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[摘要]本文简要介绍了GPS技术的组成及工作原理，并阐述了GPS技术在航洋测绘中的应用，并结合实际工作，谈了谈GPS技术在海洋测绘工作实际中的体会。
[关键词]GPS 海洋测绘 应用 体会
[中图分类号] P228.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-227-1
1全球定位系统GPS简介
全球定位系统GPS发展于1973年，它的基本定位原理是依据用户和4颗卫星之间的伪距测量，根据卫星在适当参考框架中的已知坐标确定用户接收机天线的坐标。GPS具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术目前在大地测量、工程测量、海洋测量等领域得到了广泛应用。
1.1 GPS结构组成
GPS系统共有三个部分组成，即空间卫星星座、地面监控系统和用户设备。
空间星座部分： 由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。
地面监控部分： 主要作用是监控卫星上的各种设备是否正常工作， 以及卫星是否一直沿着预定轨道运行。
用户设备部分： 主要作用是对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理， 以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间， 解译出GPS卫星所发送的导航电文， 实时地计算出观测站的三维位置， 甚至三维速度和时间， 最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。
1.2 GPS定位的基本原理
GPS定位就是利用GPS系统来确定待定点的位置（坐标）。从定位原理上分， GPS技术可分为“ 伪距法” 测量和“ 载波相位法” 测量两大类从定位方法上分， GSP 技术又分为“ 单点定位” 与“ 相位定位” 两种。
伪距法定位测量， 是根据卫星信号传播到接收机所用的时间（ t） 乘以电磁波的速度（v）， 求出卫星至接收机的距离（s=vt）。由于每颗卫星在任一时刻都可看作一个空间已知点， 其原理和空间后方距离交会法相同， 即可解算出所求点的三维坐标。而电磁波的传播速度受大气层的影响会有所改变， 卫星上的时钟与接收机的时钟不完全同步， 因此， 所得的距离就不是真正的几何距离， 而称之为“ 伪距” 。
载波相位法定位测量， 是在地面几个点上同时观测同一组卫星信号到达个接收器的相位差， 经事后处理可获各点之间的相对坐标差。或者是在一个点上同时观测多颗卫星星号， 测定出卫星星号与接收机本身信号之间的相位差， 经过相应的换算后， 计算出所求点的坐标。
1.3 GPS的主要特点
（1）全球覆盖连续导航定位。
（2）高精度的三维定位、测速及授时。
（3）自动化程度高。
（4）观测速度快。
（5） 能提供全球统一的三维坐标信息。GPS定位可提供WGS-84中的三维坐标， 为全球测量成果的统一提供了方便。
（6）经济效益显著。
2 GPS技术在海洋测量中的应用
2.1海上定位
海上定位是海洋测量中的基本工作。由于我国海域辽阔，海上定位可以依据离岸距离的远近不同采取适当方法，如无线电测距定位、光学交会定位、GPS卫星定位、水声定位以及各种组合定位等。
2.2建立海洋大地控制网
建立海洋大地控制网，及时观测海面变化及水下的地形测绘工作，应用于海洋工程建设、海洋资源开发、海底地壳运动监测及船舶导航等服务中，是海洋测量中的基本任务。海洋大地控制网由分布在暗礁、岛屿等控制点以及海底控制点组成，海底控制点由水声应答器和固定标志构成，对于暗礁、岛屿的控制点点位，可采取GPS相对定位技术测定其统一参考系中的坐标。对于海底控制点的测定，需要借助固定浮标或船台上的GPS接收机与水声定位装置，实现对卫星及海底控制点的同步观测。船舶GPS接收机的瞬间位置，可通过GPS技术的相对动态定位实现精密确定，利用GPS同步接收机观察GPS卫星实现定位的同时，还可利用海底水声应答器测量船上GPS接收机和海底控制点之间的距离，以获得海底控制点的具体位置。
2.3水下地形测量
