基于并行動態(tài)二級gnss布網(wǎng)空間框架的海域動態(tài)監(jiān)測與管理

基于并行動態(tài)二級gnss布網(wǎng)空間框架的海域動態(tài)監(jiān)測與管理

水域的開發(fā)利用不同于陸地生產(chǎn)活動。它們發(fā)生在附近的海域和海岸。位置相對平坦，交通不便，周圍沒有明顯的邊界和標識物。該海域使用的細節(jié)很難立即確定。海洋行政主管部門如不及時采取有效手段,極易造成海域使用現(xiàn)狀不清、動態(tài)不明的局面,從而使海域使用法制化管理失去客觀基礎(chǔ),海域使用科學(xué)化管理也無從談起。建立海域使用動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是及時掌握轄區(qū)內(nèi)海域使用現(xiàn)狀的有效途徑,也是《海域使用管理法》的具體要求,因此,急需建立海域使用動態(tài)監(jiān)測空間基準框架。一、社會信息采集海域使用動態(tài)監(jiān)測與管理是一項技術(shù)性、科學(xué)性很強的業(yè)務(wù)工作。開展海域使用動態(tài)監(jiān)測與管理,需要進行海域測量,在海域及其海岸帶進行的與位置和方向有關(guān)的測繪活動(海圖測繪、海籍界址點測量)都必須在某一空間參考坐標系內(nèi)進行。因此,建立海域使用動態(tài)監(jiān)測控制網(wǎng)系統(tǒng)是測繪的依據(jù),海域使用動態(tài)監(jiān)測的地理空間框架和監(jiān)測控制網(wǎng)系統(tǒng)等空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)勢在必行。海域使用動態(tài)監(jiān)測設(shè)計主要考慮五方面因素:1)海域使用動態(tài)監(jiān)測控制網(wǎng)系統(tǒng)的性能特征,即海域使用動態(tài)監(jiān)測必須具備統(tǒng)一性、時效性、持續(xù)性和全面性。2)海域使用動態(tài)監(jiān)測工作的性質(zhì),即海域使用動態(tài)監(jiān)測測量與管理是一項技術(shù)性和社會性相結(jié)合的工作,它不但要求用一些有效的技術(shù)手段獲取海域使用的位置、面積等信息,還要求采用人工調(diào)訪等形式掌握用海人、海域權(quán)屬、經(jīng)營方式、用海收益等社會信息,監(jiān)測測量須同步采集時空及屬性信息。3)現(xiàn)階段開展海域使用動態(tài)監(jiān)測的實際條件,海域使用動態(tài)監(jiān)測既有精度指標,又有時效要求。具有海域使用管理職能的基層政府是縣級人民政府,但縣級人民政府中的海洋管理部門開展海域使用動態(tài)監(jiān)測的技術(shù)條件薄弱,基本沒有足夠的維護與管理測量控制網(wǎng)系統(tǒng)的能力,也不可能完成較復(fù)雜的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)處理等工作。只能用服務(wù)型的測量控制網(wǎng)系統(tǒng),因此須選擇一種提供完全、及時的,可自檢了解沿海現(xiàn)場空間位置情況的服務(wù)型測量控制網(wǎng)系統(tǒng)。4)利用網(wǎng)絡(luò)RTK等專業(yè)GPS測量技術(shù),其具有觀測范圍廣、精度高、時效性強、可靠性高等優(yōu)點,但目前設(shè)備成本很高、可操作性不強,只能用于一定時期的海域使用調(diào)查,對大多數(shù)地區(qū)不適宜用于海域使用動態(tài)監(jiān)測。適合動態(tài)監(jiān)測模式的設(shè)備如基于PDA的手持GPS定位系統(tǒng)簡單易行、監(jiān)測成本低、也就凝縮成本項目研究的獨特技術(shù)思路。5)利用連續(xù)運行參考站技術(shù),在一定地區(qū)根據(jù)需求按一定距離建立長年連續(xù)運行的一個或若干個固定的GPS參考站,利用計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各個參考站與數(shù)據(jù)中心組成網(wǎng)絡(luò),由數(shù)據(jù)中心從參考站采集數(shù)據(jù),利用參考站網(wǎng)軟件進行處理,然后向不同用戶自動地發(fā)布不同類型的GPS原始數(shù)據(jù)、RTK改正數(shù)據(jù)等。用戶只需一臺GPS接收機進行野外作業(yè),即可進行毫米級、厘米級、分米級、米級的準實時、實時的快速定位、事后定位或?qū)Ш蕉ㄎ?。由這些基準站構(gòu)成的GPS網(wǎng)可以實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在網(wǎng)內(nèi)共享,對海域使用動態(tài)監(jiān)測可根據(jù)不同需求采用實時RTK服務(wù)或事后定位服務(wù)。