海上定位

海上定位是利用儀器設備測定船舶在海洋上的位置並引導船舶航行的過程。又稱導航。定位的方法主要有推算航法、GPS定位系統光學儀器測定法、聲吶法、無線電定位及衞星導航全球定位系統(GPS)等。海洋地質調查中，主要使用的定位系統為衞星導航系統。用儀器測定的位置稱實測位置，用航跡和測程儀計算求得的位置稱推測位置，對推測位置進行風壓流、海流、潮流校正求得的位置則稱推定位置。測定的位置(定位)應標定在海圖或作業圖上。 ^[1] 

傳統的海洋測量主要是在沿岸海域進行，沿岸海域在天氣較好、風浪較小的時候測量通常使用光學儀器，利用陸地目標定位，這與陸地測量定位有些相似，不過天氣不好，測量船搖擺不定，因而海洋測量精度要比陸地測量定位精度低很多，目前採用主要手段：無線電定位的方法、電磁波測距的方法、無線電定位、光學定位。其中無線電定位方法被廣泛應用。這些定位系統定位距離都比較遠，但精度一般都比較低，由於在中遠海底海底地形比較平坦，精度略低不會影響測量成果的使用，基本滿足使用需求。但現代海洋發展事業已遠遠超出海上交通運輸，對海洋的資源調查勘測、海洋工程建設、海洋科學研究等，需要更精確的測量成果，因此研製了水聲定位和衞星定位，使得所需成果更為精確。

其中現今廣泛利用高精度中短程無線電波的傳播特性測定目標的位置、速度和其它特性。無線電定位是除了無線電導航之外的無線電測定。就是利用無線電波的傳播特性測定目標的位置、速度和其它特性。是通過直接或間接測定無線電信號在已知位置的固定點（岸台）與船之間傳播過程中的時間、相位差、振幅或頻率的變化，確定距離、距離差、方位等定位參數，進而用位置線確定待定點位置（如船位）的測量技術利方法。所用定位系統，按確定距離或距離差等定位參數的原理，分為：

①脈衝式無線電定位系統，是根據無線電信號傳播時間與傳播距離成正比原理，測量船台發射脈衝信號和岸台回答脈衝信號所經歷時間間隔，求取距離或距離差；

②相位式無線電定位系統，是根據無線電信號傳播中的相位變化與傳播距離成正比原理，通過測量兩連續信號的相位差求取距離或距離差；

③脈衝一相位式無線電定位系統。工作方式有多種，按位置線確定方式分為：雙距離定位、雙曲線定位、雙方位定位、極座標定位等。

衞星定位是通過空間衞星的瞬間位置確定地面位置的方法，並在此基礎上發展為現在的GPS定位系統，由空間衞星部分、地面監控部分、用户設備部分組成，從覆蓋範圍、信號可靠性、數據內容、準確性、以及多用性指標來看，優先於傳統的衞星系統。成為當代定位熱點。全球衞星定位系統GPS是今年以來開發的最具有開創意義的高新技術之一，其全球性、全能性、全天侯性的導航定位、定時、測速優勢必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用。這是一個由覆蓋全球的24顆衞星組成的衞星系統。這個系統可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可以同時觀測到4顆衞星，以保證衞星可以採集到該觀測點的經緯度和高度，以便實現導航、定位、授時等功能。這項技術可以用來引導飛機、船舶、車輛以及個人，安全、準確地沿着選定的路線，準時到達目的地。主要是為船舶，汽車，飛機等運動物體進行定位導航。例如：船舶遠洋導航和進港引水、飛機航路引導、水下地形測量等，GPS除了用於導航、定位、測量外，由於GPS系統的空間衞星上載有的精確時鐘可以發佈時間和頻率信息，因此，以空間衞星上的精確時鐘為基礎，在地面監測站的監控下，傳送精確時間和頻率是GPS的另一重要應用，應用該功能可進行精確時間或頻率的控制，可為許多工程實驗服務。並且由其組成的GPS控制網具有 ：衞控制點之間不需要通視、精度高、適用於海島聯測的優勢。並將此技術延伸到水下測量--水下GPS系統，該系統不但可用於從水上（海面、沿岸陸地或飛機上）對水下目標跟蹤監視和動態定位，並率先利用GPS技術實現了水下設備導航、水下目標瞬時水深監測、水下授時、水下工程測量控制和工程結構放樣等功能。

相對於無線電波信號來説，聲波信號可以在水下傳播的較遠的距離，因此聲波發射設備可以作為信號標進行導航。在水底設置若干聲標——海底控制點，利用一定的方法測定這些水下聲標的相對位置；當一個待定船位的測量船，通過發射設備向水中發射聲脈衝詢問信號時，水下聲標接收該信號併發迴應答信號，應答信號被測量船接收並經計算機處理後，可得到測量船的定位結果。目前在水下進行定位和導航最常用的方法就是聲學方法。由水下聲發射器及接收器相互作用,可以構成聲學定位系統。按接收基陣或應答器陣的基線長度,可分為長基線、短基線和超短基線三種聲學定位系統。根據不同的定位要求,可以利用不同的定位系統。聲學定位技術是對已知目標在一個特定的時間和空間中進行定位的技術。隨着電子計算機微處理技術的發展和應用,它可以實時、快速、連續自動地顯示出所需要的位置信息。聲學定位同時可以解決水深測量，也是重要的發展方向。 ^[2] 

(1)位置線

定義：是一條直線或曲線，它上面的任意一點到已知點所構成的量都等於觀測值，每個觀測值在平面上都確定了一條位置線。

分類：直線、圓曲線、偏心圓曲線、雙曲線。

因此為了確定一點的水平位置，可通過這四條位置線的相互組合，構成極座標法、方位角交會法、後方交會法、距離交會法、雙曲線交會法等定位方式。

(2) 海上定位模型就是把各種觀測值和未知點的座標聯繫起來，運用公式來確定各種測量和點的平面座標的關係。運用泰勒級數展開的方法進行線性化，除此之外對於長距離定位，計算在參考橢球上進行，所有的觀測值都歸化到計算參考面上（投影平面或參考橢球面）。並且通過三種方法：誤差橢圓、誤差四邊形、均方誤差圓來進行海上定位的精度評定。 ^[2] 

測量的基本任務就是確定物體在空間的位置，而對位置的描述都是建立在某一特定的空間框架之上，即建立參考橢球面和相應的座標系統。由於採用的參考橢球面及定位方法不同，同一地點在不同座標系中的座標值也不相同。在海洋定位測量計算中，由於海洋定位分為絕對定位和相對定位，因此經常遇到不同座標系之間的轉換。

座標系轉換就是在相同參考基準下不同座標表達形式之間的轉換；基準轉換是指在不同的參考基準（包括參考橢球的參數以及參考橢球在空間的定位定向等）之間的轉換。此二者在處理海洋定位中經常進行相應轉換。 ^[2]