水下地形图的绘制对勘探海底资源、铺设海底电缆、航运、海上钻井、沿海养殖业等具有重要意义。海道测量在水下地形图测绘中十分重要，可以通过海底控制测量获得海底控制点的平面坐标或者空间坐标，并利用水深仪对水深情况进行测量。水深测线的间距根据比例尺的不同而变化，水声仪器定位除了近海岸使用光学仪器之外，在较远区域还可采用无线电定位。由于GPS技术可以高精度、快速地定位目标物，并对水深仪器实现单点定位，但是其精度仅有几十米，因此只适用于远海小比例尺的海底地形测量控制。对于比例尺较大的测图，也可利用差分GPS技术进行定位。
2.4海洋灾害监测
海洋灾害监测主要目的是研究灾害性海难的成因与发展“， 灾害性海难”是对造成海洋灾害的巨浪、风暴、海啸、地震、海上强风、严重海水等海况的总称。这些灾害性海难除了来自于大气影响因素外，有些还源于海底下陷或者海底隆起等动态反应。通过对灾害性海难的监测与预报，可有效减少其带来的生命财产损失。海洋灾害监测的主要途径有：在海底地层布测高精度、稳定可靠的大地测量控制网。通过长时间（一般2-3年）的重复性成果观测，研究海底地壳形变与海底模块运动情况，可以探测到更多的海况。
3 GPS技术应用于海洋测量的几点体会
（1）GPS技术的精度较高，且作业不受距离的限制，适用于大规模水下地形监测等多种海洋测量应用中。
（2）GPS技术极大提高了海洋测量的成果与质量，且不易受到人为因素的影响。整个操作过程全部采用电子技术和计算机技术，可实现自动记录、自动平差计算、自动数据预处理。
（3）在海洋系统的建设测量中，也可直接应用GPS技术进行实地、实时放样，以及导线控制测量、点位测量等。
（4）目前，GPS技术主要应用于定位与导航，但是GPS高程测量的精确度比较低，应用范围狭窄。因此，提高GPS高程测量的精确度，是未来发展的关键。
参考文献
[1]高成发.GPS测量[S].北京：人民交通出版社， 1999.
[2]刘大杰.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海： 同济大学出版社，1996.
[3]北京市测绘设计研究院.CJ7J3一7，全球定位系统城市测量技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1997.
[关键词]GPS 海洋测绘 应用 体会
[中图分类号] P228.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-227-1
1全球定位系统GPS简介
全球定位系统GPS发展于1973年，它的基本定位原理是依据用户和4颗卫星之间的伪距测量，根据卫星在适当参考框架中的已知坐标确定用户接收机天线的坐标。GPS具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术目前在大地测量、工程测量、海洋测量等领域得到了广泛应用。
1.1 GPS结构组成
GPS系统共有三个部分组成，即空间卫星星座、地面监控系统和用户设备。
空间星座部分： 由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。
地面监控部分： 主要作用是监控卫星上的各种设备是否正常工作， 以及卫星是否一直沿着预定轨道运行。
用户设备部分： 主要作用是对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理， 以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间， 解译出GPS卫星所发送的导航电文， 实时地计算出观测站的三维位置， 甚至三维速度和时间， 最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。
1.2 GPS定位的基本原理
GPS定位就是利用GPS系统来确定待定点的位置（坐标）。从定位原理上分， GPS技术可分为“ 伪距法” 测量和“ 载波相位法” 测量两大类从定位方法上分， GSP 技术又分为“ 单点定位” 与“ 相位定位” 两种。
