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1、 海洋测绘是测量海洋底部的地球物理场的性质及其变化特征，以绘制成不同比例尺的海图和专题海图。海洋测绘主要包括海上定位、海洋大地测量和水下地形测量。海上定位通常是指海上确定船位的工作，主要用于舰船导航，同时又是海洋大地测量不可缺少的工作。海洋大地测量主要包括在海洋范围内布设的大地控制网，进行海洋重力测量。在此基础上进行水下的地形测量，测绘水下地形图，测定海洋大地水准面。此外海洋测绘的工作还包括海洋划、航道测量以及海洋资源勘探与开发、海底管道的铺设、近海工程、打捞、疏浚等海洋工程测量、平均海面测量、海面地形测量等。海上定位是海洋测绘中的最基本的工作。由于海域辽阔，海上定位可以根据离海岸距离的远近而
2、采用不同的定位方法，其中就包括 GPS 卫星定位。 2 GPS 技术的应用领域及测量原 2.1 GPS 技术的应用领域 GPS 系统即全球定位系统，它的主要用途包括： 第一，陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等； 第二，海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等； 第三，航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。 GPS 技术目前广泛应用与世界上的各个领域，而且应用也十分普
3、遍。在 GPS 刚投入使用的时候，只是在军事上使用，很多领域并没有 GPS 的使用，而现在 GPS 已经普遍到每个居民用户。GPS 技术的应用领域主要包括：测量、交通、救援、农业、娱乐消遣、导航、临时收频、军事等领域。 GPS 技术给测绘界带来了一场革命，领用 GPS 中的技术可以使测量的精度达到厘米级以上，而且 GPS 技术与传统的手工测量技术相比有着很大的优势：测量精度高；操作简便，仪器体积小，便于携带；全天候操作;观测点之间无须通视；测量结果统一在 WGS84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节。在当前，GPS 技术已经广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动、地籍测量等领域
4、。 2.2 GPS 技术的测量原理 GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。GPS是美国国防部组织并开发的一个全球性、全天候、高精度的导航定位和时间传递系统, 空间部分由 24 颗卫星组成, 是军民两用系统, 提供两个等级的服务。美国政府为了加强其在全球导航市场的竞争力, 撤销对的干扰技术, 标准定位服务定位精度双频工作时实际可提高到 20 米。授时精度提高到 40 纳秒, 以此抑
5、制其他国家建立与其平行的系统, 并提倡以GPS 和美国政府的增强系统作为国际使用的标准。 GPS 的工作原理为： 24 颗 GPS 卫星在离地面 12000km 的高空上，以 12 小时的周期环绕地球运行，使得地面上的任何一点都可以同时观测到 4 颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在 GPS 观测中，就可以得到接收机至 GPS 卫星之间的距离，利用三维坐标中的距离公式，用三颗卫星就可以组成三个方程，解出观测点的位置（X，Y ，Z），考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有 4 个未知数，X、Y 、Z 和时差，因而需要引入第 4 颗卫星，形成四个方程式进行求解，从而得到观测点的经度、
6、纬度和高度。 GPS 卫星定位是以三角测量定位原理来进行定位的。它采用多星高轨测距体制，以接收机至 GPS 卫星之间的距离作为基本观测量。当地面用户的 GPS 接收机同时接收到 3 颗以上卫星的信号后，通过使用伪距测量或载波相位测量，测算出卫星信号到接收机所需要的时间、距离，再结合各卫星所处的位置信息，将卫星至用户的多个等距离球面相交后，即可确定用户的三维（经度、纬度、高度）坐标位置以及速度、时间等相关参数。 3 现代 GPS 技术在海洋测绘领域的应用 3.1 海洋测绘的特点 测站在船上，在动态下进行测量。2)同一空间结构网的各观测量(坐标、深度、重力等)必须同时测定，无法重复测量。3)观测受
7、大气影响和海水物理性质影响，精度比陆地上大地测量低。 3.2 GPS 在海洋测绘中的应用 3.2.1 用 GPS 定位技术进行高精度海洋定位 为了获得较好的海上定位精度，采用 GPS 接收机和船上导航设备进行组合定位。如在进行 GPS 伪距定位时，用船上的计程仪( 或多普勒声纳)、陀螺仪的观测值联合推求船位。对于近海海域，采用在岸上或岛屿上设立基准站，船上安置 GPS 接收机，采用差分技术或动态相 对定位技术确定船位，从而进行高精度海上定位。 3.2.2 GPS 技术用于建立海洋大地控制网 建立海洋大地控制网，为海面变化和水下地形测绘、海洋资源开发、海洋工程建设、海底地壳运动的监测和船舰的导航
