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【摘要】随着科技水平的发展和工业化进程的加速，海洋测绘作为测绘科学技术中的重要的一个门类，其设备与技术都有了明显的改进和提高。GPS（全球定位系统），拥有精度高、可全天候运作等优点，在海洋水深测量与精密定位的应用中具有很高的利用价值。本文就GPS技术在海洋测绘中的水深测量与精密定位的测量方法与工作原理进行了研究和分析。
【关键词】GPS 海洋测绘 精密定位及水深测量
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：
【引言】随着科技水平的不断提高和社会进行的不断加速，对于研究地球科学的领域而言，人类取得了长足的进步和巨大的发展，在海洋领域进行的探索和研究也开始渐渐深入。海洋测绘工作往往需要进行海图测绘、水下深海的地形测量、海底的滩涂测绘、港口清淤、航道的测量、近岸浅海的港口地区工程施工等一系列的工作。就目前而言，常用与我国海洋测绘工作中的传统工作方法包括：罗盘定位与六分仪、测深杆、测深绳、测深铅鱼等，这些传统的工作方法测量精确度较低且效率不高，只能进行粗略的海图绘制，难以完成当前情况下所需要进行的各类工作，更难以满足高要求的探测工作的进行。为了解决此类问题，在遥感探测、声波探测、卫星地位和激光探测等科学技术不断成熟的今天，此类先进技术逐步被应用于海洋的测绘过程之中，随着这些技术的使用，海洋测绘技术也将逐渐向高效率、高精度、高现代化迈进。
1.GPS在海洋测绘的精密定位中的应用方法
目前，以交通部海事局为基础，中国沿海范围内为区域的指向标差分GPS的无线电定位系统（RBN/DGPS)已经投入使用。此系统是由多个基准的台站组合而成，其有效工作距离可以达到300公里，能够基本覆盖我国范围内的海道测量范围且定位的精确程度可以保持在5米之内，很大程度上满足了沿岸海道的测量大比例尺绘图过程中导航与定位的精确度要求。但对于要求高精度测量的区域而言，此系统依旧无法满足以GPS技术为基础的水位更正方式的需求。而对GPS-PPK技术而言，其主要是指事后精密处理双频GPS所采集到动态测量数据的技术，此项技术在测量时具有很高的精密程度，而且GPS-PPK技术在实际使用的过程中对于数据链可以不用进行实时的通讯。
结合在海洋测绘过程中关于测量规范的要求，在综合对设备运行的成本、大地高精度的要求、导航实时性的需求等许多实际问题考虑的前提下，进行精密的海洋测绘中的定位工作需要結合指向标差分GPS的无线电定位系统（RBN/DGPS)和GPS-PKK技术中的后台动态数据处理系统，使用将两者相互结合的技术方案。
其主要工作流程是，首先经RBN/DGPS系统对实时的定位导航进行系统支持，提供误差在3米之内的实时定位数据，之后再由双频载波对其载波的相位数据进行记录并观测所记录的相位的部分测量。另外，在进行后台数据处理的过程中，水平面的位置的计算可以达到米级的精确程度，且此时也能够计算出对于更正水位的GPS大地高度。需要注意的是，每个基站都需要配备大地测量型的双频GPS接收装置，之后通过台式机或笔记本电脑就能够对测量时所收集到的数据进行完美收集。
2.GPS在海洋测绘的水深测量中的应用方法
2.1无验潮测量技术
无验潮测量技术随着GPS-RTK的日益成熟，如今已经能够获得cm甚至mm级的水平定位精度和cm级的高程度定位技术，该技术的固定断面测量采用RTK无验潮模式实施。根据固定断面测量时需取得定位坐标转换参数，转换参数的质量直接影响RTK测量的精确度。测试前需采用声速测试计测量当天水中的声速，而后将声速参数输入测深仪，自动修正水温、盐度对水深测量值的影响。要算出测深仪吃水深度与GPS天线高，需利用精确量取换能器杆总长与杆顶至水面的距离。实施测量时，需利用GPS控制点结果，在GPS-RTK手簿中进行调整，在离测区近的控制点上建立基准架，用GPS-RTK手簿启动基准站，将转换册数输入海洋测绘导航软件中。
