[摘要]隨著GPS技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，如何在海洋測(cè)繪中充分利用信標(biāo)差分PBN DGPS技術(shù)，是目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)都在研究的問(wèn)題。文章首先對(duì)國(guó)內(nèi)外海洋測(cè)繪的發(fā)展?fàn)顩r、內(nèi)容和信標(biāo)差分PBN DGPS技術(shù)進(jìn)行介紹，扼要地介紹信標(biāo)差分RBNDGPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中的誤差來(lái)源，對(duì)如何提高測(cè)量精度提供一些很好的技術(shù)方法，使信標(biāo)差分PBNDGPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中應(yīng)用更加可靠。

[關(guān)鍵詞]信標(biāo)差分RBNGPS；海洋測(cè)繪；定位；精度

[作者簡(jiǎn)介]韋友源，南寧市天測(cè)科技有限責(zé)任公司助理工程師，廣西南寧，530028

[中圖分類號(hào)]P229

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1007-7723(2009)09-0044-0003

一、緒論

21世紀(jì)是人類全面開(kāi)發(fā)海洋的新時(shí)代，為了認(rèn)識(shí)、開(kāi)發(fā)利用海洋和保護(hù)海洋，許多國(guó)家積極推動(dòng)海洋技術(shù)的發(fā)展，以期提高在海洋技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。北部灣作為中國(guó)西南出海大通道和中國(guó)—東盟自由貿(mào)易區(qū)的橋頭堡，隨著國(guó)務(wù)院2008年1月4日批準(zhǔn)實(shí)施的《廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020)》，北部灣開(kāi)始了熱火朝天的開(kāi)發(fā)場(chǎng)面，特別是廣西北部灣國(guó)際港務(wù)集團(tuán)所轄的北海、欽州、防城港3大港口，中國(guó)石油廣西石化1000萬(wàn)噸，年煉油工程，防城港武鋼千萬(wàn)噸鋼鐵項(xiàng)目等大型項(xiàng)目的開(kāi)工建設(shè)，海洋測(cè)繪在這過(guò)程中扮演著重要的角色。

二、海洋測(cè)繪發(fā)展?fàn)顩r和內(nèi)容

測(cè)繪是一切開(kāi)發(fā)活動(dòng)的基礎(chǔ)，海洋開(kāi)發(fā)同樣離不開(kāi)海洋測(cè)繪。海洋測(cè)繪經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展與提高，目前已發(fā)展成為涵蓋海洋學(xué)、大地測(cè)量學(xué)、工程測(cè)量學(xué)、航海學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)、航空遙感測(cè)量學(xué)、制圖學(xué)等，它們都是與數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)緊密相連的學(xué)科。

海洋測(cè)繪任務(wù)可劃分為科學(xué)性任務(wù)和生產(chǎn)性任務(wù)。科學(xué)性任務(wù)主要是滿足科研需求而進(jìn)行的；生產(chǎn)性任務(wù)是為滿足實(shí)際工程需要而進(jìn)行的海洋測(cè)量工作，具有如下的內(nèi)容：控制測(cè)量、水深測(cè)量、水文測(cè)量、掃海測(cè)量、海洋磁力測(cè)量、底質(zhì)測(cè)量、浮泥測(cè)量、水下障礙物探測(cè)、淺地層剖面測(cè)量、水下管線測(cè)量、海岸灘涂地形測(cè)量、海域界線測(cè)量、海圖(集、冊(cè))編制、港口與航道工程測(cè)量、海域使用面積測(cè)量。

三、信標(biāo)差分DGPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用

(一)信標(biāo)差分RBN DGPS定位原理及特點(diǎn)

