（江西省基礎(chǔ)測繪院 江西南昌 330046）

1 GPS簡介

1.1 GPS系統(tǒng)

GPS系統(tǒng)構(gòu)成∶一是空間部分，由工作衛(wèi)星（21顆）以及在軌備用衛(wèi)星（3顆）組成；二是地面控制部分，由主控站（1個(gè)）、注入站（3個(gè)）以及監(jiān)測站（5個(gè)）組成；三是用戶設(shè)備部分，即GPS 信號接收機(jī)，該裝置能夠接收GPS 信號，并予以處理，最終給出測站實(shí)際三維坐標(biāo)。

1.2 GPS原理

用戶在GPS 接收機(jī)這一裝置的幫助下能夠同時(shí)獲取多個(gè)GPS 衛(wèi)星信號，然后根據(jù)接收到的信息，對測站點(diǎn)P 和各個(gè)GPS 衛(wèi)星之間的每個(gè)距離進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，與此同時(shí)，確定此時(shí)相關(guān)GPS 衛(wèi)星所在的具體空間坐標(biāo)，最后在距離交會法的幫助下便能求解出測站點(diǎn)P的具體位置。求解方程如下[1]。

方程中∶P1、P2、P3為P點(diǎn)和3顆衛(wèi)星的各自距離。

2 海洋測繪精密定位中運(yùn)用GPS 定位的方法

現(xiàn)階段，以中國沿海區(qū)域?yàn)闇y量對象的RBN/DGPS 已經(jīng)正式得以應(yīng)用。該系統(tǒng)具有良好的工作性能，最大工作半徑為300km，定位精度可控制在5m以內(nèi)，能夠滿足基本的導(dǎo)航以及定位需要，在沿岸海道的測量工作中發(fā)揮出了巨大作用。進(jìn)行高精度測量時(shí)，該系統(tǒng)存在一定的不足，如難以提供水位更正方式的全部需要。GPS-PPK 這一技術(shù)能夠滿足高精度測量的要求，另外，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，并無需對數(shù)據(jù)鏈接進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。

按照海洋測量規(guī)范給出的相關(guān)要求，同時(shí)兼顧其他方面的因素（一是設(shè)備成本；二是精度要求；三是導(dǎo)航實(shí)時(shí)性），對那些涉及精密測繪的工作，建議采用RBN/DGPS、GPS-PPK 相結(jié)合的方式進(jìn)行。當(dāng)然，在正式應(yīng)用之前，應(yīng)結(jié)合兩者特點(diǎn)，制定出一套完善的技術(shù)方案，關(guān)鍵工作內(nèi)容及步驟如下∶一、利用RBN/DGPS 提供一系列實(shí)時(shí)地位數(shù)據(jù)，且要求誤差不超過3m；二、利用GPS—PPK技術(shù)發(fā)出雙頻載波，然后獲取載波相位數(shù)據(jù)，并予以記錄和觀測[2]。

GPS 測量技術(shù)由于不受空間條件的制約，因而諸多海洋測繪事務(wù)中得以廣泛應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域包括∶控制測量；海岸地形的測量；海洋定位等三項(xiàng)。

在海洋物探定位工作中，差分GPS技術(shù)能夠發(fā)揮出十分積極的作用。于海岸上某個(gè)合適位置架設(shè)基準(zhǔn)站，將2臺差分GPS 接收機(jī)分別裝備到2 艘地震船上，要求其中1 艘地震船根據(jù)計(jì)劃航線不斷行駛，并借助差分GPS 導(dǎo)航及其定位系統(tǒng)，每行駛一個(gè)固定的時(shí)間之后，便向海底巖層發(fā)出一個(gè)地震波信號，與此同時(shí)，另外1 艘地震船尾隨其后，并接收地震波的反射信號，然后將GPS 定位給定的結(jié)果準(zhǔn)確而完整地記錄下來。在地層內(nèi)部，地震波也能夠進(jìn)行有效傳播，利用該特性，可針對地層結(jié)構(gòu)展開相應(yīng)的研究與分析，進(jìn)而探測到那些可能存在豐富石油儲量的地點(diǎn)，接下來便可對地質(zhì)構(gòu)造展開更進(jìn)一步的分析，并確定最為合理的鉆孔位置。結(jié)合預(yù)先留置的孔位，在差分GPS技術(shù)的幫助下，便可以快速而準(zhǔn)確地完成鉆井平臺的相關(guān)建設(shè)。具體操作內(nèi)容如下∶在海岸合適位置以及鉆井平臺上完成整個(gè)GPS系統(tǒng)的完整架設(shè)，同時(shí)將GPS 天線根據(jù)要求設(shè)置在鉆井平臺的四周，如此一來，4個(gè)天線便會完成相應(yīng)信息的接收，并將其全部匯入接收機(jī)。至于通過基準(zhǔn)站所獲得的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈電臺同樣傳輸?shù)姐@井平臺的接收機(jī)上。最后，利用平臺上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對接收到的5 組數(shù)據(jù)展開同步處理，便能夠準(zhǔn)確掌握平臺的具體信息（如傾斜情況、旋轉(zhuǎn)情況以及平移情況等）。如此一來，大幅提高了平臺的可靠性以及安全性。

