gps技術(shù)在海上航標(biāo)監(jiān)控中的作用

　　gps技術(shù)在海上航標(biāo)監(jiān)控中的作用
　　摘要：簡(jiǎn)單介紹應(yīng)用gps及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)設(shè)計(jì)的海上航標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)的組成。著重論述利用gps進(jìn)行浮標(biāo)位置監(jiān)測(cè)，研究了利用dgps改善定位精度的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
　　關(guān)鍵詞：gps(dgps)；浮標(biāo)監(jiān)控；位置監(jiān)測(cè)；撞擊無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)
　　。
　　當(dāng)前，為了適應(yīng)海上交通流量大、安全通航的要求高，使航標(biāo)管理部門(mén)（海事局航標(biāo)處）及時(shí)掌握航標(biāo)的工作狀態(tài)與相關(guān)信息，做到及時(shí)、有針對(duì)性地對(duì)航標(biāo)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)與檢修，降低維護(hù)成本，提高管理效率，研究開(kāi)發(fā)航標(biāo)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。
　　航標(biāo)是為海上船舶提供導(dǎo)航信號(hào)的助航設(shè)備。航標(biāo)設(shè)備運(yùn)行狀況，航標(biāo)位置，將直接影響船舶的安全航行。在受輪船沖撞、潮流漲落、燈器故障等人為和自然因素的影響下，航標(biāo)會(huì)發(fā)生位置偏離、標(biāo)志損壞、電池老化、燈器狀態(tài)不正常等。因此，必須能夠?qū)崟r(shí)掌握航標(biāo)工作狀態(tài)信息，快速排除故障，確保船舶航行安全
　　1 航標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)的組成
　　航標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)由控制中心、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)、終端設(shè)備三部分組成，
　　控制中心主要由前置機(jī)、服務(wù)器
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略733字，正式會(huì)員可完整閱讀）……　
、風(fēng)速等信息的采集與傳輸。電源部分采用太陽(yáng)能電源并配備較大容量的蓄電池，能夠在符合航標(biāo)規(guī)范下保持連續(xù)供電。
　　在航標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)中，如何準(zhǔn)確地判斷航標(biāo)是否漂移和撞擊是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，本文針對(duì)gps在解決航標(biāo)位置偏移、航標(biāo)受撞擊判斷等關(guān)鍵問(wèn)題中的應(yīng)用進(jìn)行初步的探討。
　　2 航標(biāo)位置漂移分析
　　航標(biāo)位置是否漂移，只要準(zhǔn)確的確定航標(biāo)的位置，就可判斷它。我們采用的定位方法是gps定位技術(shù)。
　　2.1 gps定位誤差
　　采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)錢(qián)便宜的gps-oem板，是實(shí)現(xiàn)航標(biāo)位置的實(shí)時(shí)和定時(shí)監(jiān)測(cè)的理想方案。但是，由于gps系統(tǒng)中，空間衛(wèi)星存在多種誤差；電波傳播途徑中會(huì)產(chǎn)生：電離層和對(duì)流層延遲誤差、多路徑效應(yīng)；接收設(shè)備有也存在不可消除的一些誤差；因此，gps定位存在誤差。根據(jù)我們對(duì)garmin-15l gps oem板進(jìn)行的定點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明它的定位精度可達(dá)10~15m(95%)。雖然精度比較高，但是還會(huì)存在一些誤差超過(guò)20m以上。因此，如果直接采用gps輸出的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行位置漂移判斷，誤報(bào)警率將很高，所以采取一定的措施進(jìn)行處理對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性都是非常重要的。
　　2.2 數(shù)據(jù)處理
