伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)在海洋測繪中的應用初探
2.1.2. 海岸工程應用
進入二十一世紀以來,我國政府在海洋開發(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呈現(xiàn)出一派繁榮景象,例如為新機場建設進行的土地改造工程、為港口做的航道疏通、為河流航運進行的河道加深、島嶼之間的橋梁建造、陸島工程、內(nèi)海整治、新的海岸帶調(diào)查等等工程。這意味著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有較大增長。
2.1.3. 當前和將要出現(xiàn)的新技術
n 廣域差分技術
廣域差分技術,使得GPS定位精度進一步提高,作用范圍進一步擴大,現(xiàn)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試驗室開發(fā)的StarFire(RTG)等廣域差分系統(tǒng),系統(tǒng)結合Internet技術,使用雙頻GPS有效的消除電離層、大氣層、軌道、時鐘等誤差,水平定位精度提高到分米級,垂直精度達到70cm,差分數(shù)據(jù)通過海事通訊衛(wèi)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,使得RTK技術作用范圍進一步擴大,而保持厘米級的高精度定位。
n 精密定位技術
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主要角色。高精度定位技術主要是RTK、LRTK(Racal)、虛擬RTK技術等。海岸工程中的精密工程已經(jīng)超過普通的海岸工程。
n “Galileo+GPS”混合定位系統(tǒng)
在測繪應用領域,沒有人懷疑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(wèi)星系統(tǒng)(Global Orbiting Navigation Satellite System,簡稱GLONASS)的運營狀況不好,但是現(xiàn)在“GPS+GLONASS”接收機且能廣泛應用在測量和科研領域。這樣的組合至少有兩個主要優(yōu)點:首先,可以得到更多的可視衛(wèi)星(為單獨使用其中一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)的兩倍);其次,由于是GPS和GLONASS是兩個獨立系統(tǒng),所以有更好的可靠性和完整性。這里存在一個巨大的影響,就是在海岸工程定位設備選擇中可能將會是這樣(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。
為了減弱同時利用GPS和Galileo系統(tǒng)的這種發(fā)展趨勢,加速GALILEO衛(wèi)星定位系統(tǒng)的市場占有率,Racal公司在其研究報告中,建議GALILEO計劃共同采用GPS定位系統(tǒng)的部分成果(相同的WGS84地心坐標系統(tǒng)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。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。定位技術作為近海工程支撐技術,應用領域主要包括:井場測量、浮動的產(chǎn)品存儲、裝卸裝置(Floating Production Storage Offload,簡稱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,簡稱ROV)等。
近海支持部分是一個全球市場,它的業(yè)務遍及世界各地。它被控制在許多私人商家手中,這些活動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(shù)定位服務由服務提供商完成,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業(yè)人員來完成工程要求的所有配置。因此,根據(jù)服務提供商的不同服務對象,他們所使用的儀器設備可以從這個工程用到另一個工程。
在近海支持市場,相對于整個工程項目的費用支出,定位系統(tǒng)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(shù)依賴于定位設備性能的好壞。因此,只要有一種先進技術能產(chǎn)生較高的生產(chǎn)效率,儀器設備的價格就不應該限制新技術的產(chǎn)生和發(fā)展。
近海支持市場在過去很長一段時間里是通過投資購買儀器設備和出租定位設備從定位技術中獲得效益。從80年代開始,基于應用地面無線電傳輸?shù)腟YLEDIS技術或其他地面無線電傳輸技術已經(jīng)被現(xiàn)有的DGPS技術所取代,DGPS技術現(xiàn)在是一種主要的定位技術。但是,近海支持應用通過不同的質量評價(Quality Assessment,簡稱QA)/質量控制(Quality Control,簡稱QC)導向程序的使用把技術重點放在考慮定位的完整性方面。例如,它需要使用另一個并行的可供選擇的系統(tǒng),如另外的DGPS系統(tǒng)、或者地面無線電傳輸系統(tǒng)、甚至考慮由GLONASS系統(tǒng)來解決定位完整性問題。
因此,近海支持毫無疑問地將利用GALILEO系統(tǒng),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(guī)范。
2.2.1. 我國的近海工程現(xiàn)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,一般租用專門的定位服務公司差分數(shù)據(jù)進行定位,如Fugro公司,使用過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(diào)查項目,而且局限調(diào)查的范圍和只提供標準定位服務,現(xiàn)在,有的公司,如CC公司可以提供精密定位服務。在我國,特別是海洋石油方面,定位服務幾乎全部由國外公司,如Racal、Fugro公司壟斷經(jīng)營,用于精密海洋工程測量和鉆井平臺移動、就位、管線鋪設等,在南海、東海、渤海的石油天然氣開發(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向租借公司或定位服務提供商租用定位設備,但是這些定位設備展現(xiàn)出更適合長期作業(yè)的接收機性能,它們中任意一臺都連續(xù)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(xiàn)在主要都是一些近海支持應用(超過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、通過服從RAIM(由UKOOA建立并推薦使用)規(guī)定,強調(diào)為項目實施安全進行的質量評價和質量控制方面。
現(xiàn)在有穩(wěn)定增長趨勢是,絕大多數(shù)項目需求利用RTK精密級別技術來完成,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,點位位置精度可以降到優(yōu)于0.1m,根據(jù)定位技術情況,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精密定位技術的發(fā)展,這種情況將有所改觀,通過RTK技術可以得到和近海支持一般級別同樣的數(shù)據(jù)完整性和可靠性的保障。
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