浅论海籍测量的几种方法

陆 波,陈久锐,胡锋涛

(浙江省河海测绘院,浙江 杭州 310008)

1 问题的提出

随着国家海洋战略地位的升级,我国的海洋开发正逐步加快。海洋的开发利用迫切需要加强海域使用管理,保护海域使用权人的合法权益,建立健全海籍管理制度,促进海域的合理开发和可持续利用。

海籍调查是通过调查与勘测工作获取并描述宗海的位置、界址、形状、权属、面积、用途和用海方式等有关信息,为海域的开发和利用提供依据的工作。海籍测量是海籍调查的重要内容,是海籍调查成果质量控制的关键工作。

2 海籍测量的方法

海籍测量一般采用WGS-84坐标系,1985国家高程基准。地图投影一般采用高斯-克吕格投影,以与宗海中心相近的0.5°整数倍经线为中央经线,东西跨度较大 (经度差＞3°)的海底管线等用海可采用横轴墨卡托投影[1]。

进行海籍测量的方法有:测距仪与经纬仪交会法、全站仪极坐标法、信标差分GPS法、自设岸台差分GPS法、广域差分GPS法、载波相位GPS-RTK法等[2]。常用的测量方法有:信标差分GPS法、全站仪极坐标法和载波相位GPS-RTK法、网络RTK。

2.1 信标差分GPS法

信标差分GPS法即RBN-DGPS法。该方法利用国家已经建立的海上无线电信标台发射的差分修正信号,对DGPS接收机接收到的GPS卫星信号进行差分修正,从而获得亚米级精度定位信息。

信标差分GPS法的测量过程包括控制点比测和界址点观测。进行控制点比测需在测区周围40 km2范围内找到1～3个高等级平面控制点。在控制点上观测2 h以上,将测量得到的坐标与已知的控制点坐标进行比对,计算仪器测量的WGS-84坐标与已知WGS-84坐标的差值,作为固定差改正数输入测量软件。同时得到WGS-84坐标与我国常用大地坐标系坐标(如1954年北京坐标或1980西安坐标)的差值作为坐标推算的参数在进行坐标推算时使用。

观测宗海界址点时,使用GPS接收机手持步行或放在船、汽车、自行车等载体上。当GPS放在载体上进行移动测量时,载体的移动速度应控制在60 km/h以下,以保证精度。对海岸线标志点、界址点和海域标志点一般用实测方式测量,对无法直接观测的海域界址点,采用控制点比测求得的坐标推算参数并根据工程设计图纸等资料进行推算。

2.2 全站仪极坐标法

全站仪极坐标法是利用测区内2个或2个以上相互通视的控制点 (WGS-84坐标已知)做测站点和后视点分别进行设站和定向,测量宗海界址点的方法。采用全站仪极坐标法需进行GPS控制测量,以获取测区内控制点的WGS-84坐标,得到控制点坐标后再进行界址点测量。

在测区布设GPS控制网,用涵盖测区的高等级GPS测量控制点起算,在进行GPS控制网平差时,无约束平差和约束平差均采用WGS-84坐标系,计算在测区内布设的控制点的WGS-84坐标。

把控制测量得到的控制点WGS-84坐标,按照规范要求的投影带使用高斯-克吕格投影,将大地坐标换算为平面直角坐标。将测得的控制点坐标输入全站仪,利用其中一个点作为测站点,另外一个点作为后视点,对界址点进行观测。测站点不足以测量全部界址点时,可施测图根控制点再进行界址点测量。

选取测区几个标志点或有特征的界址点并利用DGPS接收机直接获取其WGS-84坐标,对2种方法测量的成果进行校核。

2.3 载波相位GPS-RTK法

GPS-RTK是基于载波相位观测值的实时差分定位技术,能够实时地提供观测点的三维定位结果,并达到厘米级精度。采用GPS-RTK方法进行海籍测量,需进行控制测量、控制点比测和界址点测量。

用GPS控制测量施测控制点,得到控制点的WGS-84坐标。在控制点上架设基准站,无需进行转换参数的计算,在使用流动站与另一控制点比测确认无误后,持GPS流动站直接测量各宗海界址点的坐标。流动站接收卫星信号的同时接收基准站播发的改正信息,从而获得厘米级精度的WGS-84坐标。对不能直接观测的海域界址点,采用由控制测量得到的2套坐标计算的参数并根据工程设计图纸等资料进行推算。

