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[摘 要]星站差分定位系统通过海事卫星发布差分信息进行位置修正，在近几年海洋工程建设上得到广泛的应用。本文主要从星站差分定位系统的组成，性能，工程应用三个方面进行了论述，结合海洋工程导管架安装项目、海管铺设项目的导航定位工作，对其实际应用进行了介绍。
[关键词]星站差分定位系统；导航定位；导管架安装
中图分类号：P631.8；P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0394-01
1.引言
随着海洋工程的大力开发，海洋工程建设对导航定位工作的要求也更高，从最初的米级精度到现在的分米级、厘米级精度。因为海洋工程施工区域距离岸边很远，所以为海洋工程提供导航定位工作无法像陆地测量一样自己建立RTK基准站或者使用CORS网络。普通岸基差分定位只能提供米级以上的定位精度，随着与差分台距离的增加精度逐渐降低，在远海作业时经常无法收到差分信号。星站差分定位系统可以提供精度高、信号稳定、全球范围接收的差分信号，在近几年海洋工程导航定位应用中发挥了重要作用。
2.系统介绍
系统主要组成部分包括：参考站；控制中心；基准站；海事卫星；用户接收机；质量控制软件。
星站差分定位系统在全球建立了超过80个参考站，并在英国和新加坡拥有两个控制中心。控制中心监控通讯系统的整体性能，也能为用户提供有关系统性能的实时信息，同时，具有开启和关闭系统的权限。
星站差分定位系统在上海、深圳、首尔等地建有基准站。能提供分米级位置精度，满足高精度海洋工程施工中的导航定位工作。
星站差分定位系统通过6颗高功率海事卫星和1颗低功率卫星发布信息。采用七颗海事卫星进行信号广播，其中四颗高频的，三颗低频的，为用户提供高精度的数据备份。如图1：
用户接收机通过内置的双频天线可以同时接收GPS和GLONASS卫星信号，使用星站差分定位系统的差分信号时，其定位精度可以高达分米级，同时连接两个天线头时可以提供船舶艏向（表1）。
质量控制软件（VerifyQC）是一组为专业用户开发的数据处理软件。它被设计用来提供实时的可灵活设置的位置信息以及性能监控信息。该软件具有模块化和可扩展特性，同时用户操作灵活简便。Verify有很强的通信协议的兼容性，可以通过串口，TCP/IP和数据文件进行通信，不仅可以实时操作处理，而且也保留后处理模式的完备功能。
3.工程应用
3.1 设备安装与校正
用户接收机被安装在从事工程作业的工程船上，根据现场情况将天线头架设在远离高大结构物、雷达、高频等区域，保证接收卫星信号稳定，两个天线头间距大于10米。在工作中需要知道两个天线头连线与船舶轴线的夹角，采用天文观测方法使用全站仪测定夹角。
3.2 船型测量
作业船舶的位置确定，是以船艉中心位置为基点。在导航定位软件当中输入作业船舶的长度、宽度、即可以建立起以船艉中心为坐标原点，以船艏向为X轴正向，以平行于右舷方向为Y轴正向的自定义坐标系统，然后测量GPS天线位置及船舶所有锚缆孔、吊机中心、设站点及其他需要使用的关键点在该坐标系统的坐标值，并输入在导航定位软件中。
导航定位软件自动接收质量控制软件输出的高精度位置数据，并经过坐标投影计算出天线位置的实时平面坐标，结合实时船艏向，推算出船艉中心、锚缆孔、设站点或作业船舶上任意一点的平面坐标，从而满足作业船舶在不同位置进行定位工作的需要。导航定位软件进行转换的公式如下：
XP=XGPS+（X1-X0）×Cos （H船）-（Y1-Y0）×Sin（H船）
YP=YGPS+（X1-X0）×Sin （H船）+（Y1-Y0）×Cos（H船）
式中：
XP，YP：船上任意一点P的实时坐标；
XGPS，YGPS：GPS天线的实时坐标；
X0，Y0：GPS天線的船型坐标；
X1，Y1：船上任意一点P的船型坐标；
H船：作业船的实时艏向。
