浅析GPS技术在船舶定位中的应用

浅析GPS技术在船舶定位中的应用

陈开华

核工业井巷建设公司

摘要：在国民经济的地位中航运业越来越重要，同时对于船舶操控调度的需求也在不断提升，确保其安全的一个主要途径就是在船舶行驶环节对其精准的导航与定位，随着GPS技术的发展，使船舶定位迈入了高精准度的卫星定位导航时期。而我们国家的船舶自动定位技术同样也得到了快速的发展，解决了我们长时间依靠外国产品的情况，之前对于我国的船舶软件，虽然能够提供精准的位置，但是关键的技术还是要依赖国外，所以数据接口的兼容性比较差，也不方便处理所获得的数据，也没有从根本上达到对于船舶监控的智能化、一体化以及自动化。下面就GPS技术在船舶定位中的应用进行深入的探索。

关键词：GPS技术；船舶定位；应用

1、GPS技术概述

卫星全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)是通过接收GPS卫星信号以达到定位、导航以及授时的一种技术，具备在陆、海、空实施全方位及时三维定位和导航的功能，GPS在海陆空的定位中都起着极其重要的作用，对我们的生活都有着很大的改变。

GPS系统主要由以下三个部分组成：第一，空间星座部分—GPS卫星星座；第二，地面监管部分——地面监控系统；第三，终端接收部分——信号接收机。

2、GPS船舶定位监控系统

（1）GPS船舶定位监控系统

随着无线通信网络技术与GPS技术的讯速发展，移动定位监控技术也获得了极大的发展。GPS船舶定位监控系统包括移动通信技术、GPS技术、计算机管理技术以及GIS技术，能够达到多方面的监管，GPS船舶定位监控系统的建立也相对简单、不需要申请专门的频点，也不需要建造基站，通讯方式跟手机应用一样简单。船舶定位监控系统运用终端接收装置经过GPS模块收集数据信号，中央处理单元针对定位信号实施处理获得相应的位置信息，然后由通信模块把信息传递到监控服务器。中央处理单元同样经过通信模块接受源自监控中心所发出的指令，而实现其它功能。其功能大致包括：紧急报警功能、监控功能以及行驶记录等相关功能。监控中心硬件大都是由数据库服务器、信网关服务器以及监管应用服务器等所构成。其软件部分大都是由应用程序模块、GIS模块以及通信模块等所组成。监控中心的功能包括：传播查询功能、定位功能、指挥调度、预警功能、紧急救援功能以及到港预报等功能。

（2）系统特点

第一，定位精度高。GPS船舶定位系统的定位精准度往往在15米内。为了达到一些用户对较高精度定位的要求，可以按GPS形式不同将GPS定位划分成以下三种：相位差分、位置差分和伪距差分。这三种差分方式的运行机理是完全一样的，都是由基准站传递优化值，由用户接受同时对测量结果实施改正，以得到精准的定位结果。其区别在于传递修正值的主要内容不同，其差分精准度也不一样。

第二，覆盖范围广。有移动网络的地方，GPS船舶定位系统就能够发挥作用，能在全国范围内监控。运用网络技术与卫星通信技术，来实现船舶监管部门和船舶之间长途距离的信息交流，拓宽海事机构的监管范畴，加强船舶监控管理的水平与安全行驶的能力。

第三，信息容量大，交互更加方便。运用网络技术、卫星通信技术以及计算机技术等等，创建起以同步定位卫星通信系统为基础的船舶监控管理体系，以达到船舶动态、静态信息资源的共同分享与船舶监控组织和船舶间迅速、便利的信息沟通，从而增强船舶的监管和指挥调控，促进运行效益的提升。

3.GPS技术在船舶定位中的应用

3.1GPS技术在船舶绝对定位中的应用

船舶绝对定位大都是通过GPS技术对于船舶在WGS-84坐标系中的相应位置实施精准定位，需以4颗GPS卫星为基石，才更加精确。在实施船舶绝对定位的时候，仅通过GPS的接收设施便能够单独完成，与其它方式相比，GPS技术定位更加便于处理、组织方便以及操作简单。但也会受星历误差和信号延迟的影响，从而出现误差，对其准确性造成影响。

