GNSS在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用

■馮磊

（遼寧省海域和海島使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)中心　遼寧　沈陽(yáng)　110000）

GNSS在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用

■馮磊

（遼寧省海域和海島使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)中心遼寧沈陽(yáng)110000）

本文簡(jiǎn)要介紹了GNSS技術(shù)的工作原理，并闡述了GNSS（全球定位系統(tǒng)）技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，與其他傳統(tǒng)的測(cè)量方法比起來(lái)，擁有精度高、可全天候運(yùn)作、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，尤其在海洋水深測(cè)量與精密定位的應(yīng)用中具有很高的利用價(jià)值。

GNSS海洋測(cè)繪應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)價(jià)值

1　全球定位系統(tǒng)GNSS簡(jiǎn)介

全球定位系統(tǒng)GNSS發(fā)展于1973年，它的基本定位原理是跟據(jù)用戶和4顆衛(wèi)星之間的偽距測(cè)量，根據(jù)衛(wèi)星在適當(dāng)參考框架中的已知坐標(biāo)確定用戶接收機(jī)天線的坐標(biāo)。GNSS具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GNSS技術(shù)目前在大地測(cè)量、工程測(cè)量、海洋測(cè)量等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1.1GNSS結(jié)構(gòu)組成

GNSS系統(tǒng)共有三個(gè)部分組成，即空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備。

1.2GNSS定位的基本原理

GNSS定位就是利用GNSS系統(tǒng)來(lái)確定待定點(diǎn)的位置（坐標(biāo)）。從定位原理上分，GNSS技術(shù)可分為“偽距法”測(cè)量和“載波相位法”測(cè)量?jī)纱箢悘亩ㄎ环椒ㄉ戏?，GSP技術(shù)又分為“單點(diǎn)定位”與“相位定位”兩種。

偽距法定位測(cè)量，是根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)傳播到接收機(jī)所用的時(shí)間（t）乘以電磁波的速度（v），求出衛(wèi)星至接收機(jī)的距離（s=vt）。

載波相位法定位測(cè)量，是在地面幾個(gè)點(diǎn)上同時(shí)觀測(cè)同一組衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)個(gè)接收器的相位差，經(jīng)事后處理可獲各點(diǎn)之間的相對(duì)坐標(biāo)差?；蛘呤窃谝粋€(gè)點(diǎn)上同時(shí)觀測(cè)多顆衛(wèi)星星號(hào)，測(cè)定出衛(wèi)星星號(hào)與接收機(jī)本身信號(hào)之間的相位差，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的換算后，計(jì)算出所求點(diǎn)的坐標(biāo)。

2　GNSS技術(shù)在海洋測(cè)量中的應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

如今，常用于我國(guó)海洋測(cè)繪工作中的傳統(tǒng)工作方法包括：羅盤(pán)定位與六分儀、測(cè)深桿、測(cè)深繩、測(cè)深鉛魚(yú)等，這些傳統(tǒng)的工作方法測(cè)量精確度較低且效率不高，只能進(jìn)行粗略的海圖繪制，難以滿足高要求的探測(cè)工作的進(jìn)行。為了解決此類問(wèn)題，在遙感探測(cè)、聲波探測(cè)、衛(wèi)星地位和激光探測(cè)等科學(xué)技術(shù)不斷成熟的今天，它們將逐步被應(yīng)用于海洋測(cè)繪過(guò)程中，隨著這些技術(shù)的使用，海洋測(cè)繪技術(shù)也將逐漸向高效率、高精度、高現(xiàn)代化邁進(jìn)。

GNSS相比較于常規(guī)方法的優(yōu)勢(shì)在于它可以在野外實(shí)時(shí)獲取cm級(jí)的精確度，而不像其他測(cè)量方法需要再進(jìn)行數(shù)據(jù)解析后才能夠得出cm級(jí)的精度。

根據(jù)GNSS技術(shù)原理，各個(gè)數(shù)據(jù)的采集、接收、處理使用的都是WGS84坐標(biāo)。使用相同的坐標(biāo)可避免數(shù)據(jù)混淆，確保數(shù)據(jù)精確。