具有全天候、全自動、實時導(dǎo)航定位等優(yōu)點。因此,在當前海域使用動態(tài)監(jiān)測控制網(wǎng)點難以維護,監(jiān)測范圍廣、控制點密度難以滿足需求的特殊作業(yè)環(huán)境的情況下,建立GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)代替分散的、短期的、靜態(tài)的定位測量控制網(wǎng)有其獨到的技術(shù)優(yōu)勢,必將成為現(xiàn)代海域使用動態(tài)監(jiān)測控制網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的一種趨勢。二、供給系統(tǒng)升級布網(wǎng)空間架構(gòu)根據(jù)連云港海域使用動態(tài)監(jiān)測的特點和性質(zhì),確立了“科學(xué)規(guī)劃、統(tǒng)一基準、分級布網(wǎng)、實時可靠、專業(yè)服務(wù)”的海域使用動態(tài)監(jiān)測控制網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建的基本原則:1)科學(xué)規(guī)劃指為本地區(qū)海域使用動態(tài)監(jiān)測管理空間基準框架建設(shè)提供中長期科學(xué)規(guī)劃。以構(gòu)建數(shù)字海洋為目標,逐步形成基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的現(xiàn)代化海域使用動態(tài)監(jiān)測控制網(wǎng)系統(tǒng)。2)統(tǒng)一基準指根據(jù)建設(shè)數(shù)字中國空間數(shù)據(jù)基準框架的標準,將對現(xiàn)有的國家平面控制網(wǎng)和國家高精度衛(wèi)星定位控制網(wǎng)進行聯(lián)測,形成新的覆蓋本地區(qū)全部海域的國家統(tǒng)一動態(tài)三維地心大地坐標系統(tǒng)和1985國家高程基準。建立WGS-84大地坐標系與1954北京坐標系和1980西安坐標系以及CGCS2000國家大地坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。3)分級布網(wǎng)指為經(jīng)濟、高效、精確地開展海域使用動態(tài)監(jiān)測提供測量控制保證,構(gòu)建并行動態(tài)二級布網(wǎng)新模式。首級海域使用動態(tài)監(jiān)測控制網(wǎng)系統(tǒng)基于并行服務(wù)的國家級控制網(wǎng)與GNSS連續(xù)運行參考站網(wǎng);二級海域使用動態(tài)監(jiān)測控制網(wǎng)系統(tǒng)基于并行服務(wù)的國家沿海無線電指向標-差分全球定位系統(tǒng)(RBN/DGPS)與專業(yè)服務(wù)海域使用動態(tài)監(jiān)測E級工作基點網(wǎng)。4)實時可靠指確保海域使用動態(tài)監(jiān)測空間基準框架實時、安全、精確、可靠運行,提供實時可靠的高精度互操作信息采集途徑。5)專業(yè)服務(wù)指構(gòu)建連云港海域使用動態(tài)監(jiān)測GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)系統(tǒng),構(gòu)建業(yè)務(wù)化測量控制網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)服務(wù)平臺。提供E級GPS工作基點網(wǎng)實時檢校與維護更新服務(wù)。研究的總體思路是以構(gòu)建現(xiàn)代化的空間數(shù)據(jù)基準框架——以衛(wèi)星大地坐標系統(tǒng)為起點,綜合運用創(chuàng)新的并行動態(tài)二級布網(wǎng)空間框架結(jié)構(gòu)體系,建設(shè)海域使用動態(tài)監(jiān)測GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng),創(chuàng)建新的GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)平臺業(yè)務(wù)運行模式。通過聯(lián)測國家平面控制網(wǎng)和國家高精度衛(wèi)星定位控制網(wǎng)布設(shè)E級GPS工作基點網(wǎng),提供對并行的國家沿海RBN/DGPS的校驗服務(wù)。