天津水运工程勘察设计院水运工程测绘技术实验室 天津 300456
摘要：海洋测绘，顾名思义就是以海洋以及其中的相关物质为对象开展的测绘工作。海洋测绘与陆地测绘不同的是，海面以下对象对于常规的视觉测绘方法来说都是不可见的，因此，往往需要采用特殊的技术，如无线电、声纳等技术进行探测。这样一来，如何关联测绘参数与坐标参数，便成为了需要研究的重点问题。在GPS技术出现以前，即便是多个具有不同相对位置的测绘工作同时展开，在位置测量上也难免有很大的误差。随着GPS技术的出现，尤其是差分GPS技术投入测绘领域以后，其定位的准确性受到了专业的肯定，应用范围也越来越广。
关键词：GPS技术；海洋测绘；应用
1GPS测绘技术的应用
1.1GPS海洋控制网
所谓的海洋大地控制网主要包括地面控制点、海面控制点以及海底控制点三大板块，其中海底控制点占据主要地位。开展海底控制点测定主要是借助GPS信号接收器与卫星的同步观测与定位，利用水声应答器来检测控制点与GPS信号接收器之间距离的工作原理来测定GPS信号接收器、海面固定标志以及水声应答器之间的对海底控制点进行监控，精确的定位控制点的实际位置。在海洋大地测量工作中，海洋大地控制点的确立是最基本的工作，主要是为了能够更好的开展后续的海洋工程建设、海底地貌地形测绘、海面变化观测等工作。
1.2GPS的定位技术
网络RTK技术是常用的一种卫星定位连续运行综合服务系统，部分沿海省省级以及市级两部分的基准站网，能够提供不同等级精度的定位与导航服务，从具体的形势来看，不仅能够提供动态定位还能提供静态数据服务，但是却只适用于近海水域。在DGPS技术的发展过程中，涌现出一种新的技术——GPS—PPK技术。与网络RTK相比，前者突破了数据传送时的局限性，产生作用的距离更长远，即使没有技术连接，也能够开展测绘工作。在实际开展海洋测绘工作时，需要将这些技术结合起来，靈活应用，服务于测绘数据的精度。
1.3GPS的测高技术
地形图实质上就是正形投影图，能够依据一定的准则表示地物的地貌平面位置与高程，要想绘制海底地形图，就需要借助测深仪器设备以及相关的水位资料来获得高程数据。虽然现阶段海洋GPS测绘技术已经相当成熟，但是由于海洋环境的变幻莫测，在获取水位资料与高程测量时依然会存在一定的误差。进行海洋水下地形测绘时主要是借助DGPS技术实现定位，然后利用水位站来观测水位变化，借助水位模型推算最低潮面数值，进行高程控制。当测绘区域离海岸比较远时，按照传统的潮面验潮方法主要是设立一个离测区最近的潮位站，这样测得的数值之间差值过大，远远超过了测绘精准度所限定的差值。后续引入到海洋测绘当中的GPS—RTK和GPS—PPK“无验潮”技术极大的缩小了水位之间的误差值。利用GPS—RTK或GPS—PPK“无验潮”模式技术来进行海底高程的测定，实质上是将经过处理与归位计算后的瞬时高程取代原来的由水位与水合成的高程值，极大的规避了因为各种因素引起的测量差值问题，大大提升了测量的精准度，这是传统的验潮模式所不能相提并论的优势。
2GPS技术在海洋定位中的应用
2.1海上定位技术的基本原理
GPS定位技术一般可分为静态定位和动态定位两类。静态定位是指利用两台以上的卫星信号接收器接收数据，处理后得到坐标，并结合相对位置信息，得到其他测算点的位置坐标；动态测量技术则是依靠物体的位置、速度、加速度等参数实时测绘物体的位置信息。在海上定位工作中，采用GPS接收器和船只导航设备相配合，如结合船只配备的声纳仪、计程仪、陀螺仪等设备综合分析并处理位置信息数据，可以更好的提高定位精度。在近海海域，结合基准站技术，可以实现极高精度的海上定位工作，其中，差分技术极为关键的一项定位技术。
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2.2差分GPS技术
