gps技術在海上航標監(jiān)控中的作用

　　gps技術在海上航標監(jiān)控中的作用
　　摘要：簡單介紹應用gps及無線通信技術設計的海上航標監(jiān)控系統(tǒng)的組成。著重論述利用gps進行浮標位置監(jiān)測，研究了利用dgps改善定位精度的實現(xiàn)技術。
　　關鍵詞：gps(dgps)；浮標監(jiān)控；位置監(jiān)測；撞擊無線通信技術
　　。
　　當前，為了適應海上交通流量大、安全通航的要求高，使航標管理部門（海事局航標處）及時掌握航標的工作狀態(tài)與相關信息，做到及時、有針對性地對航標設備進行維護與檢修，降低維護成本，提高管理效率，研究開發(fā)航標自動監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。
　　航標是為海上船舶提供導航信號的助航設備。航標設備運行狀況，航標位置，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，航標會發(fā)生位置偏離、標志損壞、電池老化、燈器狀態(tài)不正常等。因此，必須能夠實時掌握航標工作狀態(tài)信息，快速排除故障，確保船舶航行安全
　　1 航標監(jiān)控系統(tǒng)的組成
　　航標監(jiān)控系統(tǒng)由控制中心、無線通信系統(tǒng)、終端設備三部分組成，
　　控制中心主要由前置機、服務器
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、風速等信息的采集與傳輸。電源部分采用太陽能電源并配備較大容量的蓄電池，能夠在符合航標規(guī)范下保持連續(xù)供電。
　　在航標監(jiān)控系統(tǒng)中，如何準確地判斷航標是否漂移和撞擊是系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術，本文針對gps在解決航標位置偏移、航標受撞擊判斷等關鍵問題中的應用進行初步的探討。
　　2 航標位置漂移分析
　　航標位置是否漂移，只要準確的確定航標的位置，就可判斷它。我們采用的定位方法是gps定位技術。
　　2.1 gps定位誤差
　　采用結構簡單、價錢便宜的gps-oem板，是實現(xiàn)航標位置的實時和定時監(jiān)測的理想方案。但是，由于gps系統(tǒng)中，空間衛(wèi)星存在多種誤差；電波傳播途徑中會產(chǎn)生：電離層和對流層延遲誤差、多路徑效應；接收設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garmin-15l gps oem板進行的定點測量，測量結果表明它的定位精度可達10~15m(95%)。雖然精度比較高，但是還會存在一些誤差超過20m以上。因此，如果直接采用gps輸出的數(shù)據(jù)來進行位置漂移判斷，誤報警率將很高，所以采取一定的措施進行處理對整個系統(tǒng)的可靠性都是非常重要的。
　　2.2 數(shù)據(jù)處理
　　通過大量的測量試驗與觀察分析發(fā)現(xiàn)，隨著時間的不同、衛(wèi)星分布狀態(tài)的改變以及天氣的變化，gps所測得的數(shù)據(jù)都有不同曲線方向的漂移，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數(shù)據(jù)進行處理對整個測量系統(tǒng)精度的提高至關重要。我們根據(jù)gps定位誤差和海上浮標低動態(tài)性能的特點，采用簡化的卡爾曼濾波數(shù)據(jù)處理方案進行處理。
　　經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，大大減少了誤差，定位精度提高到5~10m以內，大大減少誤報警。
　　2.3 位置漂移量分析
　　先假設gps無測量誤差，由于水上浮標受潮沙、風力、水流等的驅動，鏈條的長短隨時變化使浮標的位置在以沉石位置為基點的回旋半徑r1范圍內變化，r1由下式確定：
　　式中：h為鏈條全長，h為設置航標處海圖水深；0.8為鏈條懸弧系數(shù)[2]。
　　gps接收機安裝在浮標上，由于浮標具有一定高度，在有風的情況下會產(chǎn)生搖擺，如圖3所示。假設浮標高度為h1，傾角為θ，則gps的位置將偏離航標r2：
　　考慮gps的測量誤差r3和基準點的位置誤差r4，則在極限情況下浮標位置數(shù)據(jù)偏離基準點的誤差為：
　　假設某航道浮標設置位置的水深為7~8m，根據(jù)技術標準設置浮標的鏈長為15m；浮標高度5m，最大傾角30°，采用dgps定位進行設標，精度在5m以內，gps的c/a碼定位精度15m(絕對精度)，根據(jù)式(3)計算得：r=32.5m。
　　必須注意，這里我們計算時采用的是絕對精度，而gps標準定位服務提供的精度是2drms，如果轉換成絕對精度，誤差將比較大，這在狹水道、小船航道將不能滿足要求；因此，必須通過差分的方法來提高定位精度。
　　2.4 差分定位技術
　　差分gps定位原理是將一臺高精度的gps接收機安置在基準站上進行觀測。根據(jù)基準站已知精密坐標，計算出基準站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準站實時將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶接收機在進行gps觀測的同時，也接收到基準站發(fā)出的改正數(shù)，并對其定位結果進行改正，從而提高定位精度。常用的差分gps分為兩大類：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)浮標應用對實時要求不高，并且不是所有浮標都需要差分處理的特點，采用事后差分處理。具體方法如下：
　　在基準站上，觀測所有衛(wèi)星，根據(jù)基準站已知坐標和各衛(wèi)星的坐標，求出每顆衛(wèi)星每一時刻到基準站的真實距離。再與測得的偽距比較，得出偽距改正數(shù)。
　　通過控制中心發(fā)出控制命令，設置浮標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無線通信平臺。
　　控制中心根據(jù)各顆衛(wèi)星的星歷、歷書、偽距 ……（未完，全文共4078字，當前僅顯示2060字，請閱讀下面提示信息。收藏《gps技術在海上航標監(jiān)控中的作用》）