现代海洋测绘中GPS的应用

于大鹏　徐成业

摘 要：海洋是一个国家的重要组成部分，自新世纪以来，我国在海洋资源勘探、开采以及测绘方面都投入了大量的人力物力，其中海洋测绘在我国的民用和军用方面都极为重要的作用，随着我国科学技术的进步，大量先进的技术应用于海洋测绘方面，其中GPS技术在海洋水深测量与精密定位方面发挥了重要的作用。文章将就GPS技术在海洋测绘中的应用进行介绍。

关键词：GPS技术；海洋测绘；精密定位；水深测量

前言

我国海洋面积广阔，做好海洋的测绘工作有着深远的意义。在以往的海洋测绘中，通常使用罗盘定位与六分仪、测深杆、测深绳、测深铅鱼等方法进行测量，这些方法耗时耗力不说且测量精度并不高，测量出来的数据只能用作粗略的了解，无法得出高精度的数据。随着科技的发展，大量新技术应用于海洋测绘工作中，在测深方面，侧扫声呐和多波束测深系统，海洋遥感测深等技术可以得出精确的数据，应用卫星测高技术对海洋大地水准面、重力异常、海洋环流、海洋潮汐等问题进行了比较详细的探测。现今，GPS技术在海洋精密定位和水深测量中得到了广泛的使用，使海洋测绘从测量航海要素为主，发展到测量各种专题要素的信息和建立海底地形模型的全部信息，使海洋测绘向着更高效、高精度的方向发展。

1 海洋测绘简介

海洋测绘是指测量海洋底部的地球物理场的性质及其变化特征，绘制成不同比例尺的海图和专题海图，是对海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制工作。主要包括海道测量、海洋大地测量、海底地形测量、海洋专题测量，以及航海图、海底地形图、各种海洋专题图和海洋图集等的编制。

海洋测绘的方法主要包括海洋地震测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海底热流测量、海洋电法测量和海洋放射性测量。因海洋水体存在，须用海洋调查船和专门的测量仪器进行快速的连续观测，一船多用，综合考察。基本测量方式包括：（1）路线测量。即剖面测量。了解海区的地质构造和地球物理场基本特征。（2）面积测量。按任务定的成图比例尺，布置一定距离的测线网。比例尺越大，测网密度愈密。在海洋调查中，广泛采用无线电定位系统和GPS技术。

2 GPS技术在海洋测绘中的应用

GPS又称为全球定位系统，是美国研制的具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS是由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点。

2.1 GPS技术在海洋测绘中精确定位中的应用

现今，在我国沿海范围已经开始使用无线电指向标-差分全球定位系统（RBN/DGPS），这一系统能够在300公里范围内进行偏差不超过5米的精确定位，能够满足现今条件下的沿岸海道的测量大比例尺绘图过程中导航与定位的要求，就其定位性而言，一般情况下的海洋测绘是足够的，但是仍然无法满足高精度测量的需求。但是使用GPS-PPK技术则不会存在这些问题，GPS-PPK技术能够保证高精度的测量，同时在使用的过程中，不必使数据链进行实时通讯。在对海洋进行精密测绘时需要从经费预算、海洋测量精度、导航实时性的需求等多方面进行综合考虑的情况下，将RBN/DGPS和GPS-PPK技术两者的优点进行结合而得出的技术方案能够良好的实现以上考虑。当使用RBN/DGPS和GPS-PPK技术相结合的方案时，其主要工作方式如下：首先使用RBN/DGPS系统进行先期的定位精度的检测，使之能够收到定位误差在3米之内的先期数据，而后通过使用双频载波对其载波的相位数据进行相互比对，从而可以得出更为精确的定位数据。

2.2 GPS技术在海洋测绘的水深测量中的相关应用

现今，我国在海洋测绘中的水深测量中多使用多波束的水深测量系统。相较于我国原先使用的单波束系统的测量系统，多波束水深测量系统能够根据不同的水源深度直接测得相应的深度数据，同时还能够在垂直方向直接进行测量从而得到数据，这些都是单波束水深测量系统所无法达到的，所以，在使用多波束水深测量系统时能够很方便且准确的对相对宽度范围中的两侧多点的水源深度进行测量，从而得出清晰的海底地形地貌图。在海洋测绘过程中，多波束水深测量系统结合GPS技术就能够精确、高效的完成对于海底地形地貌的测量和绘制。

2.3 GPS与数字测深仪在海洋测绘中的实际使用

2.3.1 GPS在水深测量中的应用

海洋测绘中的水深测量是指使用搭载在测量船上的测量系统对海洋进行水深测量从而得出的数据，测量系统主要是由专门的测量软件和电脑、GPS接收装置、多波束水深测量仪等组成。下面对海洋测绘的整个测绘流程进行介绍：（1）前期准备工作，在这一阶段，测量人员需要对以下几个方面引起注意：其一，在架设GPS-RTK基准站时，需要将其设置在需要测量的区域的中心区域，且需要处在周围地势较高周围没有明显的遮挡物的地方。其二，通过使用北京54或西安80坐标为基准换算需要的坐标。其三，通过对已测量数据的重新加密，从而重新设定原有的测量断面，对需要测量的水深作业线进行初步的布设。（2）当开始进行数据收集时，需要校验数据参数的正确性，避免因为参数错误等引起的基站定位误差，当海洋测绘中的测深设备连接正常后，需要对测量仪器与更正天线的偏差、接受装置的数据格式、定位仪的接口和测深仪配置等进行校准，并经检验正常后方可继续进行工作。（3）当完成数据收集进入数据处理阶段时，需要通过专业的软件完成数据处理工作，通过对测量得到的海洋深度的数据进行处理，得出海洋测绘的系统化的分析报告，并以文档的形式进行保存。

2.3.2 GPS-RTK在测量海洋深度时的注意事项

GPS-RTK对水深的定位是通过对当前设定的或者是所要求的坐标系进行的，因此在使用的过程中需要首先进行参数的计算求解，建立在同一个坐标系下，而后才能进行分析对比，因此，在对基站架设位置的选择时要特别注意建立在地势较高的中心区域，而后通过对测量得到的定位数据对比已知的坐标点的实际数据，通过专用软件的分析计算得出测量区域内的坐标系数。

3 GPS应用于海洋测绘时引起的误差来源分析

当使用无验潮的方法来进行海洋测绘时，由于海面波浪的影响，船体的摆动、RTK的高程可靠性、采样速率、同步时差等都会对测量数据造成一定的影响，而且这些因素引起的海洋深度的测量误差要远远大于RTK定位所产生的误差。

针对以上引起测量误差的因素，可以通过一定的方式进行修正，从而保证测量数据的精确度，对于由于船体摆动而引起的误差，可以通过使用电磁式的姿态仪对船的姿态进行修正，这种修正包括位置和高程两方面的修正。同时通过姿态仪也可以对船在行驶过程中的横向和纵向等进行调整，以上这些都是通过专用软件进行分析控制的，此外，对于船体动态的吃水数据而言，在进行更正时可以依据其静态吃水和探测船的自重下沉以及颠簸程度的总和取平均值，进而满足探测时的误差修正。

4 结束语

海洋测绘是我们认知海洋重要的一步，新技术在海洋测绘方面的应用能够更好的提高测绘的精度，GPS技术由于其自身卓越的性能和巨大的优势在海洋测绘方面有着广阔的前景，应该加快对于GPS在海洋测绘方面的研究，使其不仅能够在海洋测绘方面发挥作用，更能够在内陆的水域与近海海洋的测绘中发挥重要作用。

参考文献

[1]赵建虎.现代海洋测绘[M].武汉大学出版社，2008（1）.