GPS卫星导航仪在船舶定位中的应用分析
时间：2020-12-16 16:03:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：GPS卫星导航仪以GPS技术为核心，帮助用户准确定位当前位置，并且根据既定目的地计算行程，GPS导航仪通过地图显示和语音提示两种方式引导用户行至目的地的仪器，进而达到定位导航的目的。本文在研究中以GPS卫星导航仪为核心，明确GPS卫星导航仪的运行原理，分析GPS卫星导航仪在船舶定位中的作用，提出GPS卫星导航仪在船舶定位中的应用，提高船舶定位精准性，仅供参考。
关键词：GPS卫星导航仪 船舶定位 精确度 应用
中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0129-02
随着社会经济和科学技术的不断发展，促进航海运行体系的进一步完善和优化，并对船舶定位提出一定的要求。GPS卫星导航仪引入航海领域中，可以准确对目标区域船舶进行定位，为航海相关决策提供准确信息依据。对此，在这样的环境背景下，探究GPS卫星导航仪在船舶定位中的应用具有非常重要的现实意义。
1 GPS卫星导航仪的运行原理
GPS卫星导航仪系统分为空间系统、地面监测控制以及用户设备等三大部分，其中包括MCS控制台、地表天线站以及监控系统等设备，针对空间系统部分，由24颗卫星组建GPS导航卫星网，其中有21颗卫星是工作卫星，剩下3颗卫星为在轨备用卫星，均匀分布到6个轨道面内，轨道倾角则控制在55°以内，相邻卫星经度夹角为60°，即为轨道升交点。具体分布结构如图1所示，由于星座的合理分布保证了地球上和近地空间内的任何一点，任意时刻都可以同时观测到4颗及以上卫星，最多能观测到11颗，进而实现实时导航定位。GPS卫星导航仪数据传输终点是用户设备，借助接收机获取GPS卫星发送信息，而GPS卫星固定在某一角度可以连接测量卫星，并追踪卫星行程和数据，得到导航报文，系统自动计算出用户设备定位数据，进而获得最终准确的定位信息。现阶段，虽然GPS定位方式多种多样，但运行原理基本保持一致，以GPS卫星为测量核心，设置4个以上的卫星，确定卫星坐标，各个卫星进行空间距离后方交会，构建数学模型，进而实现定位[1]。
2 GPS卫星导航仪在船舶定位中的作用
2.1 信息准确
在进行船舶航行中，GPS卫星导航仪可以为船舶提供准确位置信息，这对航行效率的提升至关重要，传统无线导航设备位置信息传输误差较大，降低船舶航行的安全性。而GPS卫星导航仪的引入，大大提高船舶位置信息的准确性，其精确度可达到1000m内的位置信息，满足航行精确需求[2]。
2.2 连续定位
由于GPS技术具有全天候的优势，赋予了GPS卫星导航仪连续性定位的能力，这是传统无线电导航系统无法比拟的。高精度船位测定可以持续提供导航数据，作为全天候定位、全球覆盖的定位系统，GPS用户能够在任何夭气条件下、全球的任一位置都可以准确地接收到GPS卫星信号。
2.3 导航功能
GPS卫星导航仪除了可以为船舶提供准确信息和连续定位等功能之外，还具备极强的导航功能，GPS卫星导航仪系统中储存上千航路点，可以为船舶航路设计提供较为经济可靠的路线保障。现阶段，大多数船舶GPS接收机都具备航点与航路设计功能，使得驾驶人员可以输入起点和终点，系统自动显示各个区域海况设计航点与航路，其航线设计功能有效保证船舶安全。
3 基于GPS卫星导航仪的船舶定位系统
3.1 GPS船载终端
在进行船舶航行中，驾驶人员要明确船舶航行中涉及的经纬度或是特殊地理位置坐标，规划航线转向点，将船舶起点、转向点以及终点连接在一起，构建船舶航线。而GPS船载终端通过卫星信息的获取，由中央处理单元计算处理卫星信号，获得船舶位置经纬度、速度、方位和时标等参数信息，由通信模块将其传输至监控服务器，并实时接收监控中心指令，已完成报警、通话等操作，定位结构为图2所示。
