GPS技术及其在海洋测绘中的应用探析

摘要：GPS-RTK技术的应用范围越来越广。与其他传统的测量方法比起来，具有绝对性的优势，在使用这项技术的时候，当GPS-RTK标明的测量方式出现以后，不可以马上就开始测量，而是要在另外一个已知点上检核正确后才可进行测量作业，这样测试出来的结果才可以精确有效。

关键词：GPS-RTK技术；海洋测绘；应用

近些年来，GPS- RTK技术取得长足进步，在地形测量、工程测量以及控制测量等领域中都得到广泛应用。从某种程度上讲，GPS- RTK技术可以称之为测绘领域的一场技术革命，具有里程碑的重要意义。海洋幅员辽阔，视野开阔，因此GPS- RTK技术特别适合海洋测绘。海洋测绘作为测绘领域其中一部份，也因GPS- RTK技术运用而起到翻天覆地变化[1]。

1 GPS-RTK技术的理论和参数求取

1.1 GPS-RTK 定位原理及关键技术

GPS-RTK相比较于常规方法的优势在于它可以在野外实时获取cm级的精确度，而不像其他测量方法需要再进行数据解析后才能够得出cm级的精度。这是因为GPS-RTK采用了新的方法，载波相位动态实时差分是在测量上GPS运用的一个重大突破，可称为里程碑。GPS-RTK技术是基于载波相位动态实时差分发展出来的一项测量技术，能够极大地提高作业的精度和效率。在这种测量模式下，GPS-RTK基准站首先收集好观测坐标，通过数据链接，最终将观测值发送到流动站。之后，进行GPS观测数据采集，将数据进行系统录入，系统将其组合成为差分观测值，然后对观测值进行处理，从而迅速给出cm级的结果。搜集、计算、整合、输出结果总共用时不会超过1s。作业的时候，状态是运动或者静止这都没有关系，可以在动态环境下直接开始模糊计算，也可以在静态下进行初始化后，再进入作业。GPS-RTK技术进行观测值的追踪时，需要四颗以上的卫星同步工作，这样才可以绘制必要的集合图像，使实时定位结果的给予成为可能。这项技术的核心就是数据的处理和传输，这两项技术是GPS-RTK技术的关键技术，基准站要在要求的时刻将相关数据透过数据传输传送到流动站上面，对于波特率的要求较高，波特率一般要达到9600，但是这种波特率是可以容易实现的[2]。

1.2 GPS-RTK参数的求取

根据GPS-RTK技术原理，各个数据的采集、接收、处理使用的都是WGS84坐标。使用相同的坐标可避免数据混淆，确保数据精确。参考站的起点固定在一个坐标上面，并同时计算发生的变化，利用电波进行实时传送，流动站接收这些经过电台传送的WGS84坐标，并进行处理，条件符合时，就能够得到相应的结果。这样，流动站便可与参考站保持数据同步，由此得到高精度的WGS84三维坐标。把现在坐标和原来坐标的转换参数求出，便可以符合到需要的点上。坐标系也不一样，测量和实际使用的坐标系要进行转换。

2 GPS-RTK技术在海洋测绘中的应用

2.1 GPS-RTK 技术在海面上测绘的实施

海域面积测绘应当严格按照 《海域使用面积测量规范（HY070- 2003）》的规定实施。海域使用有不同用海类型，不同用海类型界定具体的用海范围，例如港口、航道、路桥、养殖及填海造地工程等的用海范围界定，还要参照《海籍调查规范》的要求进行范围确定。在开展海域面积测量，GPS- RTK技术就不再依赖用海项目的控制点，也不用控制点通视。移动站在目标位置直接进行测算。在开展海域面积施工放样方面，RTK差分技术与以往放样过程完全不同，放样数据直接由手薄计算机计算输入，同时移动站可以直接指出测量的移动方向和目标位置[3]。在目标位置上，移动站手薄显示数据符合放样精度时，会自动提示测量者已成功放样，并指导下一步施工。RTK差分技术可以反复作业，不必重复输入设计数据，不必担心数据计算或输入粗差。从而代替了从高级控制点做导线引入控制点的繁杂程序。