3.3 导管架精确定位
当导管架就位时，在工程船左舷设站点上架设全站仪，使用全站仪观测导管架与工程船之间的相对位置，并通过数据电缆把观测数据实时传送至导航定位软件中，经过计算后，在定位软件上实时显示导管架当前的实际位置与设计位置的偏差。指挥人员根据偏差值调整导管架的位置，当实际位置与方位符合设计要求后，导管架座底。待注水完成后，定位人员对导管架的位置再次测量，确定满足设计要求后打点记录导管架的位置。
3.4 导航插桩作业
导管架的裙桩套筒在水面以下，裙桩套筒与钢桩之间的缝隙只有0.5米。使用星站差分定位系统的高精度位置数据可以引导钢桩快速、准确的插入裙桩套筒中。
根据导航软件的动态信息，确定吊机中心至裙桩套筒的距离和方向，并根据施工船舶吊机的跨距覆盖能力调整船位。在船位稳定之后，以吊机中心坐标为基点，定点导航至指定裙桩套筒，在导航软件中实时显示两点间的坐标方位角和平面距离。项目指挥人员根据已知坐标方位角和平面距离指挥吊机携钢桩转动，在吊机携钢桩转动接近指定裙桩套筒之后，下放钢桩。如图2：
3.5 海管铺设导航定位
动力定位海管铺设船在海管铺设时要根据GPS提供的位置信息设定移动路线，船上各种传感器根据当时的海况、流速流向、船舶状态等信息自动计算各个推进器运转功率，将作业船移动到指定位置。星站差分定位系统可以提供准确、稳定的GPS位置信息，为作业船正常工作提供保障。
管线铺设过程中，定位人员在导航定位软件中将作业船对中站的位置设置为主工作点，海管着泥点设置为辅工作点，两个工作点作为偏航参考点。软件实时显示工作点的位置、工作点偏离设计管线路由的距离、船艏偏离设计管线路由方向的角度。操作人员根据软件上所显示的偏航数据进行移船以修正偏航值，保持工作点在管线设计路由允许偏差范围内。
4.结论
随着海洋工程的发展，施工区域已经由离岸几十公里发展到几百公里，作业水深也已到达几百米，对导航定位的要求越来越高。星站差分定位系统经过近几年在海洋工程上的应用已经得到了业主的广泛认可，在海洋工程上的应用将会越来越普遍。
参考文献
[1] 从军.GPS导航定位技术在海洋工程中的应用[J].中国科技博览，2015
[关键词]星站差分定位系统；导航定位；导管架安装
中图分类号：P631.8；P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0394-01
1.引言
随着海洋工程的大力开发，海洋工程建设对导航定位工作的要求也更高，从最初的米级精度到现在的分米级、厘米级精度。因为海洋工程施工区域距离岸边很远，所以为海洋工程提供导航定位工作无法像陆地测量一样自己建立RTK基准站或者使用CORS网络。普通岸基差分定位只能提供米级以上的定位精度，随着与差分台距离的增加精度逐渐降低，在远海作业时经常无法收到差分信号。星站差分定位系统可以提供精度高、信号稳定、全球范围接收的差分信号，在近几年海洋工程导航定位应用中发挥了重要作用。
2.系统介绍
系统主要组成部分包括：参考站；控制中心；基准站；海事卫星；用户接收机；质量控制软件。
星站差分定位系统在全球建立了超过80个参考站，并在英国和新加坡拥有两个控制中心。控制中心监控通讯系统的整体性能，也能为用户提供有关系统性能的实时信息，同时，具有开启和关闭系统的权限。
星站差分定位系统在上海、深圳、首尔等地建有基准站。能提供分米级位置精度，满足高精度海洋工程施工中的导航定位工作。
星站差分定位系统通过6颗高功率海事卫星和1颗低功率卫星发布信息。采用七颗海事卫星进行信号广播，其中四颗高频的，三颗低频的，为用户提供高精度的数据备份。如图1：
用户接收机通过内置的双频天线可以同时接收GPS和GLONASS卫星信号，使用星站差分定位系统的差分信号时，其定位精度可以高达分米级，同时连接两个天线头时可以提供船舶艏向（表1）。
