摘要：海洋测绘是测绘科学不可或缺的一环，在科学探讨、国防构建以及国民经济发展等层面均有着非常重要的意义。伴随通讯、卫星以及计算机等其它技术的逐渐进步，海洋测绘有了翻天覆地的改变，打破了之前海洋测绘所受时空的限制，已经迈进了以数字形式的测量为主、以3S技术为典型的现代化海洋测绘的全新时期。GPS已经发展成调控测量、海上定位以及海岸测量等无法或缺的方式。GPS技术在测量层面的运用，更加为海洋测绘拓宽了全新的渠道。
关键词：GPS技术；海洋测绘；应用
0引言
海洋测绘技术的准确运用，对我国国民经济和国防事业的建设和发展具有重要的作用。海洋测绘技术作为测绘学科中重要的组成部分，在海洋石油勘探和开发中占有重要的地位，同时对获取准确的海洋石油井位坐标位置也具有重要的作用。随着现代卫星、计算机技术的发展，海洋测绘技术也在不断的完善和更新，并且也渐渐从传统的测绘进入到现代数字化的测绘新时代。GPS技术在海洋测绘中的应用为未来海洋测绘发展提供了新的方向。
1海洋测绘的基本概念及内容
1.1海洋测绘概述
海洋测绘，是指对海洋水体和海底对象进行测量和海图编制的测绘工作，包括了海洋大地测量、海底地形测量、海道测量等多项工作。其中，海上定位和水深测量是海洋测绘的两项重要工作。海上定位技术一般用于海洋船只的导航，但也在测绘工作中起着重要作用；水深测量，即海洋地形测绘，是在准确的海上定位的基础上进行的。海洋测绘可以为航道测量、海洋勘探、近海工程和打捞等工作提供重要的参考依据，是一项十分重要的测绘技术。
1.2 GPS的概念
GPS系统是一个中等距离的圆型轨道卫星的导航系统。其能够为地球外表大多数区域(98%)提供非常精准的定位、速度测定以及较高精准度的时间标准。此系统主要是由美国国防部所研发与保护，能够达到处在地球任何区域又或是近地区域的军事用户持续不断的精准定位的需求。此系统涵盖了位于太空之中的24颗GPS卫星;处在地表的1个主控站等。仅仅需具备其中3颗不同的卫星，便可以在较短的时间内明确客户终端所处的具体方位以及相应的海拔高度;所能够接受的卫星数目愈多，所获得的定位信息便更加的精准。
1.3 GPS技术在海洋测绘工作中的重要性
GPS技术又称卫星定位技术。其定位功能在海洋测绘中发挥着巨大的作用。在测绘船只上安装卫星接收机，利用与卫星相同频率的参考振荡机进行信号接收。分析接收信号过程中出现的相位差，可以确定测绘船的位置线交点，并最终确定其位置。相对于其它定位方式，GPS在海洋测绘定位中具有显著的优点：首先，相对于无线电定位，GPS定位的各个测站间不需要通视，只要保证能够良好地接收GPS信号即可，可以大为减少测绘过程中的过渡点；另外，GPS接收信号在长距测量中具有很高的精度，这对测绘工作来说是一个显著的优势；随着GPS系统的不断完善，定位与观测时间也在进一步缩短，更便于对动态目标实施测量；更重要的是，GPS技术不仅能够测量平面位置，还可以对三维高度进行测量。
2我国海洋测绘工作现状
2.1涉海测绘部门众多
目前，我国军地有多个部门开展海洋测绘工作。海军海洋测绘部队和沿海各省(区、市)的交通海事、海洋管理、测绘地理信息、地矿、水利、能源等部门，以及中国科学院等相关单位结合各自业务需要，不同程度地开展海洋测绘工作。海军海洋测绘部队是海洋测绘工作的主要实施力量，负责组织实施我国的海洋基础测绘工作，出版官方航海图书。交通部海事部门较早地开展了港口和航道工程测量工作，主要负责管理海区港口航道测绘并组织编印航海图书资料，归口管理交通行业测绘工作。国家海洋局的海洋测绘工作主要服务于海岸线和沿海省际间海域界线勘定、海洋调查的规划和组织实施，以及海洋观测预报等。沿海各地海洋地质调查部门进行的海洋测绘主要服务于海洋地质调查研究。测绘地理信息部门的海洋测绘工作主要服务于各地经济建设。水利部的海洋调查主要集中于大江大河入海口的小范围海域。中科院的海洋测绘主要服务于科学研究。
2.2军队测绘部门管理为主
