伽利略卫星定位系统在海洋测绘中的应用初探

1. 伽利略计划简介

2001年3月26日，欧盟15个成员国的交通部长在布鲁塞尔决定开始启动伽利略卫星导航定位系统计划。27日，欧盟委员会主席普罗迪称赞这一决定是个突破，认为伽利略计划定会成功，为打破世界卫星导航定位系统美国独霸天下的局面、开创欧盟航天事业的新阶段向前迈出了坚实的一步。

伽利略计划的资金预计为32亿到36亿欧元，由30颗高轨道卫星组成，分布在轨道高度为2.4万千米、倾角为56度的3个轨道面上。基础设施包括天基和地基两部分。卫星将为用户提供精确的时间和误差不超过一米的全球精确定位服务，与美国的全球卫星定位系统（GPS）和俄罗斯的全球卫星定位系统（GLONASS）争夺市场。

伽利略计划分4个阶段逐步实施。第一阶段是系统可行性评估或定义阶段（2000年前结束）；第二阶段为开发和检测阶段（2001年至2005年）；第三阶段是部署阶段（2006年至2007年）；第四阶段为商业运行阶段（2008年以后）。

欧盟为何如此注重开发自己的卫星导航定位系统呢？首先，卫星导航定位可应用于人们生活的各个方面，伽利略计划将创造巨大的经济效益和社会效益，打破美国在这方面的垄断地位，为欧盟赢得可观的市场份额。权威部门预计，伽利略计划将为欧盟创造15万个高技术含量的就业岗位，每年经济收益有100亿欧元之多。欧盟估计，仅出售航空和航海终端设备一项就可在2008年至2020年将150亿欧元收入囊中。第二，欧盟开发此项目可为欧盟现在极力提倡的欧洲共同安全防御政策服务。欧盟近年来，一直主张要拥有独立于北约的自己的安全体系。伽利略计划可为实施欧洲共同安全防御政策提供必要的技术保障。第三，欧盟认为，21世纪是科技高速发展的世纪，欧盟要在今后世界上占有一个重要地位，占领世界高科技阵地是不可或缺的。没有科技上的领先地位，欧盟在将来许多事务中就没有主导权。

正如普罗迪所说，伽利略计划对欧盟来说是一场技术革命，它将给人们带来的自豪感绝不会亚于"空中客车"飞机和"阿丽亚那"火箭。当然欧盟发展航天事业遇到了许多困难，既有技术上困难，也有来自国外如美国的压力。但欧盟深知，这是事关欧洲前途的大事，是一场垄断和反垄断的斗争，是一场涉及政治、经济、军事和国家利益的外交斗争，所以在追求建立自己独立的卫星导航定位系统上的决心从来没有动摇过。

2. GALILEO卫星定位技术在海洋工程中的应用

伽利略计划的启动，无疑会对全球产生重大的影响，对我国而言，该技术将对我国的国民经济建设起到划时代的影响。欧盟发展伽利略计划，主要从商业、政治方面考虑，打破美国的垄断，对于我国而言，由于关键技术被国外公司垄断，我们主要从应用角度考虑，这里，我们在海洋方面加以论述。

海洋工程应用主要包括海岸工程（Coastal Works）以及近海工程支持（Offshore Support），前者主要应用范围在40km以内，便于建设自己的基站，包括疏浚工程、基础建设及维护（码头、港口等）、土地改造、海滩养殖、海岸带管理等；近海支持主要应用在近海（离岸约500公里范围内），一般需要建立广域差分系统，包括石油天然气、管道铺设、通讯电缆以及光缆等相关的工程。此外，有关大洋调查，如矿产资源、大洋环境调查等。

2.1. 海岸工程

海岸工程活动发生在近岸一带，包括港口和航道的建设和维护、土地改造、海岸防护和河堤保护等。一般根据国家或者当地政府的发展计划，有计划的对海岸资源进行开发和利用。

就定位服务而言，海岸工程项目执行者一般以GPS为定位设备，少部分使用全站仪进行定位。海岸工程是一项高附加值的部分，在很多年里为了保证项目运行能产生最好的生产效率已经广泛利用定位技术和吸引大量高端新技术。这一工程项目已经发生在世界五大洲的几乎每一个国家。

在海岸工程市场中，和定位系统有关的价值同项目全部开支相比较是很有限的。然而，海岸工程生产生产力的获得绝大部分取决于定位设备的性能。因此，定位系统方案的选择不但受制于技术因素，而且经济因素对它的影响也不容忽视。

在海岸工程市场部分，一直以来都是通过设备购买而很少通过租用定位服务来获得在定位技术中的利益。从上世纪80年代开始，前一种依托地面无线电传输的定位技术已经被日益增长的差分GPS所代替。近年来，为了得到精确定位应用，在实时动态（Real Time Kinematic，简称RTK）技术方面呈现出较大的发展趋势。

因此，海岸工程将可能利用GALILEO卫星定位技术提供的方案，这个方案是真正经济和技术的，它替代了现有以GPS为基础的方案。

2.1.1. 我国目前海岸工程现状

在我国，海岸工程大多由政府参与管理或直接实施的行为。在海岸40km范围内，海岸工程多数为石油开发，如胜利油田、辽河油田、莱州湾油田、北部湾天然气开发等，还有近海电厂建设，如福建核电厂、山东海阳核电厂等，另外，包括海岸带调查与利用，内海整治工程，港口码头等基础建设与维护，航道疏浚，渔业养殖等。

使用的定位系统而言，95%以上使用DGPS，差分数据主要使用交通部设立的海岸信标台，这套系统为地方差分系统(Local Area Differential GPS)，精度为5m以内，信号无偿使用，使用的坐标系统为WGS84坐标系统。对于高精度用户，厘米级的RTK定位技术已经越来越多的部门使用，特别是航道疏浚方面，可以大大提高作业效率，并且节约成本。

另外，海岸工程不只是考虑航道或水道测量、堤防建造、土地改造、沙滩营养化等等海岸工程项目，甚至人工岛建造都是正常航道疏浚活动的一部分。每一种不同种类的工作需要一系列专业的支持工具：吸入式或旋桨式挖泥船、横向卸货船、驳船以及可以利用起重机装卸的浮桥码头。对所有这些应用领域，高质量、高效率完成工作是海岸工程主要的要求，与此同时还必须考虑其费用问题。

商业上的成本促使航道疏浚工业使用最先进的定位技术，这样做是为了使投资得到尽可能高的回报。由于在海岸工程市场上，无线电定位设备的实用性，大量的基于地面信标的定位设备得到广泛应用。特别是近年来，RTK GPS由于它的快速动态测量方案的优异性能已经得到较广泛应用，与此同时，RTK GPS在精确性方面也在稳步提高。例如，在精密要求的疏浚工程中，使用实时动态定位技术提供的厘米级精度，在装填土石方过程中可以进行实时的水位变化观测和潮位改正，工程可以在较短的时间里高精度的完成。这些应用可以完全利用双频卫星定位接收机和令人惊讶的RTK/LRK性能完成。