无验潮测量时，为了确保定位精度，可利用海测软件设置为RTK固定，要采集数据记录，需流动站GPS接受机初始化成功后才可进行。要注意将利用转换参数测量的RTK无验潮成果与GPS-RTK手簿中点校正测量的测点三维坐标进行对比，以保证各种设置的精确无误。
2.2GPS与数字测深仪的实际应用
2.21.水深测量工作中的基本步骤与作业方法
水深测量工作主要是指通过承载测量船与作业系统进行测量作业进而获得水深数据的工作过程，其工作系统主要由专业软件和计算机、GPS接受装置、数字探测仪等设备组成。工作流程可以分为测量前的准备工作、外业数据的收集工作、内业数据的处理工作、测量成果的输出工作等几个步骤。
（1）测量前的准备工作
在进行水深测量的前期准备工作时需要注意一下几个方面：第一，对RTK基准站进行架设时，其位置应选择在测量范围内的中心区域，要求处于视野开阔切地势较高的位置；第二，借助已知测量区域内的两处WGS84坐标与北京54或西安80坐标，计算出所需要转换的参数；第三，使用加密方法对已有的测量断面进行重新设置，初步布设水深测量的作业线。
（2）外业数据的收集工作
在进行此项工作是要注意一下几点：第一，要排除如参数错误等能够引起基准站进行坐标转换计算出现误差的因素，对基准站的坐标进行校验；第二，对测量深度系统中的各项设备进行连接，完成测量仪器与更正天线的偏差、接受装置的数据格式、定位仪的接口和测深仪配置等校准和连接工作，之后才可开始进行测量工作。
（3）内业数据的处理工作
内业数据的处理工作主要是指通过相应的处理软件对所收集到水源深度的测量数据进行分析和处理，进而形成详细的水深分析的统计报告、水深图等测量的实际成果，比昂将其进行输出形成文档。
2.2.2GPS-RTK在水深定位中的应用
由于GPS-RTK技术坐标系统的设定主要是使按照当前所提供或要求的坐标系来进行的，在使用此技术进行水深定位的测量过程中，首先要对参数进行计算求解，之后才能够将各坐标的数据进行比较分析。所以这就要求在进行水深定位的工作中，在架设基站时要选择在地势高的房顶或山顶之上，通过各个移动站对已知坐标点的实际测量之后，使用相应软件对坐标进行求解转换，进而得出测量区域内的坐标系数。
3.海洋测绘工作中水深测量的精确度分析及误差来源判断
在使用无验潮的方法进行水深测量的工作时，鉴于船体摇摆、RTK的高程可靠性、采样速率、同步时差等不确定因素会对测量的结果精确度产生很大程度上的影响，由于这些因素所产生的误差会比RTK定位所产生的误差数值高出不少，因此对提高无验潮方法进行水深测量的精度产生了很大程度上的制约与影响。
对于船体的动态吃水与摇摆姿态的更正而言，可以通过使用电磁式的姿态仪对船的姿态进行修正，其中包括位置修正与高程修正。船在行驶的过程在其横摆、纵摆和航向等具体的参数都能够借由姿态仪进行输出，同样依靠其测量的专属软件进行对此类参数进行修正。另外，对于船体动态的吃水数据而言，在进行更正时可以依据其静态吃水和探测船的自重下沉以及颠簸程度的总和取平均值，进而以满足探测时的误差修正。声速改正方面，可利用水文统计方法求取。水文改正方面，用余水水位法，扩大验潮站控制范围，基于信号处理理论的时差结算法，可成功解决。
4.结语
在海洋测绘的精密定位及水深测量的工作过程中，GPS技术以其极高的应用价值和巨大的优势，应该得到大范围的推广和利用，特别是对内陆的水域与近海海洋的测量工作而言有着更为宽广的发展与使用前景。
另外，需要注意的是，当在使用GPS技术时，还应该注意对船体在进行精密定位及深水测量时的浪涌改正、吃水改正、姿态改正等造成误差产生的影响因素的控制，同时还要对定位导航软件和探测仪器使用时的数据同步性等问题不断的进行深入探索和研究，只有这样才能在最大程度上降低GPS技术所产生的误差，才能使其为我国的海洋测绘工作更好的服务。
【参考文献】
[1]张继帅,李金生,张晓舒.GPS在海洋精密定位及水深测量中的应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊).2009.
[2]陈长林,翟京生,陆毅.IHO海洋测绘地理空间数据新标准分析与思考[J].测绘科学技术学报.2011.