3　GNSS在海洋水深測(cè)量與精密定位的應(yīng)用中具有很高的利用價(jià)值

3.1水深測(cè)量工作中的基本步驟與作業(yè)方法

水深測(cè)量工作主要是指通過(guò)承載測(cè)量船與作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量作業(yè)進(jìn)而獲得水深數(shù)據(jù)的工作過(guò)程，其工作系統(tǒng)主要由專業(yè)軟件和計(jì)算機(jī)、GNSS接受裝置、數(shù)字探測(cè)儀等設(shè)備組成。工作流程可以分為測(cè)量前的準(zhǔn)備工作、外業(yè)數(shù)據(jù)的收集工作、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理工作、測(cè)量成果的輸出工作等幾個(gè)步驟。（1）測(cè)量前的準(zhǔn)備工作。在進(jìn)行水深測(cè)量的前期準(zhǔn)備工作時(shí)需要注意一下幾個(gè)方面：第一，對(duì)GNSS基準(zhǔn)站進(jìn)行架設(shè)時(shí)，其位置應(yīng)選擇在測(cè)量范圍內(nèi)的中心區(qū)域，要求處于視野開(kāi)闊切地勢(shì)較高的位置；第二，借助已知測(cè)量區(qū)域內(nèi)的兩處WGS84坐標(biāo)與北京54或西安80坐標(biāo)，計(jì)算出所需要轉(zhuǎn)換的參數(shù)；第三，使用加密方法對(duì)已有的測(cè)量斷面進(jìn)行重新設(shè)置，初步布設(shè)水深測(cè)量的作業(yè)線[2]。（2）外業(yè)數(shù)據(jù)的收集工作。在進(jìn)行此項(xiàng)工作是要注意一下幾點(diǎn)：第一，要排除如參數(shù)錯(cuò)誤等能夠引起基準(zhǔn)站進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算出現(xiàn)誤差的因素，對(duì)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)進(jìn)行校驗(yàn)；第二，對(duì)測(cè)量深度系統(tǒng)中的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行連接，完成測(cè)量?jī)x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(cè)深儀配置等校準(zhǔn)和連接工作，之后才可開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量工作。（3）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理工作。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理工作主要是指通過(guò)相應(yīng)的處理軟件對(duì)所收集到水源深度的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，進(jìn)而形成詳細(xì)的水深分析的統(tǒng)計(jì)報(bào)告、水深圖等測(cè)量的實(shí)際成果，并將其進(jìn)行輸出形成文檔。

3.2GNSS在水深定位中的應(yīng)用

由于GNSS技術(shù)坐標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)定主要是使按照當(dāng)前所提供或要求的坐標(biāo)系來(lái)進(jìn)行的，在使用此技術(shù)進(jìn)行水深定位的測(cè)量過(guò)程中，首先要對(duì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算求解，之后才能夠?qū)⒏髯鴺?biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。所以這就要求在進(jìn)行水深定位的工作中，在架設(shè)基站時(shí)要選擇在地勢(shì)高的房頂或山頂之上，通過(guò)各個(gè)移動(dòng)站對(duì)已知坐標(biāo)點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量之后，使用相應(yīng)軟件對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行求解轉(zhuǎn)換，進(jìn)而得出測(cè)量區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)系數(shù)。

3.3海洋測(cè)繪工作中水深測(cè)量的精確度分析及誤差來(lái)源判斷

在使用無(wú)驗(yàn)潮的方法進(jìn)行水深測(cè)量的工作時(shí)，鑒于船體搖擺、RTK的高程可靠性、采樣速率、同步時(shí)差等不確定因素會(huì)對(duì)測(cè)量的結(jié)果精確度產(chǎn)生很大程度上的影響，由于這些因素所產(chǎn)生的誤差會(huì)比RTK定位所產(chǎn)生的誤差數(shù)值高出不少，因此對(duì)提高無(wú)驗(yàn)潮方法進(jìn)行水深測(cè)量的精度產(chǎn)生了很大程度上的制約與影響[3]。

4　結(jié)語(yǔ)

GNSS技術(shù)相比較于傳統(tǒng)的測(cè)量方法，工作效率有顯著提升，并且還可以有效節(jié)約人力資源，實(shí)現(xiàn)了對(duì)成本的有效控制。在海洋測(cè)繪的精密定位及水深測(cè)量的工作過(guò)程中，GNSS技術(shù)以其極高的應(yīng)用價(jià)值和巨大的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該得到大范圍的推廣和利用。

[1]高成發(fā).GNSS測(cè)量 [S].北京：人民交通出版社，1999.

[2]劉大杰.全球定位系統(tǒng)（GNSS）的原理與數(shù)據(jù)處理 [M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.

[3]陳文.研究GNSS-RTK在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用 [J].科技風(fēng)，2013，12：82.

[4]朱豐.基于GNSS技術(shù)的遙感測(cè)繪方法及實(shí)踐 [J].河南科技，2013，17：12.

[5]趙磊.如何通過(guò)GNSS技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)繪中控制網(wǎng)的建立 [J].河南科技，2013，17：20-21.轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源。

[6]張繼帥，李金生，張曉舒.GNSS在海洋精密定位及水深測(cè)量中的應(yīng)用 [J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）.2009.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-141-1