3.2GPS技术在船舶动态定位中的应用

通过动态定位能及时掌握船舶运行的方向、速度以及所处位置等，来帮助船舶选取行驶路线，指引船舶。由于船舶一直处于运动中，会受角度、速度的影响，应及时调整定位中存在的误差，减少发生安全隐患的可能。

3.3船舶航行GPS定位数据处理

（1）空间位置的坐标表示

空间位置的描绘需在某个相应的系统下运用固定的形式来完成，此系统便是坐标参照系。最为常见的坐标参照系有参心系与地心系，和地球的物理与几何特征密不可分。其中最常见的坐标系有：大地坐标系、空间直角坐标系以及平面直角系等。

（2）GPS坐标转换流程

系统的应用环节中用GPS定位的最终目标就是经过载入GPS定位的信息，及时、精准的在电子地图中体现出目标点所处的位置信息。

（3）基准转换

在工程运用环节采取GPS系统所收集的数据为WGS-84坐标系统中的数据，需要实施基准转换，将所收集的数据转变为各个国家又或是区域运用的坐标系统下。基准转换的方法最常见的便是莫洛金斯基模型与布尔沙-沃尔夫模型。

（4）坐标系的转换

在相同的坐标系统或是基准下，空间点的坐标有着完全不一样的展示方式，一类方式对应着一种坐标系。不一样的坐标系间，需要通过转换之后，才可以获得所需要的坐标。由于航行环境的影响，一般运用绝对动态定位的形式，此形式存在着非常大的误差，需针对误差实施减小，才可以精准对船舶实施定位。如果海况特差，此时船舶的航向、航迹改变同样是非常大的，无法真实体现航向与航迹。因此需要对数据传输的定位误差实施分析同时进行修正。54.GPS定位误差及解决措施

（1）测伪距误差

测伪距误差又被叫做等效测距误差。民用C/A码GPS的等效测距偏差在5～10mm之内。接收机误差便归属偶然性偏差，是人为操作不当所造成的，所以在测量的时候需要确保接收机稳定工作。因为接收机各式各样，其定位的精准度并不相同。普通船舶所运用的大都是导航型接收机，此类接收机大多应用于运动物体的导航，其能够及时提供物体的具体位置与行驶速率。在抵达目标位置时，期能够指引载体抵达设定的目标。此类接收机均是运用C/A码伪距测量，单点即时定位，定位的精准度为25m，此种接收机的价格低廉，有大量的运用。然而测地型接收机是一种应用于精密测量工作的接收机。此类仪器大都运用载波相位观测值实施定位，定位精准程度高。仪器价格繁琐，价格比较昂贵，并不适合在船舶中运用。

（2）卫星在空间分布及正确的选星

对定位精度产生影响的次要因素便是卫星在空间布局与准确的选星。因为伪距误差是由大气环境与卫星所明确的，用户无法对其直接进行更改。然而几何因子往往是由用终端接收装置和卫星相对位置所明确的。经过科学的选取导航卫星，减少几何因子，能够实现降低误差、提升精度的目标。

（3）差分定位

差分定位系统是由多用户流动站、基准站以及数据链这三个不同的部分所构成。在基准站中收集各个可视卫星里面的测距信息，涵盖导航电文、伪距以及载波相位等等。而精准程度较高的RTK技术，传递给流动站的并非是观测值的优化数，是基准站最初的观测值。基准站需传递给流动站的还涵盖基准站本身的部分信息，按照在沿海部分区域的运用，需要在沿海港口航道测量创建起相应数目的差分基准站，同时产生网络，对沿海港口航道测量船舶提供相关的定位数据。

结束语：

总而言之，船舶定位是船舶航行过程中最为关键的环节，需要在高效导航与精准测量的基础之上才可以保证船舶定位的精确性。GPS技术在船舶航行中的运用，船舶往往会通过GPS技术来确保定位的精准性与迅速性。由于自身工作原理、坐标系等对GPS技术的影响，产生的误差对其精度会有影响，所以应从精选卫星、测伪距误差调控等过程出发，探究该技术的关键，来达到快速精准的定位目标。