信標(biāo)差分RBN DGPS定位是利用信標(biāo)臺(tái)站和流動(dòng)站兩臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)測(cè)量來(lái)自相同GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào)，用以聯(lián)合確定用戶的精確位置。其中位于已知點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn))上的GPS信號(hào)接收機(jī)簡(jiǎn)稱信標(biāo)臺(tái)站接收機(jī)，安設(shè)在運(yùn)動(dòng)載體上的GPS信號(hào)接收機(jī)簡(jiǎn)稱信標(biāo)RBN+GPS接收機(jī)。信標(biāo)臺(tái)站接收機(jī)所測(cè)得的三維位置與該點(diǎn)已知值進(jìn)行比較，便可獲得GPS定位數(shù)據(jù)的改正值。如果及時(shí)將GPS改正信息發(fā)送給若干臺(tái)觀測(cè)共同衛(wèi)星用戶的動(dòng)態(tài)接收機(jī)來(lái)改正后所測(cè)得的實(shí)時(shí)位置，便叫信標(biāo)差分RBNDGPS定位。

信標(biāo)臺(tái)站發(fā)送的改正值信息為“偽距差分”方式，偽距差分是目前用途最廣的一種技術(shù)，其差分定位的基本原理是信標(biāo)臺(tái)站上的接收機(jī)根據(jù)已知坐標(biāo)和接收的星歷，解算出站星間的距離，將此結(jié)果與含有誤差的觀測(cè)值進(jìn)行比較。利用一個(gè)a—p濾波器將此差值濾波并求出偏差，然后將所有衛(wèi)星的測(cè)距誤差傳輸給用戶，用戶利用改正后的偽距求解出本身的位置，就可消除公共誤差，達(dá)到提高定位精度的目的。

偽距差分的優(yōu)點(diǎn)：一是偽距改正數(shù)是直接在WGS-84坐標(biāo)系上進(jìn)行，無(wú)須坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，就能達(dá)到很高的精度。二是改正數(shù)能提供偽距改正值及偽距變率，使得在未得到改正數(shù)的空隙內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行精度定位，達(dá)到了RTCM-0104所制定的標(biāo)準(zhǔn)。三是能提供所有衛(wèi)星的改正數(shù)，用戶可允許接收任意4顆衛(wèi)星進(jìn)行改正，不必?fù)?dān)心所要求兩者衛(wèi)星完全相同(見(jiàn)圖1)。

其缺點(diǎn)是隨著用戶到信標(biāo)臺(tái)站距離的增加而出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，即用戶和信標(biāo)臺(tái)站的距離對(duì)精度具有決定性影響。

(二)信標(biāo)差分RBN DGPS在中國(guó)沿海分布情況及技術(shù)參數(shù)

為了更好地利用資源、節(jié)約成本，中國(guó)交通部海事局在沿海地區(qū)從南至北建立了21個(gè)信標(biāo)臺(tái)站(也就是GPS基準(zhǔn)站)，這些信標(biāo)臺(tái)站24h不間斷免費(fèi)發(fā)送RTCM-0104差分信號(hào)，具體臺(tái)站分布及技術(shù)參數(shù)如表1。

(三)信標(biāo)差分RBN DGPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用

1、水下地形測(cè)量

傳統(tǒng)的水下地形測(cè)量是將標(biāo)尺或棱鏡立在船上，在岸上假設(shè)經(jīng)緯儀或全站儀通過(guò)前方交會(huì)或極坐標(biāo)法來(lái)測(cè)量坐標(biāo)，然后再量取標(biāo)尺或棱鏡處水深值，這種方法受距離和水域情況限制，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。信標(biāo)差分RBN DGPS和測(cè)深儀組合成的水深測(cè)量系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)水深測(cè)量效率低、精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺陷，相對(duì)于RTK GPS+測(cè)深儀測(cè)深系統(tǒng)，具有工作范圍廣、效率高等優(yōu)勢(shì)。將定位數(shù)據(jù)按設(shè)定好的橢球參數(shù)和坐標(biāo)系統(tǒng)自動(dòng)投影到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系，同時(shí)將定位數(shù)據(jù)和水深數(shù)據(jù)通過(guò)時(shí)間關(guān)聯(lián)捆綁在一起，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的數(shù)字水下地形測(cè)量，滿足《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》關(guān)于大比例尺水下地形測(cè)量的精度要求。

