提供準(zhǔn)確信息和連續(xù)定位等功能之外,還具備極強(qiáng)的導(dǎo)航功能,GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀系統(tǒng)中儲(chǔ)存上千航路點(diǎn),可以為船舶航路設(shè)計(jì)提供較為經(jīng)濟(jì)可靠的路線保障?,F(xiàn)階段,大多數(shù)船舶GPS接收機(jī)都具備航點(diǎn)與航路設(shè)計(jì)功能,使得駕駛?cè)藛T可以輸入起點(diǎn)和終點(diǎn),系統(tǒng)自動(dòng)顯示各個(gè)區(qū)域海況設(shè)計(jì)航點(diǎn)與航路,其航線設(shè)計(jì)功能有效保證船舶安全。

        3 基于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀的船舶定位系統(tǒng)

        3.1 GPS船載終端

        在進(jìn)行船舶航行中,駕駛?cè)藛T要明確船舶航行中涉及的經(jīng)緯度或是特殊地理位置坐標(biāo),規(guī)劃航線轉(zhuǎn)向點(diǎn),將船舶起點(diǎn)、轉(zhuǎn)向點(diǎn)以及終點(diǎn)連接在一起,構(gòu)建船舶航線。而GPS船載終端通過衛(wèi)星信息的獲取,由中央處理單元計(jì)算處理衛(wèi)星信號,獲得船舶位置經(jīng)緯度、速度、方位和時(shí)標(biāo)等參數(shù)信息,由通信模塊將其傳輸至監(jiān)控服務(wù)器,并實(shí)時(shí)接收監(jiān)控中心指令,已完成報(bào)警、通話等操作,定位結(jié)構(gòu)為圖2所示。

        3.1.1 定位

        在船舶定位航行中,借助通信模塊可以查詢到系統(tǒng)服務(wù)器位置信息數(shù)據(jù)庫,進(jìn)而獲得船舶實(shí)時(shí)位置,利用GIS將船舶位置信息顯示到電子地圖上,為相關(guān)工作人員提供監(jiān)控與調(diào)度工作[3]。

        3.1.2 監(jiān)控

        在船舶行駛中,若和規(guī)定行駛線路出現(xiàn)誤差并超出允許范圍,或是船舶停留時(shí)間超過監(jiān)控中心允許時(shí)間,監(jiān)控中心要對該船舶進(jìn)行定位監(jiān)控,要求駕駛?cè)藛T在遇到緊急情況,通過船載終端和監(jiān)控中心建立通話,及時(shí)報(bào)警,提高船舶定位的精準(zhǔn)性,進(jìn)而為船舶安全行駛提供重要支持。

        3.1.3 管理

        在GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀實(shí)際應(yīng)用中,船載終端具備數(shù)據(jù)管理能力,可以對用戶信息數(shù)據(jù)、船舶信息數(shù)據(jù)、短消息或是其他信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理,并在行駛中根據(jù)預(yù)定時(shí)間間隔,記錄船舶在行駛中的運(yùn)行情況,其中主要記錄內(nèi)容包括行駛時(shí)間、經(jīng)緯度、行駛速度、行駛方向、水位等參數(shù),為行駛決策提供真實(shí)準(zhǔn)確的信息依據(jù)。

        3.2 通信系統(tǒng)

        通信系統(tǒng)屬于數(shù)據(jù)傳遞樞紐,在實(shí)際運(yùn)行中,可以將用戶終端采集的數(shù)據(jù)上傳到指定系統(tǒng)中,下達(dá)系統(tǒng)調(diào)度控制命令,內(nèi)設(shè)短消息通訊網(wǎng)和GPRS網(wǎng)關(guān)進(jìn)行相互配合,構(gòu)建短消息服務(wù)中心,進(jìn)而達(dá)到數(shù)據(jù)傳遞、儲(chǔ)存以及協(xié)議轉(zhuǎn)換等目的。其實(shí)現(xiàn)功能一是和用戶終端連接;二是和移動(dòng)通信服務(wù)運(yùn)營商端口連接;三是和監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫端口連接;四是和其他應(yīng)用端口連接[4]。