8、等服务，是海洋大地测量的 项基本任务。海洋大地控制网，是由分布在岛屿、暗礁上的控制点和海底控制点组成的。海底控制点由固定标志和水声应答器构成。对于岛、礁上的控制点点位，可用 GPS 相对定位精度测定其在统一参考系中的坐标。我国已于 1990 年和 1994 年，在西沙和南沙群岛的岛、礁上，布设了 GPS网。平均边长相对中误差为 1：387 万；方位中误差为Q06”、点位中误差为13cm ，并完成与海口、湛江、东莞等国家大地点的联测。而对于测定海底控制点的位置，则需要借助于船台或固定浮标 E 的 GPS 接收机和水声定位设备，对卫星和海底控制点进行同步观测而实现。船上 GPS 接收机的瞬时位置，
9、可以通过 GPS 相对动态定位而精密确定。利用GPS 接收机同步观测 GPS 卫星进行定位的同时，利用海底水声应答器同步测定船上 GPS接收机与海底控制点间的距离，从而测定海底控制点的位置。 3.2.3 GPS 在水下地形测绘中的应用 水下地形图的绘制对于航运、海底资源勘探、海底电缆铺设、沿海养殖业和海上钻井平台等具有重要意义。海道测量是进行水下地形图测绘的基础，可以通过海底控制测量来测定海底控制点的空间坐标或平面坐标。除此以外，还需用水深仪器对水深进行测量。水深测线间距依比例尺不同而变化，水深仪器的定位除了在近岸区域使用传统的光学仪器采用交汇法定位外，其他较远区域多采用无线电定位。由于 GP
10、S 可以快速、高精度的对目标物进行定位，可以对水深仪器进行单点定位，但其精度只有几十米，只能作为远海小比例尺海底地形测绘的控制：对于较大比例尺测图，可应用差分 GPS 技术进行相对定位。实际应用中常将 GPS 和水深仪器同时使用，前者进行定位测量，后者进行水深测量，再利用电子记录手簿，利用计算机和绘图仪组成水下地形测量自动化系统。 水下地形测量是海洋测绘的最基本的工作之一。由于海域辽阔，海上定位颗根据离海岸距离的远近而采用不同的定位方法，如光学交会定位、无线电测距、GPS 卫星定位等。 水下地形测量主要是海道测量，海底控制测量是确定海底点的三维坐标或平面坐标，而水下地形测量还需要利用水深仪器测
11、定水深。对于近海领域，采用在岸上会岛屿上设立基准站，采用动态相对位技术进行高精度海上定位。在船上安装差分 GPS 接收机和测深仪。测量船按预定航线利用差分 GPS 导航和定位，测深仪按一定距离或一定时间按照事先设定自动向海底发射超声波并接受海底的发射波，同时记录 GPS 的定位结果和测深数据。定位测量和水深测量的数据都有了之后，就可以利用这些电子手簿和计算机、绘图仪等组成系统，测绘水深图和水下地形图等。 4 现代 GPS 技术在海洋测绘领域的应用中出现的问题及解决方法 4.1 出现的问题 由于 GPS 技术是由美国军方制作并控制的，因此我们在使用 GPS 数据时就要考虑到数据的真实性和数据的实
12、用性。美国军方可以随时修改我们使用的数据，如果数据不准确一切工作都没有任何用途。 另一方面，由于 GPS 定位系统是基于美国军方的国家战略研发的，所以其对外开放的彻底性还有所保留，加上整个系统本身研发时的局限性和民用领域的不断延伸，所以同其他测量手段一样，GPS 测量误差也不可避免，因此在进行海洋测绘的时候需要注意出现的误差。 4.2 解决方法 在数据使用的问题上，我们目前还没有什么卫星定位系统可以和 GPS 卫星定位系统相比，不论是我国的北斗系列，还是 GLONASS 全球导航卫星系统或 Galileo 系统总体功能现在都无法与 GPS 相比，因此我们要在研发新的系统的同时，还是要使用 GP
13、S 的数据来解决我们目前的一些问题。 对于 GPS 测量时产生的误差，我们应该分析产生误差的原因，一般出现的都是系统误差。对于这些系统误差，我们不可避免，因此只能通过一些参数来进行数据结果的修正。另外，还有一部分误差是我们在进行数据转换的时候产生的。因为 GPS 卫星定位系统采用的是 WGS-84 坐标系统，而在我们国家一般使用的是北京 54 坐标系统，因此在使用GPS 数据时就需要进行坐标系之间的转换。由于不同的地方的转换参数不同，因此坐标系之间的转换是一项浩大的工程，在转换构成中就会产生一些误差，对于这些误差我们也只能尽量避免。只有这些误差都减小了之后，我们进行海洋测绘的工作才能做的更精细，数据才能更准确。 5 结论 GPS 技术已经广泛应用于各个领域，在海洋测绘领域也不例外。对于海上定位，海洋的水下地形测量，GPS 技术发挥了很大的作用，我们使用 GPS 技术让我们在海洋测绘领域的成果更进一步，建立了海洋测量平面控制网。GPS 技术的引进改变了传统的测量方法，节省了很多人力物力。 目前，我国已经拥有了北斗系统，北斗二代也正在建设中，而且也与中欧签订了协议投资建设伽利略卫星系统。我国在今后海洋测绘领域中，必定朝着自主、高效的方向发展。
