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GPS技术在海洋测绘中存在问题及解决方法

作者：李明 巫哲轮 李宏

来源：《科学与财富》2018年第05期

摘 要： GPS技术是测绘领域中的常用技术之一，近年来，随着卫星、通讯技术迅猛发展，GPS技术的应用范围也越来越广，而且还突破了传统海洋测绘的空间限制，提高测绘结果的准确性。本文对GPS技术在海洋测绘中的应用进行分析与探讨，旨在提高海洋测绘水平。 关键词： GPS技术；海洋测绘；应用；问题；方法 引言

海洋测绘是对海洋的地球物理场的性质、变化特征进行测量的过程，绘制形成不同比例尺的海洋图。在海洋测绘过程中，主要有海上定位、海洋大地测量、水下地形测量等步骤，海上定位指的是在海面上对船位进行确定的过程，主要用于舰船导航，也为海洋大地测量提供支持。海洋大地测量则是在海洋范围内布设控制网，对海洋重力进行测量。水下地形测量则是对海洋底部的地形环境进行测量的过程，可以根据测绘结果绘制得到水下地形图，测定海洋大地水准面。我国海域十分辽阔，加强海洋测绘可以提高海洋保护和利用水平，为了得到更加精确的测量结果，可以加强对GPS技术的应用。 一、GPS技术的应用领域及测量原理 （一）GPS技术概述

GPS技术是全球定位系统，主要用于定位、测量等过程。当前GPS技术的应用十分广泛，在海陆空三个领域中都有应用。在陆地上应用主要包括车辆导航、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测等。在海洋中的应用主要包括测定远洋船最佳航程航线、船只实时调度与导航、海洋救援、水文地质测量等。在航空航天方面的应用主要包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、航空救援等。GPS技术在世界上的每个领域都有普板应用，刚投入使用的时候主要应用在军事领域，后来其用途不断拓展。GPS技术可以使得测量精度达到厘米级，而且GPS技术与传统的手工测量技术相比，有着十分明显的优势，操作简单，仪器设备的体积小，便于携带，可以全天候无间断测量，随着信息技术的不断发展和应用，当前GPS技术又有了创新，可以自动接收、存储信息，减少信息传输过程中的繁琐环节，提高信息传输效率。 （二）GPS技术的测量原理

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GPS是一个全天候、连续、实时三维导航定位测速系统，其工作原理如下：24颗GPS卫星分布在离地面12000km的高空上，以12小时为一个周期，环绕地球运行，使得地球上的任何一个点都可以同时观测到4颗以上的卫星。卫星的位置是精确的，所以在观测过程中可以计算得到卫星与接收机之间的距离，然后利用三维坐标中的距离公式，使用三颗卫星就可以组成三个方程，对观测点的位置进行计算，从而达到定位效果。由于卫星时钟和接收机时钟之间存在一定误差，所以在观测的时候还需要引入第四颗卫星，形成四个方程式，得出更加准确的结果。

二、GPS技术在海洋测绘中存在的问题

近年来涉海项目越来越多，海洋勘测次数也越来越多，而且为了满足不同项目的需求，也对GPS技术提出了新的要求。GPS技术已经成为海域测量中不可或缺的重要工具。但是在GPS技术应用过程中依旧还是存在一些问题，主要有以下几个方面。第一，有的单位所使用的GPS测量仪器设备的精度较低，在测量开始之前，或者获得数据之后不能准确地进行坐标转化，从而影响测量结果。第二，测量人员的知识水平较低。GPS测量人员必须要掌握GPS技术的操作技巧、原理等，并且在测绘过程中要学会如何应用知识进行快速测量，但是当前有的测绘人员的水平不高，对基础知识的掌握不够，在测绘以及分析结果的时候往往会出现不合理的情况，也会造成测量误差，在海洋测量过程中，如果出现定位偏移，则很有可能会引起海洋权属纠纷，带来十分严重的后果。 三、GPS技术在海洋测绘中的应用 （一）利用GPS技术获得海洋定位

为了提高海上定位精度，在进行测绘的时候应该要采用GPS接收机和船上导航设备组合的方式进行定位，例如在进行GPS技术伪距定位的时候，可以将船上的计程仪、陀螺仪的观测值等结合起来，推导求出船的位置。对于近海海域，则可以在岸上或岛屿上设立基准站，在船只上安装GPS接收机，采用差分技术或者动态相位技术进行测量，提高海洋定位的准确性。

（二）GPS技术在海洋大地控制网建立过程中的应用

建立海洋大地控制网，可以为海面变化、水下地形测绘、海洋资源开发、海洋工程建设等提供数据支持，也是海洋大地测量的基础。海洋大地控制网是由分布在岛屿、暗礁上的控制点以及海底控制点组成的，海底控制点一般包括固定标志以及水声应答器两个部分，而岛屿和暗礁上的控制点位，则可以通过GPS技术测得。在测定还定控制点的位置的时候，必须要借助船台或固定浮标的GPS接收机和水声定位设备，对卫星以及还定控制点进行同步观测，从而得到数据。

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另外，在利用GPS接收机观测GPS卫星进行定位的时候，还要利用海底的水声应答器来同步测定船上的GPS接收机与海底控制点之间的距离，从而得到更加精确的海底控制点的位置。

（三）GPS在水下地形测绘中的应用

水下地形测量是海洋测绘中的重要内容，通过测绘得到的海洋图可以用于航运、海底资源勘探、海底电缆铺设、海上钻井等项目发展。在水下地形图测绘过程中首先要对海道进行测量，可以通过测量海底控制点的位置来确定海底控制点的空间坐标或者平面坐标，此外，还可以利用水深仪器对测量点的深度进行测量。水深测线间距可以根据比例尺的变化而变化，一般水深仪器只应用在近海岸，其他比较远的地区一般需要采用无线电定位。由于GPS测量可以快速、精确地对目标物进行定位测量，可以对水深仪器进行单点定位，但是一般只适用于深度有几十米的地区，对于一些比例尺较大的区域测绘，可以采用差分GPS技术进行相对定位。在实际应用过程中一般要将GPS和水深仪器同时使用起来，通过前者进行定位，再通过水深仪器对水深进行测量，最终得到综合结果。 （四）对GPS测量结果进行控制

在GPS测量过程中，所得到的数据受到坐标系统的影响，因此为了提高测量结果的准确性，应该要做好后续处理。GPS技术中应用的坐标是美国国防部制定的世界坐标系WCS-84，坐标的原点集中在地球质心。但是这个测量系统与我国使用的坐标系统之间存在大约10-100m的误差，而且随着测量区域不同，差异也不相同，因此在进行测绘的时候应该要将WCS-84坐标转化为适合我国测绘领域的坐标体系。常用的转换方法有三参数法和参数法，为了简化测绘过程，规避复杂技术，可以通过简单的转化得到平面直角坐标。 结语

综上所述，GPS技术是一种精度高、测量速度快的测绘方法，在很多领域中都有广泛应用。海洋测绘是开展各种涉海活动的基础，为各个项目建设提供有力的数据支持，在海洋测绘过程中GPS技术也发挥了重要作用，使用GPS技术可以使得海洋测绘结果更加准确，而且还能建立海洋测量平面控制网，改变传统的测绘方式，节省人力物力财力，提高测绘结果的准确性。 参考文献

[1]顾飞艇，余永清.GPS技术在海洋测绘中的应用探讨[J].浙江水利科技，2016（03）. [2]薛建.GPS技术在海洋测绘中的应用研究[J].江西建材，2016（21）. [3]陆川.浅谈海洋测绘中GPS技术的应用[J].石化技术，2016（03）.