GNSS技术在海洋测绘中的应用研究.pdf

信 息 与 网 络Maritime Safety 水上安全61第一作者简介：张彩霞，女，硕士，工程师，研究方向为海域管理、海洋测绘和海洋渔业。GNSS 技术在海洋测绘中的应用研究张彩霞1，朱夕波2（1.日照市岚山区海洋通讯管理服务中心，山东日照 276800；2.日照市岚山区渔业技术服务中心，山东日照 276800）摘要：在当前发展新形势背景下，海洋资源开发逐渐成为发展新趋势，这就使得海洋测绘工作地位随之提升。而全球卫星导航系统（GNSS）技术作为当前应用较为广泛的定位技术，其在海洋测绘工作中得到较为广泛的应用并取得相应成效。基于此，本文研究中将深入分析 GNSS 技术在海洋测绘工作中的应用价值以及应用方式，同时结合实际案例探究 GNSS 技术在海洋测绘中实际应用要点。关键词：GNSS 技术；海洋测绘；应用成效0 引言就实际发展角度分析，海洋测绘在国民经济发展、科学进步以及国防建设方面均有重要意义，同时其也是测绘科学重要组成部分。近年来，我国计算机技术、卫星技术等均取得长远进步，其有效打破以往时间及空间桎梏，带动海洋测绘模式以及手段革新发展1-2。海洋测绘本质上存在显著不视特征，且测量基准处于动态变化之中，这就使得海洋测绘工作实际开展中受到多种因素干扰，相关测量工作开展流程较为复杂。将全球卫星导航系统（globalnavigationsatellitesystem，GNSS）技术应用于海洋测绘工作中可以有效推动其科学性、准确性以及时效性提升，其对促进海洋测绘良性发展具有重要现实意义。1 海洋测绘中应用 GNSS 技术的价值相对于常规方式，GNSS 定位技术将具有较高的测量精度，并可实现对测量数据准确、快速分析。将GNSS 技术应用于海洋测绘，可以为其工作有序进行提供有力技术支撑，从而进一步提升测量工作质量与效率。在常规情况下，海洋制图技术需要耗费大量时间，而且需要大量物力和人力。在当今科技飞速发展时代，海洋测绘技术软件也在持续地更新，其不但节省大量时间，也大幅减少海洋测绘物力和人力消耗。我国国土面积比较广阔，而且在沿海区域有较多岛屿，其面积也比较大，这就使得我国岛屿岸线比较长。海岛群与社会经济发展有着密切的关系，对于我国目前的海洋强国战略来说，其既要推动海洋经济区域发展和海洋产业发展，又要有效地解决目前存在的海洋科学问题，切实维护我国海洋利益，加强我国海洋实力。在此背景下，有关部门应有效地保证海洋测绘工作的平稳、有效的进行，同时还要充分利用 GNSS 技术所具有的固有优势，为各项工作有效进行提供有力的数据和信息支撑。因此，将 GNSS 技术应用于海洋测绘，对于建立“海上强国”有着十分重要的意义。2 GNSS 技术在海洋测绘中应用路径2.1 应用于海洋大地控制网中在海洋大地控制网络中，包括地面控制点、海面控制点和海底控制点三部分。构建路基与海基一体化的控制网是落实海洋测绘工作的重要基础前提，其实际应用过程中可为海底地形绘制、海绵变化观测等提供必要支持，同时其功能也支持海洋工程建设、资源开发、海底地壳运动监测等3-4。在构建海洋大地控制网过程中，海底控制点起主导作用，其控制点分布在暗礁、岛屿等区域，由水声应答器和固定标志组成，主要工作原理是通过 GNSS 信号接收器与卫星同步观测来进行定位，水生应答器在实际运行过程中可为测控点及 GNSS 信号接收器同步间距测量提供必要支持。分散设置于珊瑚礁、岛屿等位置的控制点可基于 GNSS相对位置，并综合利用统一参考系进行选定与确认。海底控制点测量工作主要利用固定浮标或船舶信 息 与 网 络水上安全 2023 年 第 9 期62GNSS 接收机、水声定位设备等完成。