伪距法定位测量， 是根据卫星信号传播到接收机所用的时间（ t） 乘以电磁波的速度（v）， 求出卫星至接收机的距离（s=vt）。由于每颗卫星在任一时刻都可看作一个空间已知点， 其原理和空间后方距离交会法相同， 即可解算出所求点的三维坐标。而电磁波的传播速度受大气层的影响会有所改变， 卫星上的时钟与接收机的时钟不完全同步， 因此， 所得的距离就不是真正的几何距离， 而称之为“ 伪距” 。
载波相位法定位测量， 是在地面几个点上同时观测同一组卫星信号到达个接收器的相位差， 经事后处理可获各点之间的相对坐标差。或者是在一个点上同时观测多颗卫星星号， 测定出卫星星号与接收机本身信号之间的相位差， 经过相应的换算后， 计算出所求点的坐标。
1.3 GPS的主要特点
（1）全球覆盖连续导航定位。
（2）高精度的三维定位、测速及授时。
（3）自动化程度高。
（4）观测速度快。
（5） 能提供全球统一的三维坐标信息。GPS定位可提供WGS-84中的三维坐标， 为全球测量成果的统一提供了方便。
（6）经济效益显著。
2 GPS技术在海洋测量中的应用
2.1海上定位
海上定位是海洋测量中的基本工作。由于我国海域辽阔，海上定位可以依据离岸距离的远近不同采取适当方法，如无线电测距定位、光学交会定位、GPS卫星定位、水声定位以及各种组合定位等。
2.2建立海洋大地控制网
建立海洋大地控制网，及时观测海面变化及水下的地形测绘工作，应用于海洋工程建设、海洋资源开发、海底地壳运动监测及船舶导航等服务中，是海洋测量中的基本任务。海洋大地控制网由分布在暗礁、岛屿等控制点以及海底控制点组成，海底控制点由水声应答器和固定标志构成，对于暗礁、岛屿的控制点点位，可采取GPS相对定位技术测定其统一参考系中的坐标。对于海底控制点的测定，需要借助固定浮标或船台上的GPS接收机与水声定位装置，实现对卫星及海底控制点的同步观测。船舶GPS接收机的瞬间位置，可通过GPS技术的相对动态定位实现精密确定，利用GPS同步接收机观察GPS卫星实现定位的同时，还可利用海底水声应答器测量船上GPS接收机和海底控制点之间的距离，以获得海底控制点的具体位置。
2.3水下地形测量
水下地形图的绘制对勘探海底资源、铺设海底电缆、航运、海上钻井、沿海养殖业等具有重要意义。海道测量在水下地形图测绘中十分重要，可以通过海底控制测量获得海底控制点的平面坐标或者空间坐标，并利用水深仪对水深情况进行测量。水深测线的间距根据比例尺的不同而变化，水声仪器定位除了近海岸使用光学仪器之外，在较远区域还可采用无线电定位。由于GPS技术可以高精度、快速地定位目标物，并对水深仪器实现单点定位，但是其精度仅有几十米，因此只适用于远海小比例尺的海底地形测量控制。对于比例尺较大的测图，也可利用差分GPS技术进行定位。
2.4海洋灾害监测
海洋灾害监测主要目的是研究灾害性海难的成因与发展“， 灾害性海难”是对造成海洋灾害的巨浪、风暴、海啸、地震、海上强风、严重海水等海况的总称。这些灾害性海难除了来自于大气影响因素外，有些还源于海底下陷或者海底隆起等动态反应。通过对灾害性海难的监测与预报，可有效减少其带来的生命财产损失。海洋灾害监测的主要途径有：在海底地层布测高精度、稳定可靠的大地测量控制网。通过长时间（一般2-3年）的重复性成果观测，研究海底地壳形变与海底模块运动情况，可以探测到更多的海况。
3 GPS技术应用于海洋测量的几点体会
（1）GPS技术的精度较高，且作业不受距离的限制，适用于大规模水下地形监测等多种海洋测量应用中。
（2）GPS技术极大提高了海洋测量的成果与质量，且不易受到人为因素的影响。整个操作过程全部采用电子技术和计算机技术，可实现自动记录、自动平差计算、自动数据预处理。
（3）在海洋系统的建设测量中，也可直接应用GPS技术进行实地、实时放样，以及导线控制测量、点位测量等。
（4）目前，GPS技术主要应用于定位与导航，但是GPS高程测量的精确度比较低，应用范围狭窄。因此，提高GPS高程测量的精确度，是未来发展的关键。
参考文献
[1]高成发.GPS测量[S].北京：人民交通出版社， 1999.
[2]刘大杰.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海： 同济大学出版社，1996.
[3]北京市测绘设计研究院.CJ7J3一7，全球定位系统城市测量技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1997.