[3]韩范畴,李春菊,贾建军.海洋测绘数据库支撑下的航海图书生产与保障[J].测绘科学技术学报.2010
【关键词】GPS 海洋测绘 精密定位及水深测量
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：
【引言】随着科技水平的不断提高和社会进行的不断加速，对于研究地球科学的领域而言，人类取得了长足的进步和巨大的发展，在海洋领域进行的探索和研究也开始渐渐深入。海洋测绘工作往往需要进行海图测绘、水下深海的地形测量、海底的滩涂测绘、港口清淤、航道的测量、近岸浅海的港口地区工程施工等一系列的工作。就目前而言，常用与我国海洋测绘工作中的传统工作方法包括：罗盘定位与六分仪、测深杆、测深绳、测深铅鱼等，这些传统的工作方法测量精确度较低且效率不高，只能进行粗略的海图绘制，难以完成当前情况下所需要进行的各类工作，更难以满足高要求的探测工作的进行。为了解决此类问题，在遥感探测、声波探测、卫星地位和激光探测等科学技术不断成熟的今天，此类先进技术逐步被应用于海洋的测绘过程之中，随着这些技术的使用，海洋测绘技术也将逐渐向高效率、高精度、高现代化迈进。
1.GPS在海洋测绘的精密定位中的应用方法
目前，以交通部海事局为基础，中国沿海范围内为区域的指向标差分GPS的无线电定位系统（RBN/DGPS)已经投入使用。此系统是由多个基准的台站组合而成，其有效工作距离可以达到300公里，能够基本覆盖我国范围内的海道测量范围且定位的精确程度可以保持在5米之内，很大程度上满足了沿岸海道的测量大比例尺绘图过程中导航与定位的精确度要求。但对于要求高精度测量的区域而言，此系统依旧无法满足以GPS技术为基础的水位更正方式的需求。而对GPS-PPK技术而言，其主要是指事后精密处理双频GPS所采集到动态测量数据的技术，此项技术在测量时具有很高的精密程度，而且GPS-PPK技术在实际使用的过程中对于数据链可以不用进行实时的通讯。
结合在海洋测绘过程中关于测量规范的要求，在综合对设备运行的成本、大地高精度的要求、导航实时性的需求等许多实际问题考虑的前提下，进行精密的海洋测绘中的定位工作需要結合指向标差分GPS的无线电定位系统（RBN/DGPS)和GPS-PKK技术中的后台动态数据处理系统，使用将两者相互结合的技术方案。
其主要工作流程是，首先经RBN/DGPS系统对实时的定位导航进行系统支持，提供误差在3米之内的实时定位数据，之后再由双频载波对其载波的相位数据进行记录并观测所记录的相位的部分测量。另外，在进行后台数据处理的过程中，水平面的位置的计算可以达到米级的精确程度，且此时也能够计算出对于更正水位的GPS大地高度。需要注意的是，每个基站都需要配备大地测量型的双频GPS接收装置，之后通过台式机或笔记本电脑就能够对测量时所收集到的数据进行完美收集。
2.GPS在海洋测绘的水深测量中的应用方法
2.1无验潮测量技术
无验潮测量技术随着GPS-RTK的日益成熟，如今已经能够获得cm甚至mm级的水平定位精度和cm级的高程度定位技术，该技术的固定断面测量采用RTK无验潮模式实施。根据固定断面测量时需取得定位坐标转换参数，转换参数的质量直接影响RTK测量的精确度。测试前需采用声速测试计测量当天水中的声速，而后将声速参数输入测深仪，自动修正水温、盐度对水深测量值的影响。要算出测深仪吃水深度与GPS天线高，需利用精确量取换能器杆总长与杆顶至水面的距离。实施测量时，需利用GPS控制点结果，在GPS-RTK手簿中进行调整，在离测区近的控制点上建立基准架，用GPS-RTK手簿启动基准站，将转换册数输入海洋测绘导航软件中。
无验潮测量时，为了确保定位精度，可利用海测软件设置为RTK固定，要采集数据记录，需流动站GPS接受机初始化成功后才可进行。要注意将利用转换参数测量的RTK无验潮成果与GPS-RTK手簿中点校正测量的测点三维坐标进行对比，以保证各种设置的精确无误。
2.2GPS与数字测深仪的实际应用