　　通過(guò)大量的測(cè)量試驗(yàn)與觀(guān)察分析發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的不同、衛(wèi)星分布狀態(tài)的改變以及天氣的變化，gps所測(cè)得的數(shù)據(jù)都有不同曲線(xiàn)方向的漂移，但是其分布狀態(tài)接近于正態(tài)分布，所以采用一些濾波方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)精度的提高至關(guān)重要。我們根據(jù)gps定位誤差和海上浮標(biāo)低動(dòng)態(tài)性能的特點(diǎn)，采用簡(jiǎn)化的卡爾曼濾波數(shù)據(jù)處理方案進(jìn)行處理。
　　經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，大大減少了誤差，定位精度提高到5~10m以?xún)?nèi)，大大減少誤報(bào)警。
　　2.3 位置漂移量分析
　　先假設(shè)gps無(wú)測(cè)量誤差，由于水上浮標(biāo)受潮沙、風(fēng)力、水流等的驅(qū)動(dòng)，鏈條的長(zhǎng)短隨時(shí)變化使浮標(biāo)的位置在以沉石位置為基點(diǎn)的回旋半徑r1范圍內(nèi)變化，r1由下式確定：
　　式中：h為鏈條全長(zhǎng)，h為設(shè)置航標(biāo)處海圖水深；0.8為鏈條懸弧系數(shù)[2]。
　　gps接收機(jī)安裝在浮標(biāo)上，由于浮標(biāo)具有一定高度，在有風(fēng)的情況下會(huì)產(chǎn)生搖擺，如圖3所示。假設(shè)浮標(biāo)高度為h1，傾角為θ，則gps的位置將偏離航標(biāo)r2：
　　考慮gps的測(cè)量誤差r3和基準(zhǔn)點(diǎn)的位置誤差r4，則在極限情況下浮標(biāo)位置數(shù)據(jù)偏離基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差為：
　　假設(shè)某航道浮標(biāo)設(shè)置位置的水深為7~8m，根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置浮標(biāo)的鏈長(zhǎng)為15m；浮標(biāo)高度5m，最大傾角30°，采用dgps定位進(jìn)行設(shè)標(biāo)，精度在5m以?xún)?nèi)，gps的c/a碼定位精度15m(絕對(duì)精度)，根據(jù)式(3)計(jì)算得：r=32.5m。
　　必須注意，這里我們計(jì)算時(shí)采用的是絕對(duì)精度，而gps標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)提供的精度是2drms，如果轉(zhuǎn)換成絕對(duì)精度，誤差將比較大，這在狹水道、小船航道將不能滿(mǎn)足要求；因此，必須通過(guò)差分的方法來(lái)提高定位精度。
　　2.4 差分定位技術(shù)
　　差分gps定位原理是將一臺(tái)高精度的gps接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀(guān)測(cè)。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶(hù)接收機(jī)在進(jìn)行g(shù)ps觀(guān)測(cè)的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的改正數(shù)，并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。常用的差分gps分為兩大類(lèi)：偽距差分和載波相位差分。由于載波相位差分成本比較高，因此，采用偽距差分。根據(jù)浮標(biāo)應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)要求不高，并且不是所有浮標(biāo)都需要差分處理的特點(diǎn)，采用事后差分處理。具體方法如下：
　　在基準(zhǔn)站上，觀(guān)測(cè)所有衛(wèi)星，根據(jù)基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)和各衛(wèi)星的坐標(biāo)，求出每顆衛(wèi)星每一時(shí)刻到基準(zhǔn)站的真實(shí)距離。再與測(cè)得的偽距比較，得出偽距改正數(shù)。
　　通過(guò)控制中心發(fā)出控制命令，設(shè)置浮標(biāo)終端將其采集到每顆衛(wèi)星的偽距傳輸至控制中心。數(shù)據(jù)傳輸采用gprs無(wú)線(xiàn)通信平臺(tái)。
　　控制中心根據(jù)各顆衛(wèi)星的星歷、歷書(shū)、偽距 ……（未完，全文共4078字，當(dāng)前僅顯示2060字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《gps技術(shù)在海上航標(biāo)監(jiān)控中的作用》）