伽利略衛星定位系統在海洋測繪中的應用初探

2.1.2. 海岸工程應用

進(jìn)入二十一世紀以來(lái)，我國政府在海洋開(kāi)發(fā)方面，加大了資金投入力度，因此很多基礎設施的建造使得海岸工程市場(chǎng)呈現出一派繁榮景象，例如為新機場(chǎng)建設進(jìn)行的土地改造工程、為港口做的航道疏通、為河流航運進(jìn)行的河道加深、島嶼之間的橋梁建造、陸島工程、內海整治、新的海岸帶調查等等工程。這意味著(zhù)海岸工程在定位設備上有很大投資，并且在今后仍然可能會(huì )有較大增長(cháng)。

2.1.3. 當前和將要出現的新技術(shù)

n 廣域差分技術(shù)

廣域差分技術(shù)，使得GPS定位精度進(jìn)一步提高，作用范圍進(jìn)一步擴大，現在投入運行的主要有：Fugro公司的StarFix，Racal(Thales)公司的SkyFix，NavCom、CC公司聯(lián)合美國JPL試驗室開(kāi)發(fā)的StarFire（RTG）等廣域差分系統，系統結合Internet技術(shù)，使用雙頻GPS有效的消除電離層、大氣層、軌道、時(shí)鐘等誤差，水平定位精度提高到分米級，垂直精度達到70cm，差分數據通過(guò)海事通訊衛星播發(fā)，除兩極之外覆蓋全球范圍。Trimble公司推出的虛擬RTK技術(shù)，使得RTK技術(shù)作用范圍進(jìn)一步擴大，而保持厘米級的高精度定位。

n 精密定位技術(shù)

海洋工程的發(fā)展趨勢向精密工程發(fā)展，而高精度定位扮演著(zhù)主要角色。高精度定位技術(shù)主要是RTK、LRTK(Racal)、虛擬RTK技術(shù)等。海岸工程中的精密工程已經(jīng)超過(guò)普通的海岸工程。

n “Galileo+GPS”混合定位系統

在測繪應用領(lǐng)域，沒(méi)有人懷疑GPS和Galileo的聯(lián)合使用，定位設備硬件制造商很快將制造出“Galileo+GPS”的接收機。盡管俄羅斯的全球軌道導航衛星系統（Global Orbiting Navigation Satellite System，簡(jiǎn)稱(chēng)GLONASS）的運營(yíng)狀況不好，但是現在“GPS+GLONASS”接收機且能廣泛應用在測量和科研領(lǐng)域。這樣的組合至少有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：首先，可以得到更多的可視衛星（為單獨使用其中一種衛星定位系統的兩倍）；其次，由于是GPS和GLONASS是兩個(gè)獨立系統，所以有更好的可靠性和完整性。這里存在一個(gè)巨大的影響，就是在海岸工程定位設備選擇中可能將會(huì )是這樣（或者部分這樣），即使用混合的“Galileo+GPS”接收機，而不是單獨使用Galileo或單獨使用GPS接收機。

為了減弱同時(shí)利用GPS和Galileo系統的這種發(fā)展趨勢，加速GALILEO衛星定位系統的市場(chǎng)占有率，Racal公司在其研究報告中，建議GALILEO計劃共同采用GPS定位系統的部分成果（相同的WGS84地心坐標系統和相同的發(fā)射頻率）。

2.2. 近海工程

近海工程通常發(fā)生在海洋近海一帶，通常同海洋石油和天然氣工業(yè)緊密相關(guān)。除了地震勘探部分的應用外，近海工程在海洋上的應用主要同石油和天然氣工業(yè)有關(guān)。定位技術(shù)作為近海工程支撐技術(shù)，應用領(lǐng)域主要包括：井場(chǎng)測量、浮動(dòng)的產(chǎn)品存儲、裝卸裝置（Floating Production Storage Offload，簡(jiǎn)稱(chēng)FPSO）定位、鉆井平臺定位/拋錨船只定位/水上建筑建造、補給船只、管道鋪設、水下機器人（Remotely Operated Vehicles，簡(jiǎn)稱(chēng)ROV）等。