2.2 GPS-RTK 技术近海航道水下地形测量的应用

水下地形勘测是海洋测绘工作的一项重要内容，但由于作业环境的特殊性，实施水下地形测量比水上海域面积测量的难度要大许多，因此需要结合实际情况采取相应的定位方法。一般实践中使用较多的主要有回返水声定位、GPS卫星定位以及无线电测量定位等。有时需要几个方法结合使用才能完成测量工作。目前开始尝试将GPS- RTK与测深仪联合作业，应用在水下地形测量工作中。此种GPS- RTK定位技术的应用主要涉及以下内容：1）选择近海岛屿设置数据采集基站，应用现代化先进技术，并在测量船中安装接收机及相应的探测设备；2）利用GPS导航实施定位，借助预先设定的机器依照操作人员指令每间隔一定时间向水下发出超声波，通过对发射回来的声波进行分析，得出海洋数据及定位结果。以水下地形测试实例，所设置的测深线与航海道之间保持互相垂直关系，沿航海道布置相应的检查线路。利用徕卡gps1230以及海达hd27 数字测深仪实施平面定位，仪器所支持的有效距离为 30km，在此范围之内可以确保0.25m 的动态精确值[4]。

此次水下地形测试所使用的是本文所探讨的GPS- RTK实时动态定位技术，探测所欲达到的目的是：按照1∶2000的比例绘制所测量航道的水下地形图，并且在测量过程中确保作业范围不超出15km，同时应确保相关数据实时同步，基站与卫星之间的联系状况正常，接收站保持高效运行状态，具体数据借助船上设备进行采集和保存。密采水深是数据的特点，一旦发现所收集到的相关信息存在虚假信号情况，应及时进行删除，同时在数据不清晰的地段实施二次测量。如果实施再次测量所使用的是haidanav28海洋测绘软件，第一步应对坐标进行修改，并对水位相关信息进行调取，在调整完毕方案的基础之上对软件进行启动，进入自动测量过程。

2.3 近海航道水下地形测量

水下地形测量海洋测绘的内容之一，在沿海属于海洋范围的水下地形勘测。因为种种原因，增加了水下地形测量的复杂性，比如说：海洋面积广阔；天气状况多样；洋流的影响等等，所以海上定位需要视情况使用不同的定位方法。其中常用的有以下几种：回返水声定位；无线电测量定位；GPS卫星定位等。有时候一个测量过程要综合使用以上的测量方法，才能得出结果。近年来，在南海地区的水下地形测量上，我国使用了RTK和GPS两者结合的数字勘测技术，对GPS RTK定位技术的使用和推广，做出了有益的努力。这种GPS RTK定位技术的使用有这几个方面：在近海的岛屿上建立采集数据的基准站，使用高新技术保证海上定位的精确度，测量船需有接收机以及探测的仪器。然后，使用GPS导航，进行定位，间隔相同的时间段，由设定好的机器按照工作人员的预设，对水下发射超声波，分析反射回来的声波，写下计算出来的海洋数据，以及当时定位的结果。

3结语

通过大量的实践，发现在RTK方式出现之初不适宜立即进行具体的测量工作，需要在GPS处于稳定状态大概20min的时候才是开展测量工作的最佳时机，这样可以实现对测量误差的有效控制。进入记录数据之后，在工作保持正常状态的情况下，对记录方式无特殊要求，采取何种记录方式的影响不大；需要注意的是，电台传输信号是由距离限制的，大量的实践表明，如果没采用CORS系统GPS- RTK的范围应当控制在10km 范围以内，一旦超出这一范围就会影响到解算速度及精准程度。在海洋测量工作中引入GPS- RTK技术的最大的优势在于，即使出现台风或大浪等较为恶劣的天气也不会对测量工作造成影响，此外也不同考虑通视以及地形等方面的因素，相比较于传统的测量方法，工作效率有显著提升，并且还可以有效节约人力资源，实现了对成本的有效控制。

参考文献：

[1]陈文. 研究GPS-RTK在海洋测绘中的应用[J]. 科技风，2013，12：82.

[2]万杏官. GPS RTK在海洋测绘中的应用[J]. 珠江水运，2013，10：93-94.

[3]朱丰. 基于GPS技术的遥感测绘方法及实践[J]. 河南科技，2013，17：12.

[4]赵磊. 如何通过GPS技术实现测绘中控制网的建立[J]. 河南科技，2013，17：20-21.