海洋測繪中GPS技術的運用研究

前言：本站為你精心整理了海洋測繪中GPS技術的運用研究范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：海洋測繪工作是我國近年來海洋事業(yè)發(fā)展中非常重要的一項內容，對我國經濟水平提高起到了不可替代的作用。而gps技術作為當前應用十分廣泛的技術，將其與海洋測繪進行有效結合，可以進一步推動這一行業(yè)的全面進步。因此，該文圍繞GPS技術與海洋測繪的相關概念、應用意義以及現存問題展開詳細分析，并提出修正方案，以供相關人員參考。

關鍵詞：測繪；海洋測繪；GPS技術；具體運用

海洋測繪事業(yè)的發(fā)展具有重要意義，不僅可以促進我國在海洋石油勘探開發(fā)方面取得有效進展，同時也能促進我國海洋強國戰(zhàn)略目標的實現。但目前實際情況來看，海洋測繪中GPS技術的運用還存在一些不足，需要持續(xù)加強對其的研究，才能更好地發(fā)揮該技術在海洋測繪中的優(yōu)勢作用。

1GPS技術與海洋測繪概述

1.1GPS技術概念

GPS技術又稱衛(wèi)星定位技術，實際上就是英文全球定位系統(tǒng)的簡稱，是一種以人造地球衛(wèi)星為基礎的高精度無線電導航的定位系統(tǒng)，其主要功能包括提供導航、收集情報、監(jiān)測核爆、應急通信等內容。美國率先于1994年全面建成世界上第一套完整的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，由空間星座、地面控制、用戶設備所組成，其獨有的全天候、高精度、自動化特征，可以更為準確地提供精準的三維坐標，從而幫助人們解決各類問題。就實際情況來看，GPS技術在各個行業(yè)領域中都有著非常突出的應用，不僅給人們的日常生活帶來了諸多便利，更是在軍事、民用交通導航、大地測量等領域中發(fā)揮著不可替代的重要作用。隨著時代的不斷發(fā)展，GPS與現代通信技術的結合應用，也逐漸成為新時期的風向標，在現代通信技術的支持下，可以使數據處理更加實時化，同時在測量三維坐標時也變成了動態(tài)化，有效提高了GPS技術的應用廣度和深度。目前，全球正在運行的衛(wèi)星定位系統(tǒng)有歐盟的伽利略（Galileo）GNSS系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)和我國的“北斗”（BDS）導航衛(wèi)星定位系統(tǒng)。隨著2020年7月31日，我國北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式開通，在進行各種海洋測繪時，精度和穩(wěn)定性都將得到極大提高，對海洋測繪的研究價值相當有意義。

1.2海洋測繪概況

海洋測繪簡單來說就是指，對海洋的測量和海圖編制工作，目的是對海洋底部的地球物理場性質加以測算，并將所得信息進行匯總，制成不同比例尺的海圖，同時還涉及各種海洋專題圖的編制工作。海洋測繪專業(yè)類別包括海岸地形測量、水深測量、水文觀測、海洋工程測量、掃海測量、深度基準測量、海圖編制、海洋測繪監(jiān)理。通過相關資料分析可以看出，海洋測繪分為3個重要階段：首先是1930—1950年這個時期，是人們最開始對海洋進行地球物理測量的階段，主要利用回聲探測數據進行海圖繪制；其次是1967—1970年間，這個階段實施了多個國際科學考察活動，為海底擴張說提供了依據；最后是20世紀70年代以后，海洋測繪的發(fā)展越來越先進，在電子技術和計算機技術的支持下，使測繪工作得以更好地開展[1]。

2GPS技術在海洋測繪中的應用意義

2.1提升測繪工作水平

GPS技術有全天候、全球覆蓋、三維定速定時高精度、快速省時高效率等，這就使得該技術在海洋測繪中可以發(fā)揮非常大的作用。因為海洋測繪本身難度就很大，對數據的精準性要求十分高，采用計算機技術和電子技術雖然也可以滿足測繪工作需求，但是相對來說GPS技術的應用可以大大提高測繪工作的整體水平。具體來說，在GPS技術與衛(wèi)星相連后，可以更迅速精準地獲取到海洋底部的三維坐標位置，并對測繪信息進行整理與分析，從而幫助工作人員更好地落實各種海洋專題圖的編制工作，而采用傳統(tǒng)的測繪技術往往很難快速完成任務。所以，在海洋測繪中加強GPS技術的應用，可以為測繪工作的開展提供強有力的支撐，并促進測繪水平的顯著提高。