差分技术，即差分GPS技术。其主要思想是利用已知的差分GPS基准台，结合精确的三维坐标，求出位置修正量与伪距修正量，将修正量发送至GPS终端，结合相应的实时GPS数据进行修正。按照差分基准台发送信息的方法，可以将差分定位分为位置差分和伪距差分。位置差分是利用安置在已知精确坐标基准站的GPS接收机所接收的位置数据链，对用户所接收到的坐标数据进行修正，其原理最为简单；伪距差分是利用已知坐标求出站星的距离，对比含有误差的测量数据后，将误差信息传给用户作为修正依据，该技术应用最为广泛。利用差分GPS技术，用户不仅能接收到位置信息，还能接受到相应的修正数据，可以更加有效地提高定位精度。
2.3差分GPS技术在海洋定位中的应用
结合差分定位技术，可以在海洋定位及测绘中实现较为丰富的应用。例如在进行海洋物探定位时，可以在前后布置两条装有差分GPS接收端的地震船，并在岸上设立基准站。当前方地震船按照预定航线航行时，利用GPS进行定位，并向海底岩层发射地震波。后方船只同时接收地震波和GPS定位信号。地震波的物探信号可以反应地层的结构，发现地层中的储油构造，结合差分GPS信号，可以准确地设计出钻孔的位置，从而建立钻井平台。
3GPS技术在水深测绘中的应用
3.1GPS在水深测量中的应用原理
目前在水深数据测量中使用最为广泛的仪器是测深仪，其中，回声测深仪可以与GPS配合使用。利用控制设备向换能器发出指令，换能器发出的声波在水中遇到障碍物时，会发生反射并回传到换能器。通过计算声波的往返时间，即可获得所测点的深度。同时，声波在海水中的传播速度受到海水的盐度、温度、压强等物理状态的影响，为了保证测量精度，必须予以矫正。
3.2水深测量的数据采集与处理
在水深测量中，同样也需要采用差分定位技术。在我国的水深测量工作中，普遍采用的是信标差分系统，其优势在于，我国已经在海岸线上建立了信标基准站，测绘用户可以随时免费接收这些基准站发出的校正信息，实现高精度定位，而不需要单独搭建基准站。水深数据一般是通过计算机进行处理的，当数据采集并传入计算机以后，剔除掉误差并校正声速后，就可以进行成图绘制。
4GPS在海洋测绘中的常见问题与解决措施
4.1位置测绘偏差与修正措施
借助DGPS与RTK技术的海洋测绘的技术精度，可以满足大部分测绘工作的需要。但在部分高精度测绘工作，如海洋水下地形和深水海岸线的测绘时，就需要纠正位置的测绘偏差。常用的方法是将测绘中心与定位中心一致化，使测深仪的换能器与GPS天线在一个垂直线上，或在获得测试数据或将二者的相对位置进行归正。
4.2数据采集延时与校正措施
进行海洋测深，实际上是利用计算机同时接收GPS信号和测深仪信号的数据的过程。这就要求GPS信号数据和深度数据的采集保持很好的一致性。但实际上，不同设备的数据采集速度必然存在着差别。因此，根据测试仪器的采集速度、船速等参数对采集时间进行校正，改善数据的失真状况，是提高测绘精度的重要措施。
4.3坐标转换误差与校正措施
在基于GPS技术进行坐标采集时，往往会借助一定的转换模型。但不论是七参数模型还是三参数模型，不可避免地会存在一定的误差。这是因为GPS数据采集后会进行平面位置的转换，虽然数学模型相对严密，但受到观测条件的影响，还是会出现精度误差。因此，基于测绘经验对数据和模型进行修正，是相关领域需要继续进行的工作。另外，转换工作能否准确进行，与测绘人员的专业素养也有着很大的关系。许多测绘人员不重视数据的准确性，不理解各项误差校正工作的实际意义，就会使测绘结果出现偏差。
结论
随着GPS技术不断推进，以及包括我国在内的更多更先进的卫星定位系统不断地研发和投入使用，定位精度和工作效率必将大为提高。卫星定位技术在海洋测绘工作中将发挥越来越重要的作用。
参考文献：
[1]赵建虎.现代海洋测绘[M].武汉：武汉大学出版社，2016：7-8.
[2]李征航.GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2016：17-25.
论文作者:徐志远
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/8
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