2.4 网络RTK法

网络RTK技术是目前GPS测量领域的新技术,是集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理技术和GPS定位技术于一体的定位系统。其中比较有代表性的有VRS虚拟参考站技术和FKP区域改正参数法技术[3]。这2种技术均是将全网架设的所有基准站的数据发送到1个数据处理中心,经过解算,然后统一发送改正数据给用户,实现实时动态定位。

采用网络RTK技术进行宗海测量,只需使用GPS移动站接收GPS卫星信号和数据控制中心发送的改正信息,即可获得宗海界址点定位精度可以达到厘米级的WGS-84坐标。

3 几种方法的比较

信标差分GPS法使用较为广泛,能满足宗海界址点测量的精度要求,且成本较低。但该方法也存在明显不足:由于信标差分GPS技术测量精度为亚米级,特别是周边环境不适宜GPS观测时,信标差分GPS法测量精度大大降低,对要求测量误差不超过±0.1 m的位于人工海岸、构筑物及其它固定标志物上的宗海界址点或标志点的测量难以达到要求。

全站仪极坐标法和GPS RTK法均需要进行GPS控制测量。前期工作相对信标差分GPS法复杂,但测量得到测区内GPS控制点坐标后,对宗海界址点的测量相对更为简单,并且精度达到厘米级。使用网络RTK法测量,精度高且轻松、便捷,是当今海籍测量技术的发展方向。

4 工程应用实例

4.1 工程项目概况

金清渔港围垦工程区域位于金清镇白沙村,该区域规划填海造地以满足金清渔港及配套工程的用地需求,为此需对该区域进行海域使用论证。海域使用论证的基础是海籍测量,工作人员通过现场勘察,结合该项目地形测量的需要,确定作业方案,进行外业采集和内业数据处理工作,圆满完成该项目的海籍测量任务。

4.2 采用的测量方法

该项目属填海造地用海,根据《海籍调查规范》中的相关规定,岸边以填海前的海岸线为界。该项目涉及的海岸线,一部分为加固斜坡式海塘,以海塘外坡脚线为界;一部分为公路边陡坎,以陡坎外缘线为界。

因该项目包含海籍测量和地形测量2方面内容,且该区域海岸线较为曲折,宗海界址点较多,故先进行GPS控制测量,再运用全站仪极坐标法采集宗海界址点坐标。

将由GPS控制测量求得的海岸线附近的控制点ZH1和ZH2的WGS-84坐标按高斯-克吕格投影转换为直角坐标。用全站仪在控制点ZH1处设站,再用ZH2后视定向,施测图根点ZH3～ZH6。将全站仪依次在控制点或图根点上设站,采用极坐标法施测宗海界址点。将测得的宗海界址点直角坐标按高斯-克吕格投影转换为经纬度形式,即得到宗海界址点WGS-84坐标成果。

根据控制测量成果求得坐标修正参数。对业主提供的无法直接测量的边界点坐标依据修正参数进行校验,推算其WGS-84坐标。

4.3 数据处理

根据实测点资料和收集、换算的界址点位坐标以及海岸线等资料,按《海籍调查规范》中规定的相关技术要求绘制宗海位置图、宗海界址图和宗海界址点坐标记录表,并计算项目占用海域面积。

图1金清渔港及配套工程区域宗海地形测量图为部分宗海界址点坐标成果示例。

图1 金清渔港及配套工程区域宗海地形测量图

5 结 语

通过对海籍测量不同方法的论述、比较,并结合工程应用实例可知,应在不同的精度要求和不同的仪器设备配置的条件下采用相应的测量方法开展海籍测量工作。在国家大力发展海洋经济和浙江省建设海洋经济示范区的今天,海籍测量将为更多的海洋开发项目的管理和保护提供依据。

[1]国家海洋局.HY/T 124—2009海籍调查规范 [S].北京:中国标准出版社,2009.

[2]国家海洋局.HY0 70—2003海域使用面积测量规范 [S].北京:中国标准出版社,2003.

[3]宋克忠,周森,张学丽.网络RTK技术的工作原理 [J].海河水利,2007(2):61-62.