根据《中华人民共和国测绘法》(以下简称《测绘法》)，国务院测绘行政主管部门负责全国测绘工作的统一监督管理，军队测绘主管部门负责管理海洋基础测绘工作，并制定海洋基础测绘规划。我国军队测绘主管部门通过编制海洋基础测绘规划、管理军队测绘资质、检查海洋基础测绘成果质量、制定海洋测绘成果安全保密规章制度、出台海洋测绘相关技术规范等方式，管理和组织海洋基础测绘工作。测绘地理信息主管部门主要按照《测绘资质分级标准》规定，对海域权属测绘、海岸地形测量、水深测量、水文观测、海洋工程测量、扫海测量、深度基准测量、海图编制等测绘活动进行资质管理和市场监管。从调研情况来看，一些沿海地区，军地双方的海洋测绘工作已形成了相互支持、互为补充、较为融洽的关系，地方海洋测绘工作中涉军测绘的有关事宜也能很好地协商解决。但是，也有一些地区的测绘部门开展海洋测绘工作相对较少，军地双方的沟通协调机制还不健全。
2.3海洋测绘保障服务能力明显加强
多年来，经过多个部门的共同协作，我国取得了大量海洋测绘成果资料，为国民经济、国防建设、科学研究和涉外工作提供了海洋测绘保障。我国海军海洋测绘队伍经过六十年的建设，已形成教学、科研、生产和发行的完整体系。我国海洋测绘技术快速发展，从获取海洋测量单一信息发展到获取海面、海底综合几何信息和海洋物理信息;从以船载方式获取信息发展到航天、航空、潜艇等多种测量平台和多种传感器相结合的方式。海洋测绘装备建设得到了极大的发展，配备了先进的海洋测绘装备，建造了中远海测量船。测绘作业基本实现了由手工方式向自动化方式转变，测量项目、海图品种在增多，海洋测量已具备向中远海区发展的能力。建立了较完整的海洋测绘规章制度，海洋测绘作业与管理已走向科学化和规范化的轨道。
3 GPS技术在海洋测绘中的应用
3.1海洋定位的应用
3.1.1GPS技术海上定位的原理
GPS技术在海洋定位测绘中分为静态和动态两类，静态定位主要通过卫星信号接收器接收数据后再测算其他位置的坐标；而动态的定位测量在实际测量中主要依据的是物体的位置、速度等方面的数据，进行位置定位的完成，实时性是其主要特征。海洋测绘工作中对GPS技术的应用，多通过海上船只自身的导航设施与GPS接收器相连并配合工作的方式以及海上船只上声呐仪等设备采集数据，并对数据进行分析、判断，可很好地完成定位，定位精度较高。在近海领域配合基准站技术的利用，在海洋测绘工作中可实现更高精度的海上定位。
3.1.2差分GPS技术的应用
差分GPS技术即差分技术，是GPS技术关键的一项定位技术之一。其主要是利用GPS基准台与三维坐标，得出位置与伪距的修正量，并发送到GPS终端，根据实时GPS数据进行修正，分为位置差分和伪距差分。位置差分的应用原理比较简单，而伪距差分目前应用最为广泛。差分GPS技术，用户接收到的不仅有位置信息，还有相应的修正参数，为更有效地提高定位精度提供了技术支持。目前，差分GPS技术应用于海洋定位及测绘中的范围已较为广泛。例如，在海洋物探定位工作中，可将2条安装着差分GPS接收端的地震船进行前后设置，并在岸上设立基准站。利用GPS定位技术，在预定航线前方地震船向海底岩层发射地震波，后方地震船同时接收地震波和GPS定位信号。海洋地层的结构由地震波的物探信号反馈出来，如果发自其中的储油构造，可利用差分GPS精准信号定位设计钻孔的精确位置，而后再建立钻井平台。
3.2水深测绘的应用
目前，在海洋测绘水深测量中应用测深仪仪器最为广泛，测深仪仪器中回声测深仪与GPS可以配合使用。换能器接收控制设备发出指令，并发出声波，如果在水中遇到障碍物会反射并传回到换能器。通过换能器声波发出和返回时间的计算，从而获得所测点的深度。而海水中温度、压强等物理因素会影响换能器声波的传播速度，这些因素应在计算中予以矫正。在海洋测绘水深测量中，差分GPS技术同样也被应用。目前，信标差分系统在我国水深测量工作普遍应用。它的优势在于基于信标基准站的已经建立，在测绘工作开始前不需要进行基准站的再次搭建，测绘用户可直接利用并实时、免费接受基准站发出的校正信息，达到高精度定位的要求。水深测量的数据传入计算机进行处理，排除误差并校正声速后，便能够成图绘制。
3.3海洋大地控制网
