李明 巫哲輪 李宏

摘 要： GPS技術(shù)是測繪領(lǐng)域中的常用技術(shù)之一，近年來，隨著衛(wèi)星、通訊技術(shù)迅猛發(fā)展，GPS技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來越廣，而且還突破了傳統(tǒng)海洋測繪的空間限制，提高測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文對GPS技術(shù)在海洋測繪中的應(yīng)用進(jìn)行分析與探討，旨在提高海洋測繪水平。

關(guān)鍵詞： GPS技術(shù)；海洋測繪；應(yīng)用；問題；方法

引言

海洋測繪是對海洋的地球物理場的性質(zhì)、變化特征進(jìn)行測量的過程，繪制形成不同比例尺的海洋圖。在海洋測繪過程中，主要有海上定位、海洋大地測量、水下地形測量等步驟，海上定位指的是在海面上對船位進(jìn)行確定的過程，主要用于艦船導(dǎo)航，也為海洋大地測量提供支持。海洋大地測量則是在海洋范圍內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)，對海洋重力進(jìn)行測量。水下地形測量則是對海洋底部的地形環(huán)境進(jìn)行測量的過程，可以根據(jù)測繪結(jié)果繪制得到水下地形圖，測定海洋大地水準(zhǔn)面。我國海域十分遼闊，加強(qiáng)海洋測繪可以提高海洋保護(hù)和利用水平，為了得到更加精確的測量結(jié)果，可以加強(qiáng)對GPS技術(shù)的應(yīng)用。

一、GPS技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及測量原理

（一）GPS技術(shù)概述

GPS技術(shù)是全球定位系統(tǒng)，主要用于定位、測量等過程。當(dāng)前GPS技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，在海陸空三個領(lǐng)域中都有應(yīng)用。在陸地上應(yīng)用主要包括車輛導(dǎo)航、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測等。在海洋中的應(yīng)用主要包括測定遠(yuǎn)洋船最佳航程航線、船只實(shí)時調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、水文地質(zhì)測量等。在航空航天方面的應(yīng)用主要包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、航空救援等。GPS技術(shù)在世界上的每個領(lǐng)域都有普板應(yīng)用，剛投入使用的時候主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，后來其用途不斷拓展。GPS技術(shù)可以使得測量精度達(dá)到厘米級，而且GPS技術(shù)與傳統(tǒng)的手工測量技術(shù)相比，有著十分明顯的優(yōu)勢，操作簡單，儀器設(shè)備的體積小，便于攜帶，可以全天候無間斷測量，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，當(dāng)前GPS技術(shù)又有了創(chuàng)新，可以自動接收、存儲信息，減少信息傳輸過程中的繁瑣環(huán)節(jié)，提高信息傳輸效率。

（二）GPS技術(shù)的測量原理

GPS是一個全天候、連續(xù)、實(shí)時三維導(dǎo)航定位測速系統(tǒng)，其工作原理如下：24顆GPS衛(wèi)星分布在離地面12000km的高空上，以12小時為一個周期，環(huán)繞地球運(yùn)行，使得地球上的任何一個點(diǎn)都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。衛(wèi)星的位置是精確的，所以在觀測過程中可以計(jì)算得到衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離，然后利用三維坐標(biāo)中的距離公式，使用三顆衛(wèi)星就可以組成三個方程，對觀測點(diǎn)的位置進(jìn)行計(jì)算，從而達(dá)到定位效果。由于衛(wèi)星時鐘和接收機(jī)時鐘之間存在一定誤差，所以在觀測的時候還需要引入第四顆衛(wèi)星，形成四個方程式，得出更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

二、GPS技術(shù)在海洋測繪中存在的問題

近年來涉海項(xiàng)目越來越多，海洋勘測次數(shù)也越來越多，而且為了滿足不同項(xiàng)目的需求，也對GPS技術(shù)提出了新的要求。GPS技術(shù)已經(jīng)成為海域測量中不可或缺的重要工具。但是在GPS技術(shù)應(yīng)用過程中依舊還是存在一些問題，主要有以下幾個方面。第一，有的單位所使用的GPS測量儀器設(shè)備的精度較低，在測量開始之前，或者獲得數(shù)據(jù)之后不能準(zhǔn)確地進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，從而影響測量結(jié)果。第二，測量人員的知識水平較低。GPS測量人員必須要掌握GPS技術(shù)的操作技巧、原理等，并且在測繪過程中要學(xué)會如何應(yīng)用知識進(jìn)行快速測量，但是當(dāng)前有的測繪人員的水平不高，對基礎(chǔ)知識的掌握不夠，在測繪以及分析結(jié)果的時候往往會出現(xiàn)不合理的情況，也會造成測量誤差，在海洋測量過程中，如果出現(xiàn)定位偏移，則很有可能會引起海洋權(quán)屬糾紛，帶來十分嚴(yán)重的后果。