船舶 GNSS 接收器位置具备瞬时性特征，为达到精确定位目标可采用GNSS 技术进行相对动态定位。在观测 GNSS 卫星时，利用 GNSS 同步接收装置对其进行定位，并利用水下声学装置对船舶上 GNSS 接收装置到海床控制点的距离进行测量，从而达到对海床控制点的准确测量5-6。2.2 应用于海洋灾害监测中在海洋灾难监测领域中同样可以使用 GNSS 技术。海洋测绘主要针对海洋灾难发生情况以及过程开展实时监测。另外一部分则是由于海床的动力作用，例如海床下沉。开展海洋测绘工作，可以增强对海洋灾害监控和预测能力，降低生命财产损失。通过海上大地控制网、海底地层布测等手段可完成海上监测任务，其对 GNSS 技术的精度和稳定性具有较高要求。整个检测过程通常需要长时间（2 3 年）和重复观测，研究海底变形和板块运动，而在 GNSS 技术辅助下，工作人员可获得更多海况信息。3 海洋测绘中 GNSS 技术应用要点3.1 案例概述为深入探究 GNSS 技术在海洋测绘工作中应用要点，本文研究中选取实际案例进行详细分析。案例项目为近海航道疏浚水下地形测量项目。该项目实际开展过程中，主要基于垂直与平行方向沿航道线设置测深线以及检查线。平面定位过程中主要基于 GNSS 实时动态（real-timekinematic，RTK）定位技术实现，依托于全球卫星差分 GNSS 定位，同时利用中海达接收机与数字测深仪配合获取相应数据信息。项目所使用中海达接收机规格为，动态模式精度达到（10mm+110-4D），其距离 D=30km 范围内动态定位精度可精确到 0.25m。本次测绘 1 2000 水下地形图，为切实保障测绘成果有效性，技术人员将作业距离控制在 15km 左右。利用设置于船舶上 GNSS 接收机与数字测深仪对各观测点位坐标以及测深数据进行实时储存。主要采集数据为水深，内业数据抽稀距离以 10m 为间隔设置高程点。内业剔除测深数据假信号，测深数据不足位置由外业进行补测。3.2 水下定位测量实施因为沿海地区多养殖区，又有港口、码头等大型建 筑，为 达 成 在 10d 内 完 成 12km2的 1 2000 地形图的绘制并计算出疏浚工程量技术人员决定采用GNSS-RTK 进行开展本次海洋测绘工作。其具体工作流程及要点如下：1）选择并建立基准站。基准站的位置对 RTK 的成功实施至关重要，因此基准站位置选择必须考虑如下问题：基准站位置要避开强无线电干扰区域。基准站的位置和数据链路的发送天线应设置在适当的高度。为避免数据链路损失和多径效应，在周边区域不应存在 GNSS 信号反射物（大范围水域，大建筑等）。根据现场的地形条件，工作人员决定将基站设在靠近海岸的一高层建筑物上，四周比较空旷，不受电磁干扰，能满足上述要求。2）外业测量.外业工作人员在基准站安装好仪器后，就可以开始进行，通常是 3 人一队，一个人留在基准站，另外 2 人将仪器安置在测量船上。将探测仪与 GNSS 接收装置安装好，并在探测仪上设定测量路径。3）操作的方式和程序如下：坐标系统的选取。根据业主提出的要求或目前已有的已知点的坐标系统，对于不明确的情况可以使用国家基准坐标系。本次深度测量工作由当地提供已有一级 GNSS 控制点，其属于地方独立坐标系，可以满足测量和控制的需要。在此基础上，技术人员应用动态 GNSSRTK 技术，首先进行参数解算，然后进行坐标比对。将基站设置在一处地势较高的屋顶上，由移动站对每一个已知点进行 1984 世界大地测量系统（worldgeodeticsystem1984,WGS-84）的实地测量，并根据实地调查得到的 WGS-84 坐标系与地方独立坐标系坐标，使用中海达坐标转换软件求出该地区 WGS-84 与地方独立坐标的变换系数（4 个参数）。