海洋測量定位

傳統的海道測量主要是在沿岸海域進行。沿岸海域在天氣較好、風浪較小的時候測量，通常使用光學儀器，利用陸地目標定位。

基本介紹

• 中文名：海洋測量定位
• 外文名：marine survey positioning
• 測量區域：沿岸海域
• 測量時間：天氣較好、風浪較小時
• 使用器材：光學儀器
• 類別：測繪科學

現狀

隨著北斗衛星導航定位系統建設進程的推進，更多學者關注其定位精度。陸亞峰等在“北斗偽距單點定位與差分定位結果精度分析”一文中，研究了北斗偽距單點定位、偽距差分定位的基本原理和數學模型，根據自編程式，利用同濟大學TJA站8天的數據進行計算及分析。結果顯示，北斗偽距單點定位的精度平面方向方向優於3. 5m，高程方向優於8m，滿足普通導航定位的需求。北斗差分定位的精度較偽距單點定位精度有了較大提高，其精度平面方向優於lm，高程方向優於1. 5m，能滿足較高精度的需求。程義軍等在“長期GPS精密星曆分析與軌道參數的函式逼近”一文中，研究了基於精密星曆計算軌道參數的方法，設計了一種利用正弦函式逼近衛星軌道參數的方法，從而將軌道參數表示成正弦信號的組合，既可以準確反映軌道參數包括的主要周期項，也可以建立起長時間段內GPS衛星軌道的解析模型，同時有助於加深對衛星運行規律的認識，並最佳化改進現行攝動力模型，以提高衛星定軌精度。吳澤民等在“三種GLASS模糊度解算方法成功率比較”一文中，研究了在航模型下模糊度求解和常用的模糊度估計方法。用取整法、引導取整法和整數最小二乘法對靜態模型和在航模型求得的模糊度浮點解進行固定，比較了兩種模型下模糊度成功固定需要的觀測時間。結果表明，在航模型下模糊度固定需要的初始化時間遠高於靜態模型。因此，在有條件進行靜態模糊度固定初始化的情況下推薦進行靜態初始化，用靜態模型求解。劉偉平等在“導航衛星觀測量精度評定法研究”一文中，給出了一種導航衛星觀測量精度評定方法，結合GPS偽距與相位平滑偽距觀測量對方法進行了一定的驗證，算例所得結論與GPS觀測量實際精度取得了較好的一致性。

運行條件

傳統的海道測量主要是在沿岸海域進行。沿岸海域在天氣較好、風浪較小的時候測量，通常使用光學儀器，利用陸地目標定位。這與陸地測量定位有些相似，只不過天氣再好，測量船也是搖擺不定的，因而海洋測量定位精度要比陸地測量定位精度低得多。現代微波測距、雷射測距等先進儀器的使用，對海洋測量定位精度的提高十分有利。隨著航海、海洋開發事業逐步向遠海發展，海道測量也由沿岸逐步向遠海發展。使用光學儀器和陸標進行定位已不能滿足要求。為此，研製出了多種無線電定位儀器，近程的如無線電指向標、無線電測向儀、高精度近程無線電定位系統等；中遠程的如羅蘭C、台卡、奧米加、阿爾法等雙曲線無線電定位系統。這些定位系統定位距離都比較遠，但精度一般都比較低。由於中遠海海底地形都比較平坦，精度略低不會影響測量成果的使用，因此仍能滿足航海等的需要。

發展

但是，現代海洋開發事業已遠遠超出交通運輸，對海洋的資源調查勘測、海洋工程建設、海洋科學的研究等，需要更精確的測量成果。為此，現在已研製了水聲定位系統和衛星定位系統，尤其是已將全球定位系統（GPS）引入海洋測量中。現在利用GPS進行海洋測量定位的精度已可達到米級，並且還在進一步研究提高。

套用

在海洋的測量中關於GPS技術的運用

GPS測量技術在海洋探索的測量事業當中得到了廣泛的使用，能否將這項事業貫徹進去，能否靈活進行運用關係著對於能否促進海洋事業的發展起到重要的作用。關於GPS技術的具體運用有很多需要注意的事項，具體有以下四個方面：