3.1.1 定位
在船舶定位航行中，借助通信模块可以查询到系统服务器位置信息数据库，进而获得船舶实时位置，利用GIS将船舶位置信息显示到电子地图上，为相关工作人员提供监控与调度工作[3]。
3.1.2 监控
在船舶行驶中，若和规定行驶线路出现误差并超出允许范围，或是船舶停留时间超过监控中心允许时间，监控中心要对该船舶进行定位监控，要求驾驶人员在遇到紧急情况，通过船载终端和监控中心建立通话，及时报警，提高船舶定位的精准性，进而为船舶安全行驶提供重要支持。
3.1.3 管理
在GPS卫星导航仪实际应用中，船载终端具备数据管理能力，可以对用户信息数据、船舶信息数据、短消息或是其他信息数据进行综合管理，并在行驶中根据预定时间间隔，记录船舶在行驶中的运行情况，其中主要记录内容包括行驶时间、经纬度、行驶速度、行驶方向、水位等参数，为行驶决策提供真实准确的信息依据。
3.2 通信系统
通信系统属于数据传递枢纽，在实际运行中，可以将用户终端采集的数据上传到指定系统中，下达系统调度控制命令，内设短消息通讯网和GPRS网关进行相互配合，构建短消息服务中心，进而达到数据传递、储存以及协议转换等目的。其实现功能一是和用户终端连接；二是和移动通信服务运营商端口连接；三是和监控中心数据库端口连接；四是和其他应用端口连接[4]。
3.3 监控中心
监控中心硬件系统包括通信网关服务器、数据库服务器、监管应用服务器、Internet专线接入设备以及输出设备，而软件系统包括GIS模块、通信模块以及应用程序模块等内容，GIS模块具备数据输入与编辑功能、信息数据转换与集成功能、信息数据查询与显示功能、地理数据管理界面功能、系统二次开发功能以及地图制作与输出功能，借助软件系统，驾驶人员可以制作高精度航海地图，这些都要依靠Windows网络编程系统来实现，将其连接至监控服务器，监控服务器会结合实际需求转发航海指令，提高船舶定位的精准性，进而保证船舶定位的综合效果。在实际应用中，监控中心包括以下几点功能。
（1）传播查询。
结合船舶航行实际情况，监控中心可以根据矢量图单进行目标查询、分组查询以及逻辑条件查询，以此为信息依据下达指令，借助通信系统向目标船舶下达指挥调度信号，进而保证航行效率。
（2）紧急救援。
当某一船舶发出报警信号，监控中心会及时获取报警信息，传达指挥调度指令，并及时通知相关海事救助单位与救援单位，达到统一协调的目的，为船舶安全航行提供保障。
（3）事前警报。
借助船舶位置信息，判斷船舶所行驶水域安全性，明确船舶间安全距离，使得船舶发生危险时，可以及时通知相关人员控制船舶，使其调整到安全行驶状态中，进而为船舶的安全行驶提供重要保障。
4 结语
本文通过对GPS卫星导航仪在船舶定位中的应用研究，得出如下结论。
（1）在进行船舶航行中，GPS卫星导航仪可以为船舶提供准确位置信息，并连续性定位，计算船舶行驶中转向点，与起点和终点连接在一起，进而为船舶导航。
（2）为了发挥出GPS卫星导航仪在船舶定位中的重要和价值，要利用GPS卫星导航仪构建船舶定位系统，细分GPS船载终端、通信系统和控制中心，提高船舶定位的精准性，进而为船舶安全行驶提供重要支持。
参考文献
[1]章耀亮，梁高金.GPS卫星导航仪在内河船舶定位的误差及修正[J].珠江水运，2015（10）：68-69，71.
[2]王在高.使用卫星导航仪定船位的误差分析[J].滁州学院学报，2015，14（5）：47-50.
[3]何瑞栋.GPS航空遥感物探导航和定位测量软件[J].地矿测绘，2016（4）：8-14.
[4]大有.飞速发展的GPS——全球卫星定位导航仪[J].渔业机械仪器，2014（6）：47.