用所得到的转换参数，将未参与参数转换的已知点进行对比，对比结果均小于 2cm，比对中误差分别为 1.1cm、1.5cm，充分满足测量规范要求。平面坐标转换精度Mp的计算公式为（1）式中：（Xo(i)，Yo(i)）为检核点原坐标值；（Xp(i)，Yp(i)）为通过坐标转换后获取的检核点坐标值；n 为选择的检核点个数。设定好投影参数。对比已知点坐标系中央子午线，取其实际中央子午线；对于未知点坐标系，取中央子午线为本地经度，X 常数取 0，Y 常数取 500000，投影尺度比设定为 1。设定参量以及变换参量均处于关闭状态。基准站的设定分两种情况：A 情况为基站设在未知位置。当基站搭建完成，并且已经启动单个点的定位，将基准站的坐标输入其中时，可以按 Tab 键来获得单个点的位置坐标，作为基准站的坐标，若高低差过大，则可根据估算值来判断。信 息 与 网 络Maritime Safety 水上安全63B 情况为基站位于某一已知位置。在基站搭建完成后，已经进行单点定位，进入断点测量，按下 Tab键保存一个坐标，并将其命名为 Pr1。在基准站坐标输入器中输入坐标时，按 R 键获得作为基准站坐标的被测量点的坐标 Pr1。设定好 RTK 工作模式及传输时间后，设定为基准站的工作模式。A 情况下，选择测区内 2 个已知点（2 个已知点尽可能地保持一定距离，并且该已知点精度必须足够高），进入碎片点测量，并在 RTKFixed 中，分别保存到 Pr1 以及 Pr2 上（注意输入天线高）。在 B 种情况下，在测区中（需要有两个准确的已知点）的另一个已知点上，进行碎片点测量，并在RTKFixed 下将碎片点名称保存为点名 Pr2。在“求变换参数”中，通过“T”和“R”两个按钮得到 Ptr1 以及 Pt1 的坐标，再通过“Enter”按钮得到第二点坐标，按 T 键以及 R 键获取 Pt2 以及 R2，随后按 Enter 键对转换参数进行计算并自动存储。进入转换参数后，即可对相关数据信息进行观察或使用。重新测定 P1、P2两个点坐标，对其与已知点位吻合度进行验证，保障其误差控制在 2cm 范围内。在有条件情况下可对 3 个已知点进行变换处理，对两点间变换关系进行验证。3.3 内业处理外业测量所得文件采用专用数据库进行存储，其无法直接用于成图软件，需要工作人员利用“测点成果输出”功能将相应文件转化为用户所需格式。经过转换处理的格式与广州南方测绘仪器有限公司的开思（CASS）软件格式一致，在对外业草图进行充分综合情况下几对快速完成数字化内业成图作业。4 结束语综上所述，海洋测绘在当前新时期发展背景下具有重要意义，相关部门在实际工作中应继续加强对GNSS 技术在海洋测量技术中的应用研究力度，为海洋测绘技术高质量发展提供有力保障。5 参考文献1 林祥伟.GPS 测量技术在海洋测绘中的运用分析 J.住宅与房地产,2021(25):214-215.2 李满富.海洋测绘中 GPS 技术的运用探索 J.科技资讯,2022,20(22):83-86.3 黎铈图.现代海洋测绘及通信技术在港口航道疏浚工程测量中的应用 J.中国水运,2018(10):41-42.4 徐仕宇.GPS 技术在海洋测绘中的有效应用探究 J.四川水泥,2019(6):139.5 刘晓金,张媛.三维侧扫声呐技术在海洋测绘中的探测性能评估及应用分析 J.2021,36(3):7-17.6 顾飞艇,余永清.GPS 技术在海洋测绘中的应用探讨 J.浙江水利科技,2016,44(3):77-78,81.