2.2節(jié)省更多測量時間

如前文所述，GPS技術具有快速省時高效率的特征，若將其應用到海洋測繪當中，則可以大大節(jié)約測量時間，提高測繪工作效率。具體來說，由于整個海洋測繪工作十分繁瑣，涉及了非常多的測量內容，除了海道、地形等測量工作之外，還需要對測量數據進行各種海圖的繪制，而傳統(tǒng)的測繪技術耗時較長，且需要用到資源也比較多，如果將GPS技術應用到其中，則可以很好地避免上述問題[2]。在GPS技術的支持下，無論是數據信息的處理和計算，還是專題海圖的編制，都能夠發(fā)揮非常大的作用，從而促使測繪工作更加高質高效地完成，有效避免了資源浪費現象的發(fā)生。

2.3促進海洋強國建設

在海洋測繪中應用GPS技術不僅是對這項工作本身有非常大的優(yōu)勢作用，更主要的是還有助于促進我國在海洋強國建設方面取得突破性的進展。眾所周知，我國島嶼非常多，面積也比較大，深海探索、海洋產業(yè)發(fā)展、海洋經濟區(qū)域發(fā)展是我國近幾年非常重視的內容，各種深海探測技術水平也不斷提高，這充分說明了我國對海洋強國建設的愿景十分強烈。在這樣的背景下，將GPS技術應用到海洋測繪中就顯得更有意義，利用GPS技術的精準性與實時性優(yōu)勢，可以促使其在點位測量中發(fā)揮更大的作用，及時獲取準確的數據信息[3]。舉例來說，利用導航定位信號載波，可以實現厘米級的動態(tài)定位，從而大大提高測量的精準度，為海圖的編制工作打下堅實的基礎。

3GPS技術在海洋測繪中的具體應用

3.1GPS技術在海洋定位中的應用

3.1.1GPS技術海上定位原理GPS技術在海洋定位測繪中主要運用到兩種不同的定位方式：一是靜態(tài)定位，這種方式通常是利用衛(wèi)星信號接收器接收數據，然后再借助相關技術進行其他位置坐標的測算，從而獲取到具體的定位信息；二是動態(tài)定位，這種方式簡單來說就是根據物體位置、速度等各項數據來獲取準確的定位信息，通常具有實時性的特征。就實際情況而言，GPS技術在海洋測繪中的應用并不是獨立進行的，往往需要借助海上船只自身的導航設施與其相連，才能更好地發(fā)揮其優(yōu)勢作用，從而確保海洋測繪工作的高效開展。另外，在GPS技術的應用下，海洋定位工作可以較快完成，且精度較高，尤其是將該技術與基準站技術相互配合，可以進一步提高海上定位的精準度。3.1.2差分GPS技術的應用差分GPS技術即差分技術，在海洋測繪中的作用也十分突出，其得出具體位置和偽距修正量的方法，就是借助了GPS基準臺和三維坐標的結合應用。具體來說，根據實時GPS數據進行修正，通?？梢詫⑵鋭澐殖蓛煞N類型：一是位置差分，二是偽距差分，前者的應用原理較為簡單，而后者的應用較為常見。就目前實際情況來看，差分GPS技術在海洋定位中的應用，可以提高定位精度并擴大測繪范圍，比如：在海洋物探定位中，利用GPS技術可以更好地將海洋地層的結構反饋出來，其中運用到的理論知識就是地震波的物探信號反饋。不僅如此，若探測出其中的儲油構造，還能借助差分GPS技術來進一步明確鉆孔位置，從而為后續(xù)的鉆井平臺的建造打下堅實的基礎。

3.2GPS技術在水深測繪中的應用

通過對以往水深測量工作的相關研究分析可以發(fā)現，我國最常使用的水深測量工具就是測深儀，該設備主要分為四種不同的類型，其中以超聲波測深儀、回聲測深儀最為常見，前者主要是利用超聲波能在不同介質中的反應來進行水深測量，后者則主要是借助換能器的聲波發(fā)射與回傳的時間來計算水域深度。將GPS技術應用到水深測量中，則可以大大提高測量工作效率，以回聲測深儀為例，由于其主要是借助換能器的聲波信號折返時間來測量水深，因此往往需要安排工作人員手動操作換能器，但是將GPS技術應用其中，則可以通過控制設備將指令發(fā)送出去，從而大大節(jié)省了操作時間，通過提高測深點測量點位精度的同時達到提高測深精度和準確度的目的。近年來，機載激光測深系統(tǒng)發(fā)展較快，該技術通過無人機結合GPS技術和慣性導航技術，再以激光主動探測為工具，達到了海洋水深測量作業(yè)的快速化、效率高和適用范圍廣的目的，是一項較為先進的設備，應用于生產實際具有重要意義。