3.GPS 在水深測量中的具體應(yīng)用

3.1 多波束水深測量系統(tǒng)

現(xiàn)階段，在開展水深測量工作的過程中，一般借助多波束水深測量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。相較傳統(tǒng)的單波束系統(tǒng)而言，多波束水深測量系統(tǒng)更具優(yōu)勢，比如能夠結(jié)合水源實(shí)際深度對所需的相關(guān)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行直接收集。所以，應(yīng)用該系統(tǒng)可及時(shí)而準(zhǔn)確地探測清楚海底的地形地貌，并予以繪制。

3.2 測量內(nèi)容及步驟

水深測量工作其目的在于獲得精準(zhǔn)的水深數(shù)據(jù)，需要借助相應(yīng)的作業(yè)系統(tǒng)予以完成，該作業(yè)系統(tǒng)主要由以下關(guān)鍵設(shè)備構(gòu)成∶計(jì)算機(jī)（配置有專業(yè)軟件）；GPS 接受裝置；數(shù)字探測儀等。

水深測量步驟∶一是準(zhǔn)備工作，架設(shè)GPS-RTK基準(zhǔn)站,然后進(jìn)行點(diǎn)校正，最后對測深作業(yè)線進(jìn)行初步布設(shè)；二是對外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，對基準(zhǔn)站坐標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，保證其準(zhǔn)確性，然后連接測深系統(tǒng)，檢查無誤之后，啟動；三是內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理工作，借助專業(yè)處理軟件對一系列外業(yè)數(shù)據(jù)展開相應(yīng)的分析以及處理，獲得該項(xiàng)工作的目標(biāo)資料，如水深圖等；最后是保存，也可根據(jù)需要以紙質(zhì)文檔的形式打印出來。

3.3 精度分析

可在電磁式姿態(tài)儀的幫助下，對船姿進(jìn)行必要修正，修正內(nèi)容主要涉及兩點(diǎn)，一是高程的修正，二是位置的修正。無論是航向影響，還是縱擺影響，或者是橫擺影響，全部可以利用姿態(tài)儀進(jìn)行監(jiān)測并輸出，最后借助一系列專業(yè)測量軟件予以合理的修正。

信息采集過程，GPS 定位輸出更新率的變化將會對瞬時(shí)采集的密度以及精度產(chǎn)生十分明顯的影響?，F(xiàn)階段，通過RTK 這種方式，絕大多數(shù)條件下都能夠?qū)崿F(xiàn)20HZ的GPS 輸出率[3]。需要指出的，在輸出速度方面，不同廠家生產(chǎn)的探測儀存在一定的差異，繼而導(dǎo)致數(shù)據(jù)輸出的延遲也存在一定的差距。所以，對水深數(shù)據(jù)進(jìn)行測量時(shí)，通常無法保證測量時(shí)刻、定位時(shí)刻的同步性，換而言之，二者往往存在一定的時(shí)間差，最終導(dǎo)致定位延時(shí)問題的出現(xiàn)。為有效解決上述問題，應(yīng)針對延遲予以適當(dāng)?shù)男拚?/p>

4.結(jié)束語

在海洋測繪的精密定位工作中，GPS 這一技術(shù)具有十分明顯的優(yōu)勢，不僅容易實(shí)現(xiàn)，而且精度較高，因而具有十分廣闊的應(yīng)用前景，所以，應(yīng)該給予足夠的重視和支持，使該項(xiàng)技術(shù)在我國近海海洋的一系列測量工作發(fā)揮出更大的作用。

[1]顧斌,董杰,董妍,李菲菲.GPS 在海洋測繪中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2010(03).

[2]柯可.GPS技術(shù)的原理及其在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)(下半月)，2008(02).

[3]劉基余,孫紅星.導(dǎo)航衛(wèi)星在海洋測繪中的應(yīng)用及其展望[J].海洋測繪，2011(04).