地面控制点与海面控制点、海底控制点3个方面都包含在海洋大地控制网中。海洋大地控制网的建立是海洋测量的基本任务，可辅助完成海洋水下地形测绘及海面变化的观测，并服务于海洋工程建设、海洋资源开发、海底地壳运动监测等方面。海洋大地控制网的建立以海底控制点为首，控制点分布在暗礁、岛屿等，海底控制点的构成主要是水声应答器和固定标志，利用GPS信号接收器与卫星同步观测进行定位是海底控制点测量的主要工作原理，水声应答器可以实现测控点与GPS信号接收器间距测量的同步。控制点分布在暗礁、岛屿的可利用统一参考系中的坐标，通过GPS相对定位技术测定。海底控制点测定工作的完成，通过借助固定浮标或船只GPS接收机、水声定位装置的手段，实现同步的观测卫星及海底控制点。船只GPS接收机位置的瞬间性，为实现其精密的定位确定，可利用GPS技术的相对动态定位完成。观察GPS卫星借助GPS同步接收机以实现定位的同时，船只上GPS接收机与海底控制点之间的距离可借助海底水声应答器进行测量，这样可以实现海底控制点精确位置的测量。
3.4海洋灾害监测
海洋测绘中GPS技术在海洋灾害监测中也得到了应用。海洋测绘主要针对海洋灾害的成因与发展进行监测。另一部分是因为海底下陷等海底的动态反应所造成的。海洋测绘工作可提高对其监测与预报，减少生命、财产等方面的损失。海洋测绘中海洋大地控制网、海底地层布测等可以实现监测工作的完成，对GPS技术高精度和稳定可靠性提出了高的要求。一般要经过长期时间（2～3年），并进行重复性观测、研究海底地壳形变、海底模块运动情况，利用GPS技术可探测海况的更多情况。
4 GPS应用中存在问题的解决方法
4.1位置偏差
无论是选用DGPS或网络ＲTK技术进行定位，都符合该工程项目的定位精度需求。在完成该海洋项目实际水下地形测绘及深水岸线测量时，GPS天线与测深仪振荡器应时刻处于同一垂线上，需保持定位中心与测深中心的一致性，若两者偏差大于规定定位精度标准时，需把定位中心合并到测深中心，进而满足定位和测深的一致。
4.2数据延时
在完成测深作业时，为了实现定位、测深的同步需要将测深仪输出接口和GPS定位输出接口同时接入计算机。在进行数据采集时，GPS定位与测深设备很容易出现不同步现象，造成测得数据出现误差，进而使得地形地貌测绘时出现失真问题。测船前行过程中易造成GPS系统和测深系统测量的水深数据向后偏移，故可采用修正公式“定位测深系统的延时=延时产生的位移/测船速度”对定位和测深进行适当修正。
4.3坐标转换存在误差
GPS技术采用了WGS－84坐标系，获取定位坐标后需借助一定的转换模型转化成地方坐标，常用模型有三参数模型和七参数模型两种。DGPS技术采集的数据主要选用平面位置转换模式即三参数模型转换;网络ＲTK技术的关注点在于平面和高程的精度，故而采集的数据主要选用三维空间转换模式即七参数模型转换。Surfer软件在进行数据处理时，会自动结合数据水深分别范围合理规划等高线的最值及间距。该工程项目数据通过软件自动生成间距为0.5m的等高线，结合工程实际情况调整为1.0m。同时，在工程应用中，AutoCAD文件的图件最为广泛，所以在“File”中选择“Export”，将等高线图件选择dxf输出格式，应用AutoCAD软件开展下一步处理，处理后输出结果如图2所示。
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图2AutoCAD中等高线绘制示意图
结束语：综上所述，GPS技术在海洋测绘中的应用打破了传统测绘区域的局限，拓宽了测绘领域，提升了海洋测绘精度，使得海洋水下地形地貌的还原构建更加形象、准确。GPS技术在海洋测绘中的应用大大促进了我国海洋石油勘探领域的发展，为海洋测绘领域提供了新的发展方向，同时极大的促进了国内海洋测绘领域的飞速发展。
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论文作者:党永平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
标签：海洋论文; 测量论文; 技术论文; 工作论文; 海底论文; 水深论文; 位置论文; 《基层建设》2019年第32期论文;