2、海上施工船定位

傳統(tǒng)的海上施工船定位采用的多是交會(huì)定位法或極坐標(biāo)定位法，精度比較低，實(shí)際操作難度比較大，給工程進(jìn)度帶來(lái)很大的負(fù)面影響。信標(biāo)差分RBN DGPS技術(shù)面世后，只需把信標(biāo)+GPS二合一天線架設(shè)在船上(或具體要定的點(diǎn)上)，通過(guò)相應(yīng)的導(dǎo)航定位軟件，輸入相應(yīng)的船體參數(shù)、橢球參數(shù)和坐標(biāo)改正參數(shù)，就可精確地定位出船體所在的大地坐標(biāo)和直角坐標(biāo)。作業(yè)人員在信標(biāo)差分RBNDGPS的實(shí)時(shí)引導(dǎo)下，在作業(yè)范圍內(nèi)按既定的方案準(zhǔn)確地完成作業(yè)。

3、海域使用測(cè)量

隨著人類開(kāi)發(fā)海洋資源步伐的加快，對(duì)海洋管理部門的海域管理工作要求越來(lái)越高，辦理各種海域使用證要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)利用海圖、求積儀和手持機(jī)來(lái)繪制海域使用圖已經(jīng)不能滿足時(shí)代的要求。信標(biāo)差分RBN DGPS技術(shù)剛好能解決以上問(wèn)題，配套軟件能實(shí)時(shí)提供海域使用界地點(diǎn)的經(jīng)緯度(或坐標(biāo))，計(jì)算海域使用面積等功能，提供高精度的海域使用測(cè)量數(shù)據(jù)。

4、信標(biāo)差分RBN DGPS技術(shù)在海洋測(cè)繪中的誤差來(lái)源和糾正

影響信標(biāo)差分RBN GPS實(shí)時(shí)定位精度的因素很多，其中主要有：(1)衛(wèi)星星歷誤差；(2)電離層延遲；(3)對(duì)流層延遲；(4)多路徑的傳播；(5)接收機(jī)鐘和衛(wèi)星鐘的誤差。這些誤差從總體上講都具有較好的空間相關(guān)性，也就是說(shuō)對(duì)于相距不太遠(yuǎn)的各個(gè)測(cè)站來(lái)講，上述誤差所產(chǎn)生的影響基本上是相同的，信標(biāo)臺(tái)站在一個(gè)位置已精確確定的已知點(diǎn)配備GPS接收機(jī)，求得各個(gè)觀測(cè)瞬間由于上述因素所造成的影響，通過(guò)信標(biāo)臺(tái)將這些偏差播發(fā)給用戶移動(dòng)站，那么用戶移動(dòng)站的定位精度就能得到保障。由于信標(biāo)差分RBN單一基站覆蓋的范圍比較廣(陸上100kin，海上300kra)，這些誤差的相關(guān)性是隨著兩站間距離的增加而減弱，定位精度隨之下降。

從表2可以看出距離基站越遠(yuǎn)，定位精度也跟著下降，在實(shí)際使用過(guò)程中我們可以采用工作區(qū)域范圍精確的已知坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)信標(biāo)差分RBN GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，結(jié)果可以達(dá)到亞米級(jí)的精度，完全可以滿足水下地形測(cè)量、海上施工船定位、海域使用測(cè)量等領(lǐng)域的使用要求。

四、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)然信標(biāo)差分RBN GPS技術(shù)還受到許多限制，如衛(wèi)星本身的分布、運(yùn)行情況不良引起信號(hào)失鎖，坐標(biāo)系統(tǒng)(WGS84-地方直角坐標(biāo))換算誤差，以及基站、用戶接收機(jī)本身硬件的缺陷，這些都有待于完善和解決。但信標(biāo)差分RBN GPS技術(shù)以其全天候性、可靠的工作性能、均勻的定位精度、簡(jiǎn)潔友好的界面，特別是我國(guó)沿海免費(fèi)全天候發(fā)布信標(biāo)差分改正信號(hào)，使得該技術(shù)在沿海一帶得到廣泛應(yīng)用，在沿海建設(shè)大會(huì)戰(zhàn)中扮演著重要角色。

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