        3.3 監(jiān)控中心

        監(jiān)控中心硬件系統(tǒng)包括通信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)管應(yīng)用服務(wù)器、Internet專線接入設(shè)備以及輸出設(shè)備,而軟件系統(tǒng)包括GIS模塊、通信模塊以及應(yīng)用程序模塊等內(nèi)容,GIS模塊具備數(shù)據(jù)輸入與編輯功能、信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與集成功能、信息數(shù)據(jù)查詢與顯示功能、地理數(shù)據(jù)管理界面功能、系統(tǒng)二次開發(fā)功能以及地圖制作與輸出功能,借助軟件系統(tǒng),駕駛?cè)藛T可以制作高精度航海地圖,這些都要依靠Windows網(wǎng)絡(luò)編程系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),將其連接至監(jiān)控服務(wù)器,監(jiān)控服務(wù)器會(huì)結(jié)合實(shí)際需求轉(zhuǎn)發(fā)航海指令,提高船舶定位的精準(zhǔn)性,進(jìn)而保證船舶定位的綜合效果。在實(shí)際應(yīng)用中,監(jiān)控中心包括以下幾點(diǎn)功能。

        (1)傳播查詢。

        結(jié)合船舶航行實(shí)際情況,監(jiān)控中心可以根據(jù)矢量圖單進(jìn)行目標(biāo)查詢、分組查詢以及邏輯條件查詢,以此為信息依據(jù)下達(dá)指令,借助通信系統(tǒng)向目標(biāo)船舶下達(dá)指揮調(diào)度信號,進(jìn)而保證航行效率。

        (2)緊急救援。

        當(dāng)某一船舶發(fā)出報(bào)警信號,監(jiān)控中心會(huì)及時(shí)獲取報(bào)警信息,傳達(dá)指揮調(diào)度指令,并及時(shí)通知相關(guān)海事救助單位與救援單位,達(dá)到統(tǒng)一協(xié)調(diào)的目的,為船舶安全航行提供保障。

        (3)事前警報(bào)。

        借助船舶位置信息,判斷船舶所行駛水域安全性,明確船舶間安全距離,使得船舶發(fā)生危險(xiǎn)時(shí),可以及時(shí)通知相關(guān)人員控制船舶,使其調(diào)整到安全行駛狀態(tài)中,進(jìn)而為船舶的安全行駛提供重要保障。

        4 結(jié)語

        本文通過對GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的應(yīng)用研究,得出如下結(jié)論。

        (1)在進(jìn)行船舶航行中,GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀可以為船舶提供準(zhǔn)確位置信息,并連續(xù)性定位,計(jì)算船舶行駛中轉(zhuǎn)向點(diǎn),與起點(diǎn)和終點(diǎn)連接在一起,進(jìn)而為船舶導(dǎo)航。

        (2)為了發(fā)揮出GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在船舶定位中的重要和價(jià)值,要利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀構(gòu)建船舶定位系統(tǒng),細(xì)分GPS船載終端、通信系統(tǒng)和控制中心,提高船舶定位的精準(zhǔn)性,進(jìn)而為船舶安全行駛提供重要支持。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 章耀亮,梁高金.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航儀在內(nèi)河船舶定位的誤差及修正[J].珠江水運(yùn),2015(10):68-69,71.

        [2] 王在高.使用衛(wèi)星導(dǎo)航儀定船位的誤差分析[J].滁州學(xué)院學(xué)報(bào),2015,14(5):47-50.

        [3] 何瑞棟.GPS航空遙感物探導(dǎo)航和定位測量軟件[J].地礦測繪,2016(4):8-14.

        [4] 大有.飛速發(fā)展的GPS——全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航儀[J].漁業(yè)機(jī)械儀器,2014(6):47.endprint

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