质量控制软件（VerifyQC）是一组为专业用户开发的数据处理软件。它被设计用来提供实时的可灵活设置的位置信息以及性能监控信息。该软件具有模块化和可扩展特性，同时用户操作灵活简便。Verify有很强的通信协议的兼容性，可以通过串口，TCP/IP和数据文件进行通信，不仅可以实时操作处理，而且也保留后处理模式的完备功能。
3.工程应用
3.1 设备安装与校正
用户接收机被安装在从事工程作业的工程船上，根据现场情况将天线头架设在远离高大结构物、雷达、高频等区域，保证接收卫星信号稳定，两个天线头间距大于10米。在工作中需要知道两个天线头连线与船舶轴线的夹角，采用天文观测方法使用全站仪测定夹角。
3.2 船型测量
作业船舶的位置确定，是以船艉中心位置为基点。在导航定位软件当中输入作业船舶的长度、宽度、即可以建立起以船艉中心为坐标原点，以船艏向为X轴正向，以平行于右舷方向为Y轴正向的自定义坐标系统，然后测量GPS天线位置及船舶所有锚缆孔、吊机中心、设站点及其他需要使用的关键点在该坐标系统的坐标值，并输入在导航定位软件中。
导航定位软件自动接收质量控制软件输出的高精度位置数据，并经过坐标投影计算出天线位置的实时平面坐标，结合实时船艏向，推算出船艉中心、锚缆孔、设站点或作业船舶上任意一点的平面坐标，从而满足作业船舶在不同位置进行定位工作的需要。导航定位软件进行转换的公式如下：
XP=XGPS+（X1-X0）×Cos （H船）-（Y1-Y0）×Sin（H船）
YP=YGPS+（X1-X0）×Sin （H船）+（Y1-Y0）×Cos（H船）
式中：
XP，YP：船上任意一点P的实时坐标；
XGPS，YGPS：GPS天线的实时坐标；
X0，Y0：GPS天線的船型坐标；
X1，Y1：船上任意一点P的船型坐标；
H船：作业船的实时艏向。
3.3 导管架精确定位
当导管架就位时，在工程船左舷设站点上架设全站仪，使用全站仪观测导管架与工程船之间的相对位置，并通过数据电缆把观测数据实时传送至导航定位软件中，经过计算后，在定位软件上实时显示导管架当前的实际位置与设计位置的偏差。指挥人员根据偏差值调整导管架的位置，当实际位置与方位符合设计要求后，导管架座底。待注水完成后，定位人员对导管架的位置再次测量，确定满足设计要求后打点记录导管架的位置。
3.4 导航插桩作业
导管架的裙桩套筒在水面以下，裙桩套筒与钢桩之间的缝隙只有0.5米。使用星站差分定位系统的高精度位置数据可以引导钢桩快速、准确的插入裙桩套筒中。
根据导航软件的动态信息，确定吊机中心至裙桩套筒的距离和方向，并根据施工船舶吊机的跨距覆盖能力调整船位。在船位稳定之后，以吊机中心坐标为基点，定点导航至指定裙桩套筒，在导航软件中实时显示两点间的坐标方位角和平面距离。项目指挥人员根据已知坐标方位角和平面距离指挥吊机携钢桩转动，在吊机携钢桩转动接近指定裙桩套筒之后，下放钢桩。如图2：
3.5 海管铺设导航定位
动力定位海管铺设船在海管铺设时要根据GPS提供的位置信息设定移动路线，船上各种传感器根据当时的海况、流速流向、船舶状态等信息自动计算各个推进器运转功率，将作业船移动到指定位置。星站差分定位系统可以提供准确、稳定的GPS位置信息，为作业船正常工作提供保障。
管线铺设过程中，定位人员在导航定位软件中将作业船对中站的位置设置为主工作点，海管着泥点设置为辅工作点，两个工作点作为偏航参考点。软件实时显示工作点的位置、工作点偏离设计管线路由的距离、船艏偏离设计管线路由方向的角度。操作人员根据软件上所显示的偏航数据进行移船以修正偏航值，保持工作点在管线设计路由允许偏差范围内。
4.结论
随着海洋工程的发展，施工区域已经由离岸几十公里发展到几百公里，作业水深也已到达几百米，对导航定位的要求越来越高。星站差分定位系统经过近几年在海洋工程上的应用已经得到了业主的广泛认可，在海洋工程上的应用将会越来越普遍。
参考文献
[1] 从军.GPS导航定位技术在海洋工程中的应用[J].中国科技博览，2015