第一，需要的海洋測量的過程中考慮安全問題，在對海洋的探索過程中，安全問題是最重要的問題，如果沒有很好的安全保障是無法對工作進行開展的，所以海洋測量事業首先需要注意的問題就是海洋測量的安全問題。

第二，需要注意對於GPS技術的數量操作，對於掌握這門技術的工作人員，需要對工作進行綜合的把握，將不熟悉的事項進行一一了解，在工作當中能夠靈活運用。只有嫻熟的工作技能才能夠在工作當中將這一技術進行貫徹，熟練的技術是海洋測量的重要內容。

第三，在海洋測量的過程中，需要運用對計算機技術進行靈活掌握，只有熟練的計算機技術才能夠將工作落實下去，所以工作流程和工作的方法是海洋測量中非常重要的內容。在具體的工作當中需要將所有的工作內容非常熟悉的掌握只有數量的工作方式才能夠促進工作高效有序完成，促進工作的進一步發展。

水聲定位技術在海洋測量的套用

在海洋油氣開採作業的套用

深海海洋石油開採分為移動平台鑽井、海底管線與海底開採平台安放施工、系統開採油氣作業、停比開採封井四個階段。海底管線與開採平台系統安放施工主要包含三類作業：
管線鋪放、水下結構物的沉放、跨接管長度的測量與安裝。深水區域的管線測量一般使用水面支持船搭載USBL對沿管線行進的ROV實時定位。通過定位系統對ROV載應答器定位測繪管線的實際水平位置與走向，據此調節鋪管船的航向，減小實際管線與設計偏差。
管線鋪設完成後需要獲取管端基盤的大地絕對位置，在作業中將使用LBL定位系統。水下結構物的安放包括管匯基盤、管匯與水下分配基盤等的安放作業。作業中首先沉放3種水下結構物的底座，隨後在聲學定位系統的引導下完成頂層結構與底座的對接，作業中使用了LBL定位系統。作業中通過水下基陣對安裝在水下結構物的應答器進行聲學定位，據此測量安裝過程中結構物的大地絕對位置以及方位角。為避免管線鋪設以及水下結構安裝產生的誤差，水下結構物之問通過測量兩者接口之問實際距離後選用匹配的跨接管完成銜接。

在海底礦產資源開採的套用

深海礦藏開採系統則需要定位系統提供處於深水工作單元的位置與狀態信息。深海錳結核開採系統主要由集礦、揚礦、水面採礦船和測控動力四個子系統組成。水聲定位導航設備屬於測控系統的一部分。水聲定位導航設備主要用於測量集礦機的運動狀態。要求水聲定位設備能夠準確測量集礦機運動方向、運行速度、運行軌跡、沉浮及偏轉情況，為水面監控人員判斷集礦機是否沿既定路線行進採集提供信息。熱液礦床開採系統與錳結核類似。美國採用在採礦船卜拖一根數千米長的鋼管柱，然後利用真空抽吸裝置和細礦管將軟泥礦吸到採礦船上的方式採集。水面仍需要通過水聲定位系統對深水礦石採集設備進行位置的監視、跟蹤與控制。

在深海空間站的套用

鑒於深海資源開採需要合適於深海條件的特殊開採手段，深海空問站的概念應運而生。空問站能為深海能源的勘探與開採技術研究提供有效的實驗平台，可作為水下作業與控制中心攜帶相應的作業模組，實施深海資源的試驗性開採工程作業。美國正在醞釀世界上第一個深海生活一工作實驗室一海洋大氣海底綜合研究基地。而法國2009年也提出了自己的新型海洋空問站一海洋科學考察船。
由於深海環境惡劣，空問站的日常維護、物資運輸、科學考察等工作都需要ROV，AUV等無人或載人潛器代替人力的直接參與。這就要求空問站能夠對其附屬的各只潛器的位置進行實時監控。通過水聲定位系統對各只潛器進行同時的定位，使得監控中心與潛器自身都能夠有效實施導航；通過高速率的水聲通信系統完成空問站一潛器、潛器一潛器之問的信息互動，實現空問站工作區域的數據共享與一體化。