近海支持部分是一個(gè)全球市場(chǎng)，它的業(yè)務(wù)遍及世界各地。它被控制在許多私人商家手中，這些活動(dòng)參與者受近海支持的經(jīng)濟利益所驅使。在近海支持部分大多數定位服務(wù)由服務(wù)提供商完成，他們不但提供具有差分改正功能的定位設備或者其他儀器設備，甚至他們還將提供專(zhuān)業(yè)人員來(lái)完成工程要求的所有配置。因此，根據服務(wù)提供商的不同服務(wù)對象，他們所使用的儀器設備可以從這個(gè)工程用到另一個(gè)工程。

在近海支持市場(chǎng)，相對于整個(gè)工程項目的費用支出，定位系統的費用只占其中的百分之幾的很小部分；但是，工程項目的可靠性和生產(chǎn)力絕大多數依賴(lài)于定位設備性能的好壞。因此，只要有一種先進(jìn)技術(shù)能產(chǎn)生較高的生產(chǎn)效率，儀器設備的價(jià)格就不應該限制新技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。

近海支持市場(chǎng)在過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)間里是通過(guò)投資購買(mǎi)儀器設備和出租定位設備從定位技術(shù)中獲得效益。從80年代開(kāi)始，基于應用地面無(wú)線(xiàn)電傳輸的SYLEDIS技術(shù)或其他地面無(wú)線(xiàn)電傳輸技術(shù)已經(jīng)被現有的DGPS技術(shù)所取代，DGPS技術(shù)現在是一種主要的定位技術(shù)。但是，近海支持應用通過(guò)不同的質(zhì)量評價(jià)（Quality Assessment，簡(jiǎn)稱(chēng)QA）/質(zhì)量控制（Quality Control，簡(jiǎn)稱(chēng)QC）導向程序的使用把技術(shù)重點(diǎn)放在考慮定位的完整性方面。例如，它需要使用另一個(gè)并行的可供選擇的系統，如另外的DGPS系統、或者地面無(wú)線(xiàn)電傳輸系統、甚至考慮由GLONASS系統來(lái)解決定位完整性問(wèn)題。

因此，近海支持毫無(wú)疑問(wèn)地將利用GALILEO系統，只要獲得可用的和可得到的GALILEO特征，這些特征是基于GPS解決方案的真正選擇的規范。

2.2.1. 我國的近海工程現狀

在我國，在近海支持方面，特別是遠離信標臺站和難于自設基站的地方，一般租用專(zhuān)門(mén)的定位服務(wù)公司差分數據進(jìn)行定位，如Fugro公司，使用過(guò)程中又有諸多的限制，例如不能參與商業(yè)化的海洋工程，只能用于研究以及普通海洋調查項目，而且局限調查的范圍和只提供標準定位服務(wù)，現在，有的公司，如CC公司可以提供精密定位服務(wù)。在我國，特別是海洋石油方面，定位服務(wù)幾乎全部由國外公司，如Racal、Fugro公司壟斷經(jīng)營(yíng)，用于精密海洋工程測量和鉆井平臺移動(dòng)、就位、管線(xiàn)鋪設等，在南海、東海、渤海的石油天然氣開(kāi)發(fā)項目上尤其明顯。

近海支持應用的特征是短期工作的多樣性，因此，我們國家的許多項目是通過(guò)向租借公司或定位服務(wù)提供商租用定位設備，但是這些定位設備展現出更適合長(cháng)期作業(yè)的接收機性能，它們中任意一臺都連續地使用在不同的工程項目中。

2.2.2. 近海工程支持應用

近海支持一般級別現在主要都是一些近海支持應用（超過(guò)所有近海支持工作的95%以上）。在近海支持一般應用中，主要有：典型的1到3米精度級別、通過(guò)服從RAIM（由UKOOA建立并推薦使用）規定，強調為項目實(shí)施安全進(jìn)行的質(zhì)量評價(jià)和質(zhì)量控制方面。

現在有穩定增長(cháng)趨勢是，絕大多數項目需求利用RTK精密級別技術(shù)來(lái)完成，例如在高精度海洋工程測量中、鉆井平臺的精確就位和FPSO工程中。

在近海支持精密級別的精度要求中，點(diǎn)位位置精度可以降到優(yōu)于0.1m，根據定位技術(shù)情況，較低程度的定位信息完整性和可靠性也是能夠接受的。然而，由于RTK精密定位技術(shù)的發(fā)展，這種情況將有所改觀(guān)，通過(guò)RTK技術(shù)可以得到和近海支持一般級別同樣的數據完整性和可靠性的保障。