采用GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)主輔站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)對E級GPS工作基點網(wǎng)進行實時檢校與維護更新服務(wù)。并行動態(tài)二級布網(wǎng)新模式如圖1所示。將現(xiàn)代GNSS技術(shù)綜合運用于并行動態(tài)二級布網(wǎng)空間框架,與現(xiàn)有技術(shù)資源相結(jié)合,實現(xiàn)以地面調(diào)查監(jiān)測手段為主進行海域使用動態(tài)監(jiān)視的總體構(gòu)想。利用GNSS綜合技術(shù),可以快速、準確、可靠、全面地發(fā)現(xiàn)用海項目的空間分布特征及其動態(tài)變化。通過PDA監(jiān)測調(diào)查系統(tǒng),可以同步獲知用海項目的各種社會、經(jīng)濟屬性。海域使用動態(tài)監(jiān)測控制網(wǎng)系統(tǒng)則為用海項目空間特征信息采集和屬性信息整合、管理和應(yīng)用提供了高效檢測平臺。三、健全海域使用動態(tài)監(jiān)測機制海域使用動態(tài)監(jiān)測與管理控制網(wǎng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案分首級控制系統(tǒng)和次級控制系統(tǒng),同級系統(tǒng)采用了相互獨立的并行子系統(tǒng),上下級之間有機整合。每一層次的海域使用動態(tài)監(jiān)測與管理控制網(wǎng)系統(tǒng)總體上由分布在沿海地區(qū)的高密度地面控制網(wǎng)點及GNSS參考網(wǎng)站并行提供服務(wù),大大提高了海域使用動態(tài)監(jiān)測的保障能力。首級控制網(wǎng)系統(tǒng)布設(shè)總體技術(shù)方案利用WGS-84坐標系基準下的江蘇省C級GPS控制網(wǎng)沿海部分6個控制點作為首級控制點。同時,選擇柘枉、墟溝、燕尾港、新浦建立GPS連續(xù)運行參考站點,構(gòu)網(wǎng)聯(lián)測形成首級并行動態(tài)控制網(wǎng)系統(tǒng),如圖2所示。GPS連續(xù)運行參考站點網(wǎng)系統(tǒng)利用淮海工學(xué)院GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)新浦CORS數(shù)據(jù)中心,選擇柘枉、墟溝、燕尾港建立海域使用動態(tài)監(jiān)測GPS連續(xù)運行參考站點,構(gòu)網(wǎng)形成首級并行動態(tài)GPS連續(xù)運行參考站點控制網(wǎng)系統(tǒng)(如圖3所示),覆蓋連云港海域4000km2。配以完善的監(jiān)控功能,保證各部分24h內(nèi)不間斷連續(xù)運行。連云港市的海域使用動態(tài)監(jiān)測工作是在現(xiàn)代信息技術(shù)支持下由市、縣(區(qū))、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))三級政府的相關(guān)部門協(xié)同完成的。市級海洋管理部門具備開展海域使用動態(tài)監(jiān)測的管理與技術(shù)條件,可直接使用GPS連續(xù)運行參考站發(fā)布實時DGPS、網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)服務(wù),對二級控制網(wǎng)系統(tǒng)進行維護與更新,對海域使用動態(tài)監(jiān)測對象進行實時高精度測量定位;縣級海洋管理部門有能力對海域使用動態(tài)信息進行整理、分析,依據(jù)二級控制網(wǎng)系統(tǒng),采用國家沿海RBN-DGPS開展有針對性的調(diào)查測量,并作為中間層次聯(lián)結(jié)市有關(guān)部門、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和重點用海企業(yè);鄉(xiāng)鎮(zhèn)及重點用海企業(yè)則可完全、及時、經(jīng)濟地了解沿?，F(xiàn)場情況。四、基于gps工作基點的海域使用動態(tài)監(jiān)測為及時、全面、準確地掌握轄區(qū)內(nèi)全部海域使用情況,提供有效的專業(yè)信息采集服務(wù),建立國家級沿海RBN-DGPS與專業(yè)服務(wù)海域使用動態(tài)監(jiān)測E級GPS工作基點網(wǎng)并行的二級海域使用動態(tài)監(jiān)測控制網(wǎng)系統(tǒng),以確保提供實時可靠的高精度互操作信息采集途徑。