3.3GPS技術在海洋大地控制網布設中的應用

建立海洋大地控制網在海洋測繪工作中具有重要意義，將為海底地形地貌的測繪和海平面變化觀測提供基準，為海洋工程的開發(fā)、海洋資源的開采以及海底地殼運動的觀測等提供技術支撐。海洋大地控制網的建立，主要是由各個分布在島嶼、暗礁以及海底的控制點所組成，部分在海底的控制點則是由固定的標志和水聲應答器組成。對一些在島嶼和暗礁上的控制點，主要是利用GPS接收機和衛(wèi)星定位系統(tǒng)，結合海底水聲應答器的同步測定，達到了對海洋控制點的精確測定[4]。

3.4GPS技術在海洋災害監(jiān)測中的應用

我國是世界上遭受海洋災害較為嚴重的國家之一，海洋災害所帶來的影響是非常巨大的，一旦發(fā)生海嘯、赤潮、風暴潮等災害，則會威脅到海上及海岸帶上的人們的生命財產安全，給國家?guī)韲乐氐慕洕鷵p失。因此加強海洋災害預測是非常重要的一項工作，而GPS技術在海洋災害監(jiān)測中就可以發(fā)揮非常大的作用。具體來說，由于海洋災害大都是由海底下陷或其他運動而形成的，如果能夠提前掌握海底運動情況，就可以在一定程度上預測到災害的形成時間，從而及時做出應對，減少人員傷亡。而GPS技術可以有效滿足這一條件，在該技術的支持下，海洋測繪工作將變得更加細致全面，利用海底地層布測、海洋大地控制網等方式，可以更精準地掌握海底模塊運動情況，進而實現對海洋災害的有效監(jiān)測。

3.5GPS技術在海岸地形測量中的應用

開展海洋海岸地形測量工作，能為海上的石油工作、漁業(yè)以及航運等提供強大保障。在傳統(tǒng)的海洋海岸地形測量工作中，基于海底三維、平面坐標以及水聲儀器的使用來獲得數據信息。但是，該方法在實際測量期間，還無法獲得準確數據。所以，滲透GPS技術，基于水聲儀，能更為詳細地判斷出位置。基于較大比例尺測量圖和GPS技術差分法的使用，也能獲得更為準確的信息。同時，將GPS技術和計算機、繪圖儀器相互結合，也會使海洋海岸地形測繪工作更為簡單，特別是通過相關模型的構建，都會使海洋海岸地形數據充分獲取。伴隨著我國海洋經濟的不斷拓展，海岸地形測量逐步成為水下工程、航海安全保障的重要基礎工作，但以往使用大型船只進行海岸地形測量時，不能測量近岸區(qū)域的水下復雜地形，很難真正實現測量的全覆蓋，而采用無人船結合GPS定位技術作為當前一種全新測量途徑。無人船測量指的就是通過采用無人駕駛的水上遙控船，利用與船體相互連接的集成控制系統(tǒng)、衛(wèi)星定位裝置以及其他推進和探測系統(tǒng)，對水域開展相應測量工作，進而高效、精準地獲取真實有效的測量數據，得以幫助測量工作人員對海岸地形情況進行準確的判定。

4海洋測繪中GPS應用存在的問題及解決對策

4.1位置測繪偏差及修正對策

一般情況來看，在海洋測繪工作中，GPS技術發(fā)揮的主要功能作用就是其精準的定位，可以充分滿足測繪數據的要求。通過對測繪工作的全面分析可以看出，測繪海洋水下地形是其中非常重要的一項工作，主要是對海洋內部的深水岸線進行詳細勘察，確保GPS技術定位中心與深度檢測中心的點位一致[5]，這個時候測深儀的中心位置才能與傳輸無線呈九十度的態(tài)勢，從而實現精準定位。如果兩部分中心的相對位置差異較大，已經不在偏差值范圍內，就需要及時進行修正，避免影響定位的精準度。要想解決這一問題，就需要加強GPS技術的應用，比如：在進行填海造地工程中，經常會發(fā)生工程開展范圍與海岸線范圍重疊的情況，這個時候進行海洋數據測量就很難保證精準度，進而影響后續(xù)標圖的繪制，因此必須要利用GPS技術的定位功能來處理這一問題，避免填海區(qū)成為孤島[6-7]。

