[科普中国]-海洋测量定位

现状

随着北斗卫星导航定位系统建设进程的推进，更多学者关注其定位精度。陆亚峰等在“北斗伪距单点定位与差分定位结果精度分析”一文中，研究了北斗伪距单点定位、伪距差分定位的基本原理和数学模型，根据自编程序，利用同济大学TJA站8天的数据进行计算及分析。结果显示，北斗伪距单点定位的精度平面方向方向优于3. 5m，高程方向优于8m，满足普通导航定位的需求。北斗差分定位的精度较伪距单点定位精度有了较大提高，其精度平面方向优于lm，高程方向优于1. 5m，能满足较高精度的需求。程义军等在“长期GPS精密星历分析与轨道参数的函数逼近”一文中，研究了基于精密星历计算轨道参数的方法，设计了一种利用正弦函数逼近卫星轨道参数的方法，从而将轨道参数表示成正弦信号的组合，既可以准确反映轨道参数包括的主要周期项，也可以建立起长时间段内GPS卫星轨道的解析模型，同时有助于加深对卫星运行规律的认识，并优化改进现行摄动力模型，以提高卫星定轨精度。吴泽民等在“三种GLASS模糊度解算方法成功率比较”一文中，研究了在航模型下模糊度求解和常用的模糊度估计方法。用取整法、引导取整法和整数最小二乘法对静态模型和在航模型求得的模糊度浮点解进行固定，比较了两种模型下模糊度成功固定需要的观测时间。结果表明，在航模型下模糊度固定需要的初始化时间远高于静态模型。因此，在有条件进行静态模糊度固定初始化的情况下推荐进行静态初始化，用静态模型求解。刘伟平等在“导航卫星观测量精度评定法研究”一文中，给出了一种导航卫星观测量精度评定方法，结合GPS伪距与相位平滑伪距观测量对方法进行了一定的验证，算例所得结论与GPS观测量实际精度取得了较好的一致性。1

运行条件传统的海道测量主要是在沿岸海域进行。沿岸海域在天气较好、风浪较小的时候测量，通常使用光学仪器，利用陆地目标定位。这与陆地测量定位有些相似，只不过天气再好，测量船也是摇摆不定的，因而海洋测量定位精度要比陆地测量定位精度低得多。现代微波测距、激光测距等先进仪器的使用，对海洋测量定位精度的提高十分有利。随着航海、海洋开发事业逐步向远海发展，海道测量也由沿岸逐步向远海发展。使用光学仪器和陆标进行定位已不能满足要求。为此，研制出了多种无线电定位仪器，近程的如无线电指向标、无线电测向仪、高精度近程无线电定位系统等；中远程的如罗兰C、台卡、奥米加、阿尔法等双曲线无线电定位系统。这些定位系统定位距离都比较远，但精度一般都比较低。由于中远海海底地形都比较平坦，精度略低不会影响测量成果的使用，因此仍能满足航海等的需要。

发展但是，现代海洋开发事业已远远超出交通运输，对海洋的资源调查勘测、海洋工程建设、海洋科学的研究等，需要更精确的测量成果。为此，现在已研制了水声定位系统和卫星定位系统，尤其是已将全球定位系统（GPS）引入海洋测量中。现在利用GPS进行海洋测量定位的精度已可达到米级，并且还在进一步研究提高。

在海洋的测量中关于GPS技术的运用
GPS测量技术在海洋探索的测量事业当中得到了广泛的使用，能否将这项事业贯彻进去，能否灵活进行运用关系着对于能否促进海洋事业的发展起到重要的作用。关于GPS技术的具体运用有很多需要注意的事项，具体有以下四个方面：

第一，需要的海洋测量的过程中考虑安全问题，在对海洋的探索过程中，安全问题是最重要的问题，如果没有很好的安全保障是无法对工作进行开展的，所以海洋测量事业首先需要注意的问题就是海洋测量的安全问题。

第二，需要注意对于GPS技术的数量操作，对于掌握这门技术的工作人员，需要对工作进行综合的把握，将不熟悉的事项进行一一了解，在工作当中能够灵活运用。只有娴熟的工作技能才能够在工作当中将这一技术进行贯彻，熟练的技术是海洋测量的重要内容。

第三，在海洋测量的过程中，需要运用对计算机技术进行灵活掌握，只有熟练的计算机技术才能够将工作落实下去，所以工作流程和工作的方法是海洋测量中非常重要的内容。在具体的工作当中需要将所有的工作内容非常熟悉的掌握只有数量的工作方式才能够促进工作高效有序完成，促进工作的进一步发展。2

水声定位技术在海洋测量的应用在海洋油气开采作业的应用
深海海洋石油开采分为移动平台钻井、海底管线与海底开采平台安放施工、系统开采油气作业、停比开采封井四个阶段。海底管线与开采平台系统安放施工主要包含三类作业：
管线铺放、水下结构物的沉放、跨接管长度的测量与安装。深水区域的管线测量一般使用水面支持船搭载USBL对沿管线行进的ROV实时定位。通过定位系统对ROV载应答器定位测绘管线的实际水平位置与走向，据此调节铺管船的航向，减小实际管线与设计偏差。
管线铺设完成后需要获取管端基盘的大地绝对位置，在作业中将使用LBL定位系统。水下结构物的安放包括管汇基盘、管汇与水下分配基盘等的安放作业。作业中首先沉放3种水下结构物的底座，随后在声学定位系统的引导下完成顶层结构与底座的对接，作业中使用了LBL定位系统。作业中通过水下基阵对安装在水下结构物的应答器进行声学定位，据此测量安装过程中结构物的大地绝对位置以及方位角。为避免管线铺设以及水下结构安装产生的误差，水下结构物之问通过测量两者接口之问实际距离后选用匹配的跨接管完成衔接。

在海底矿产资源开采的应用
深海矿藏开采系统则需要定位系统提供处于深水工作单元的位置与状态信息。深海锰结核开采系统主要由集矿、扬矿、水面采矿船和测控动力四个子系统组成。水声定位导航设备属于测控系统的一部分。水声定位导航设备主要用于测量集矿机的运动状态。要求水声定位设备能够准确测量集矿机运动方向、运行速度、运行轨迹、沉浮及偏转情况，为水面监控人员判断集矿机是否沿既定路线行进采集提供信息。热液矿床开采系统与锰结核类似。美国采用在采矿船卜拖一根数千米长的钢管柱，然后利用真空抽吸装置和细矿管将软泥矿吸到采矿船上的方式采集。水面仍需要通过水声定位系统对深水矿石采集设备进行位置的监视、跟踪与控制。

在深海空间站的应用
鉴于深海资源开采需要合适于深海条件的特殊开采手段，深海空问站的概念应运而生。空问站能为深海能源的勘探与开采技术研究提供有效的实验平台，可作为水下作业与控制中心携带相应的作业模块，实施深海资源的试验性开采工程作业。美国正在酝酿世界上第一个深海生活一工作实验室一海洋大气海底综合研究基地。而法国2009年也提出了自己的新型海洋空问站一海洋科学考察船。
由于深海环境恶劣，空问站的日常维护、物资运输、科学考察等工作都需要ROV，AUV等无人或载人潜器代替人力的直接参与。这就要求空问站能够对其附属的各只潜器的位置进行实时监控。通过水声定位系统对各只潜器进行同时的定位，使得监控中心与潜器自身都能够有效实施导航；通过高速率的水声通信系统完成空问站一潜器、潜器一潜器之问的信息交互，实现空问站工作区域的数据共享与一体化。3