三、GPS技術(shù)在海洋測繪中的應(yīng)用

（一）利用GPS技術(shù)獲得海洋定位

為了提高海上定位精度，在進(jìn)行測繪的時候應(yīng)該要采用GPS接收機(jī)和船上導(dǎo)航設(shè)備組合的方式進(jìn)行定位，例如在進(jìn)行GPS技術(shù)偽距定位的時候，可以將船上的計(jì)程儀、陀螺儀的觀測值等結(jié)合起來，推導(dǎo)求出船的位置。對于近海海域，則可以在岸上或島嶼上設(shè)立基準(zhǔn)站，在船只上安裝GPS接收機(jī)，采用差分技術(shù)或者動態(tài)相位技術(shù)進(jìn)行測量，提高海洋定位的準(zhǔn)確性。

（二）GPS技術(shù)在海洋大地控制網(wǎng)建立過程中的應(yīng)用

建立海洋大地控制網(wǎng)，可以為海面變化、水下地形測繪、海洋資源開發(fā)、海洋工程建設(shè)等提供數(shù)據(jù)支持，也是海洋大地測量的基礎(chǔ)。海洋大地控制網(wǎng)是由分布在島嶼、暗礁上的控制點(diǎn)以及海底控制點(diǎn)組成的，海底控制點(diǎn)一般包括固定標(biāo)志以及水聲應(yīng)答器兩個部分，而島嶼和暗礁上的控制點(diǎn)位，則可以通過GPS技術(shù)測得。在測定還定控制點(diǎn)的位置的時候，必須要借助船臺或固定浮標(biāo)的GPS接收機(jī)和水聲定位設(shè)備，對衛(wèi)星以及還定控制點(diǎn)進(jìn)行同步觀測，從而得到數(shù)據(jù)。

另外，在利用GPS接收機(jī)觀測GPS衛(wèi)星進(jìn)行定位的時候，還要利用海底的水聲應(yīng)答器來同步測定船上的GPS接收機(jī)與海底控制點(diǎn)之間的距離，從而得到更加精確的海底控制點(diǎn)的位置。

（三）GPS在水下地形測繪中的應(yīng)用

水下地形測量是海洋測繪中的重要內(nèi)容，通過測繪得到的海洋圖可以用于航運(yùn)、海底資源勘探、海底電纜鋪設(shè)、海上鉆井等項(xiàng)目發(fā)展。在水下地形圖測繪過程中首先要對海道進(jìn)行測量，可以通過測量海底控制點(diǎn)的位置來確定海底控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)或者平面坐標(biāo)，此外，還可以利用水深儀器對測量點(diǎn)的深度進(jìn)行測量。水深測線間距可以根據(jù)比例尺的變化而變化，一般水深儀器只應(yīng)用在近海岸，其他比較遠(yuǎn)的地區(qū)一般需要采用無線電定位。由于GPS測量可以快速、精確地對目標(biāo)物進(jìn)行定位測量，可以對水深儀器進(jìn)行單點(diǎn)定位，但是一般只適用于深度有幾十米的地區(qū)，對于一些比例尺較大的區(qū)域測繪，可以采用差分GPS技術(shù)進(jìn)行相對定位。在實(shí)際應(yīng)用過程中一般要將GPS和水深儀器同時使用起來，通過前者進(jìn)行定位，再通過水深儀器對水深進(jìn)行測量，最終得到綜合結(jié)果。

（四）對GPS測量結(jié)果進(jìn)行控制

在GPS測量過程中，所得到的數(shù)據(jù)受到坐標(biāo)系統(tǒng)的影響，因此為了提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)該要做好后續(xù)處理。GPS技術(shù)中應(yīng)用的坐標(biāo)是美國國防部制定的世界坐標(biāo)系WCS-84，坐標(biāo)的原點(diǎn)集中在地球質(zhì)心。但是這個測量系統(tǒng)與我國使用的坐標(biāo)系統(tǒng)之間存在大約10-100m的誤差，而且隨著測量區(qū)域不同，差異也不相同，因此在進(jìn)行測繪的時候應(yīng)該要將WCS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為適合我國測繪領(lǐng)域的坐標(biāo)體系。常用的轉(zhuǎn)換方法有三參數(shù)法和參數(shù)法，為了簡化測繪過程，規(guī)避復(fù)雜技術(shù)，可以通過簡單的轉(zhuǎn)化得到平面直角坐標(biāo)。

結(jié)語

綜上所述，GPS技術(shù)是一種精度高、測量速度快的測繪方法，在很多領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。海洋測繪是開展各種涉?；顒拥幕A(chǔ)，為各個項(xiàng)目建設(shè)提供有力的數(shù)據(jù)支持，在海洋測繪過程中GPS技術(shù)也發(fā)揮了重要作用，使用GPS技術(shù)可以使得海洋測繪結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且還能建立海洋測量平面控制網(wǎng)，改變傳統(tǒng)的測繪方式，節(jié)省人力物力財(cái)力，提高測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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