2.21.水深测量工作中的基本步骤与作业方法
水深测量工作主要是指通过承载测量船与作业系统进行测量作业进而获得水深数据的工作过程，其工作系统主要由专业软件和计算机、GPS接受装置、数字探测仪等设备组成。工作流程可以分为测量前的准备工作、外业数据的收集工作、内业数据的处理工作、测量成果的输出工作等几个步骤。
（1）测量前的准备工作
在进行水深测量的前期准备工作时需要注意一下几个方面：第一，对RTK基准站进行架设时，其位置应选择在测量范围内的中心区域，要求处于视野开阔切地势较高的位置；第二，借助已知测量区域内的两处WGS84坐标与北京54或西安80坐标，计算出所需要转换的参数；第三，使用加密方法对已有的测量断面进行重新设置，初步布设水深测量的作业线。
（2）外业数据的收集工作
在进行此项工作是要注意一下几点：第一，要排除如参数错误等能够引起基准站进行坐标转换计算出现误差的因素，对基准站的坐标进行校验；第二，对测量深度系统中的各项设备进行连接，完成测量仪器与更正天线的偏差、接受装置的数据格式、定位仪的接口和测深仪配置等校准和连接工作，之后才可开始进行测量工作。
（3）内业数据的处理工作
内业数据的处理工作主要是指通过相应的处理软件对所收集到水源深度的测量数据进行分析和处理，进而形成详细的水深分析的统计报告、水深图等测量的实际成果，比昂将其进行输出形成文档。
2.2.2GPS-RTK在水深定位中的应用
由于GPS-RTK技术坐标系统的设定主要是使按照当前所提供或要求的坐标系来进行的，在使用此技术进行水深定位的测量过程中，首先要对参数进行计算求解，之后才能够将各坐标的数据进行比较分析。所以这就要求在进行水深定位的工作中，在架设基站时要选择在地势高的房顶或山顶之上，通过各个移动站对已知坐标点的实际测量之后，使用相应软件对坐标进行求解转换，进而得出测量区域内的坐标系数。
3.海洋测绘工作中水深测量的精确度分析及误差来源判断
在使用无验潮的方法进行水深测量的工作时，鉴于船体摇摆、RTK的高程可靠性、采样速率、同步时差等不确定因素会对测量的结果精确度产生很大程度上的影响，由于这些因素所产生的误差会比RTK定位所产生的误差数值高出不少，因此对提高无验潮方法进行水深测量的精度产生了很大程度上的制约与影响。
对于船体的动态吃水与摇摆姿态的更正而言，可以通过使用电磁式的姿态仪对船的姿态进行修正，其中包括位置修正与高程修正。船在行驶的过程在其横摆、纵摆和航向等具体的参数都能够借由姿态仪进行输出，同样依靠其测量的专属软件进行对此类参数进行修正。另外，对于船体动态的吃水数据而言，在进行更正时可以依据其静态吃水和探测船的自重下沉以及颠簸程度的总和取平均值，进而以满足探测时的误差修正。声速改正方面，可利用水文统计方法求取。水文改正方面，用余水水位法，扩大验潮站控制范围，基于信号处理理论的时差结算法，可成功解决。
4.结语
在海洋测绘的精密定位及水深测量的工作过程中，GPS技术以其极高的应用价值和巨大的优势，应该得到大范围的推广和利用，特别是对内陆的水域与近海海洋的测量工作而言有着更为宽广的发展与使用前景。
另外，需要注意的是，当在使用GPS技术时，还应该注意对船体在进行精密定位及深水测量时的浪涌改正、吃水改正、姿态改正等造成误差产生的影响因素的控制，同时还要对定位导航软件和探测仪器使用时的数据同步性等问题不断的进行深入探索和研究，只有这样才能在最大程度上降低GPS技术所产生的误差，才能使其为我国的海洋测绘工作更好的服务。
【参考文献】
[1]张继帅,李金生,张晓舒.GPS在海洋精密定位及水深测量中的应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊).2009.
[2]陈长林,翟京生,陆毅.IHO海洋测绘地理空间数据新标准分析与思考[J].测绘科学技术学报.2011.
[3]韩范畴,李春菊,贾建军.海洋测绘数据库支撑下的航海图书生产与保障[J].测绘科学技术学报.2010