4.2數據采集延時及校正對策

通過對海洋深度測量的相關分析可以得知，想要更好地提高按測深與定位工作的整體效率與質量，往往需要加強對測深儀的改進與完善，而將GPS技術融入到測深儀當中就是非常有效的創(chuàng)新手段，將兩者有效結合，轉變現有的連接方式，可以更好地解決數據采集延時的問題，確保各項測繪數據可以及時地傳輸出來，從而提高測深儀的整體運作效率。就目前實際情況來看，在進行海洋測繪數據采集時，考慮到測深儀與GPS定位在具體運作時難以實現同步，導致最終獲取的數據存在較大誤差的這一情況，必須要及時進行修正，可以借助動態(tài)定位的方式進行數據測量，以保證測繪的真實準確，從而減少測繪地形地貌失真的情況發(fā)生，有效提高整體工作效率與質量。

4.3坐標轉換誤差及校正對策

通常情況來看，在應用GPS獲取定位坐標的過程中，如果坐標轉換模型出現問題，就有可能導致測繪數據的坐標形式與GPS的定位存在較大差異，進而影響后續(xù)的海圖繪制工作。因此，為了更好地完成海洋測繪，還必須要創(chuàng)新GPS技術與坐標轉變模型的融合機制，目前常見的坐標轉換模型有兩種類型，在具體的應用過程中需根據實際情況加以應用，比如：坐標轉換時借助DGPS技術，可以更好地提升測繪水平，并實現坐標轉換[8]。七參數模型的坐標轉換表現出來的價值優(yōu)勢更為突出，其往往具有很高的精準性和嚴密性，能夠大大提升海洋高程數據的精準度。但與此同時，在進行坐標轉換的過程中，如果受到觀測條件惡劣、觀測時間不合理等的影響，也會導致坐標表現形式轉換出現問題，因此必須加強重視坐標轉變誤差，及時采取有效措施進行控制，這樣才能避免對海洋測繪數據的影響。

4.4測量設備不足及解決對策

現階段，GPS技術與海洋測繪的結合離不開資金的支持，我國目前在海洋測量儀器設備的配置需取得了較大進步，但仍存在一定的不足，比如測量設備老舊、設施配置不全等，如果這些問題不加以有效處理，必然會影響GPS技術的功能作用發(fā)揮，導致海洋測繪工作難以高效開展下去。因此，為了解決這一現狀，務必要加大資金投入力度，根據海洋測繪需求進行測量設備的配置，積極引入先進的GPS測繪技術設備，不斷提高海洋測繪工作的整體質量。

4.5專業(yè)人才缺失及完善對策

海洋測繪工作由于其工作環(huán)境的特殊性，條件較為艱苦，各類大學在招生時較難招到比較優(yōu)秀的學生進入測繪行業(yè)，很多本科甚至研究生院校的學生測繪專業(yè)基礎不扎實，因坐標系的轉換關系掌握不透徹，測量或放樣時經常出現誤差，比如：在建設新碼頭時進行填海造地，由于技術人員失誤，顛倒了國家CGCS2000坐標系與當地80坐標系的轉換關系，導致實際填海范圍大大偏離了原批復海域，有些不得不進行拆除，造成了海洋資源的損失，極大地破壞了當地海洋環(huán)境。為了解決海洋測繪專業(yè)人才缺失的問題，一方面各高校注意人才的培養(yǎng)引導，另一方面必須注重生產與實踐緊密結合，海洋管理部門可以嘗試與高等院校在一些海洋測繪項目進行合作；除此之外，還需要不斷完善測繪工作的相關制度條例，鼓勵在崗人員積極學習新知識、了解新技術，努力提高自身的綜合技能水平，這樣才能更好地為海洋測繪工作貢獻自身力量。

5結語

總而言之，在新時期社會背景下，深入探討海洋測繪中GPS的運用現狀與策略，具有非常深遠的現實意義，尤其是對我國社會整體經濟的發(fā)展有著極大的推動作用。因此，相關研究人員務必要提高重視，正確看待當前GPS技術在海洋測繪中存在的問題，并積極采取有效措施加以改善，使該技術可以發(fā)揮更大的優(yōu)勢作用，提高海洋測繪工作水平，這樣才能更好地為我國海洋強國建設奠定堅實基礎。

作者:李滿富 單位:北海市海域使用動態(tài)監(jiān)管中心(北海市海洋信息中心、北海市海洋環(huán)境監(jiān)測預報中心)