最終要準確提供高精度的原始數(shù)據(jù)和差分信息,為本地區(qū)開展海域使用監(jiān)管提供業(yè)務(wù)化測量控制網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)平臺。提供E級工作基點網(wǎng)實時檢校與維護更新;采集本地區(qū)全部海域的參考站網(wǎng)和E級工作基點網(wǎng)數(shù)據(jù),為精化大地水準面準備充分的資料。利用WGS-84坐標系基準下的江蘇省C、D級GPS控制網(wǎng)沿海部分6個控制點和沿海岸線布設(shè)的21個E級GPS控制點。同時,選擇燕尾港國家沿海RBN/DGPS臺站,共同構(gòu)網(wǎng)形成二級并行動態(tài)控制網(wǎng)系統(tǒng)。E級GPS工作基點網(wǎng)系統(tǒng)布設(shè)總體技術(shù)方案利用WGS-84坐標系基準下的江蘇省C級GPS控制網(wǎng)沿海部分兩個控制點(贛榆海頭、灌云農(nóng)場)的同時,選用連云港市4個D級GPS控制點(贛榆ID30、墟溝YH10、洋橋農(nóng)場YQNC、燕尾港YWZL)作為高級控制點。選擇沿海岸線布設(shè)E級GPS網(wǎng),該網(wǎng)采取邊連式和點連式混合構(gòu)網(wǎng)方式,控制點共27個,約每10km設(shè)置一組點(為了DGPS海域使用動態(tài)監(jiān)測碎部測量時檢核方便),一組為兩個,兩點間距為100～300m。構(gòu)網(wǎng)聯(lián)測形成二級并行動態(tài)控制網(wǎng)系統(tǒng)。根據(jù)E級GPS工作基點實際布網(wǎng)情況和坐標系轉(zhuǎn)換的要求,GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)控制系統(tǒng)可對工作基點進行實時檢測。根據(jù)對工作基點的需求實時更新布點,極大地提高了GPS工作基點網(wǎng)系統(tǒng)的有效性、可靠性、完備性和精確性。在連云港市海域使用動態(tài)監(jiān)測與管理市縣鄉(xiāng)三級集成系統(tǒng)海域使用動態(tài)監(jiān)流程中:鄉(xiāng)級系統(tǒng)負責(zé)海域使用動態(tài)信息的采集、海域使用協(xié)管員首先依據(jù)E級GPS工作基點,可利用RBN-DGPS概略定位并上報縣級系統(tǒng),要求每日一報,突發(fā)情況及時上報;縣級系統(tǒng)負責(zé)收集、處理、上報由鄉(xiāng)級系統(tǒng)提供的動態(tài)信息,根據(jù)市級系統(tǒng)指令,對重要海域使用項目,采用準動態(tài)DGPS或網(wǎng)絡(luò)RTK,對海域使用動態(tài)目標進行精確調(diào)查測量,并上報市級系統(tǒng);市級系統(tǒng)負責(zé)匯總、處理動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測數(shù)據(jù),進行各種專業(yè)分析,發(fā)布調(diào)查與測量指令,對重點動態(tài)目標進行跟蹤實時調(diào)查測量,提供各級系統(tǒng)所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù),定期進行監(jiān)測和基礎(chǔ)資料更新。五、動態(tài)監(jiān)測監(jiān)視三級聯(lián)動系統(tǒng)根據(jù)海域使用動態(tài)監(jiān)測目標調(diào)查測量現(xiàn)實需要,當前采用WGS-84地心三維坐標系統(tǒng)構(gòu)建綜合運用創(chuàng)新的并行動態(tài)二級GNSS布網(wǎng)空間框架結(jié)構(gòu)體系。布設(shè)了連云港首級并行動態(tài)GPS控制網(wǎng)系統(tǒng)和專業(yè)服務(wù)海域使用動態(tài)監(jiān)測E級GPS工作基點網(wǎng)。在動態(tài)監(jiān)測目標上增加了GPS定位跟蹤監(jiān)視系統(tǒng),使用GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)控制系統(tǒng)實時發(fā)布的RTCM差分數(shù)據(jù),提供厘米級的空間定位信息,極大地提高了跟蹤監(jiān)測的精確性和可靠性。在海域管理工作中發(fā)揮了明顯的支持保障作用,并對強化海洋執(zhí)法、海洋環(huán)境保護,全面促進海洋綜合管理工作表現(xiàn)出強大的輔助推動作用?？臻g基準框架支撐連云港海域使用動態(tài)監(jiān)測監(jiān)視三級聯(lián)動系統(tǒng),為連云港市及所屬區(qū)縣的海洋管理、執(zhí)法和相關(guān)技術(shù)單位提供服務(wù),有力地支撐起海域使用管理工作平臺。在開展海域使用申請審批