湖水环境下自主监测船的GPS导航设计
GPS在水上测量导航中的分析与应用
构建GPS局域工程网，并将其当成测量控制网来使用，计算出WGS-84和工程所需坐标系统之间的转换参数，为了保证转换参数的精准性，一定是需要经常对坐标进行审核，因为转换参数的精准性会直接对整个测区的测量结果精准性造成一定影响。
图1测深船
2.GPS测量展现出的特征
相较于常规性测量模式来说，GPS测量实际应用的过程中展现出下文中所说的这些特征。
测量精度比较高，GPS观测的精度是明显要比常规型测量高很多，在小于50km的基准线上，其相对定位精度是可以达到10-6，在超过1000km的基准线上，精准度可以达到10-8。
图2 GPS接收设备
各个测站之间是不需要通视的，GPS测量模式实际应用的过程中，各个测站之间是不需要相互通视的，可以依据实际需求确定下来点位，促使选点工作变得更为灵活方便一些。观测时间比价短暂，在GPS测量技术逐渐完善起来的背景之下，软件也不断的进行更新，所以在开展GPS测量工作的过程中，静态相对定位每一站仅仅需要花费20min时间，动态相对定位仅仅需要花费几秒钟的时间。各种仪器设备的操作相对来说比较简单，现阶段GPS接收设备的自动化水平呈现出一种逐渐提升的态势，操作也逐渐向着智能化的方向发展，观测人员仅仅需要对中、整平、量取天线高以及开机之后设置相应的参数，接收设备就可以自动完成观测及记录工作。GPS接收设备如图2所示。
3.水上测量导航中GPS的实际应用
工作流程，在正式开始工作之前，首先对GPS系统、测深仪电脑以及各种电源进行检测，为各项外业工作的顺利完成奠定坚实的基础。依据星历预报以及天气情况选取最为合适的作业时间段，在正式开始作业之前在测区当中设置水尺，以此为基础将水位测量出来。
船舶上GPS设备的自适应防水安装与海况监测
船舶上GPS设备的自适应防水安装与海况监测船舶作为一种常见的交通工具，需要安装GPS（全球定位系统）设备来确保航行的准确性和安全性。
然而，船舶航行环境复杂多变，与陆地环境相比，船舶上的GPS设备安装和海况监测具有一定的特殊性。
本文将探讨船舶上GPS设备的自适应防水安装与海况监测的相关问题。
1. GPS设备的自适应防水安装船舶航行过程中，GPS设备暴露在海上恶劣的气象条件下，如潮湿、海水喷溅和恶劣的天气等，因此必须采取措施，确保GPS设备的正常工作。
以下是GPS设备的自适应防水安装的相关要点：1.1 正确定位安装位置为了确保GPS设备的精确定位，应选择一个合适的位置安装设备。
在船舶上，一般选择船尾或船顶作为GPS设备的安装位置，以便获取最佳的天线接收信号。
1.2 防水设计由于船舶航行环境湿度较高，GPS设备必须采用防水设计，以确保设备的正常运行。
防水设计应包括密封接口、防水胶圈和防水材料等，以防止海水渗入设备内部。
1.3 抗震设计船舶在海上航行时存在颠簸和震动，因此GPS设备应具备一定的抗震能力。
抗震设计应包括固定支架、减震装置和防震橡胶等，以减少设备在航行过程中的震动损坏。
2. 海况监测系统为了确保船舶在不同海况下的安全运行，需要安装海况监测系统。
海况监测系统可以监测海上各项气象和海洋参数，提供实时的数据支持，有助于船舶进行航行决策和应对突发情况。
以下是海况监测系统的主要组成部分：2.1 海气观测设备海气观测设备用于获取海上的气象和海洋参数数据，包括风向、风速、气温、气压、浪高等。
这些数据可以通过传感器和仪器采集，并通过无线通信技术传输给船舶的监测系统。
2.2 数据处理与显示海况监测系统需要对收集到的数据进行处理和分析，并将结果进行显示和展示。
这可以通过计算机技术和数据传输技术实现，将数据转化为可视化的图表和报告，方便船舶人员进行分析和决策。
2.3 预警系统基于海洋参数的数据分析和预测，海况监测系统可以实现预警功能，提前预知可能发生的海况变化和风险。
GPS观测仪器在船舶导航和海上安全监控中的应用案例研究
GPS观测仪器在船舶导航和海上安全监控中的应用案例研究船舶导航和海上安全监控是船舶运输行业中至关重要的一环。
准确的导航和有效的安全监控系统可以大大提高航行的安全性和效率。
GPS观测仪器在船舶导航和海上安全监控中发挥着重要作用。
本文将通过案例研究，探讨GPS观测仪器在船舶导航和海上安全监控中的应用。
案例一：船舶导航一家船运公司拥有一支庞大的船队，每艘船都配备有GPS观测仪器。
通过GPS观测仪器，船队管理人员可以追踪船只的位置、速度和航线等关键信息。
他们可以通过实时监控系统在地图上显示船只位置，避免船只碰撞或误入禁航区。
同时，GPS观测仪器还能够提供船只的航行速度和方向，船队管理人员可以根据这些信息进行船队调度，提高整个船队的运输效率。
案例二：海上安全监控一家港口监控公司配备有海上安全监控系统，包括了GPS观测仪器。
他们使用GPS观测仪器来追踪船只的位置，并与海图系统结合，实时显示船只的位置和航行信息。
这样一来，监控人员可以及时发现船只是否偏离航道、进入禁航区或潜在的危险区域。
一旦发现异常情况，他们将立即向相关部门发出警报，以便采取适当的行动，保障海上交通安全。
案例三：灾害救援GPS观测仪器在船舶导航和海上安全监控中还可以用于灾害救援。
例如，当发生海难事故时，救援人员可以通过GPS观测仪器准确定位受困者及其周围的环境，从而快速确定最佳救援方案。
同时，GPS观测仪器还可以实时追踪救援船只的位置，确保救援船只按照最优航线迅速抵达受困者所在地，提高救援效率和成功率。
总结起来，在船舶导航和海上安全监控中，GPS观测仪器具有诸多应用。
通过实时追踪船只位置和航行信息，GPS观测仪器可以帮助船队管理人员进行船队调度，提高运输效率。
同时，GPS观测仪器也可以用于海上安全监控，保障海上交通安全。
此外，GPS观测仪器还可以在灾害救援中发挥重要作用，快速确定救援方案并提高救援效率。
随着技术的不断发展，相信GPS观测仪器在船舶导航和海上安全监控中的应用还会不断拓展和创新。
基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统设计
０ 引 言
目前 ，中 国的水 产养殖业 正处 于蓬勃 发展期Ⅲ。随着 养殖 规模 的不 断扩张 ，养殖水 体的 自然 承载能 力 已 日趋 饱 和 ，养殖模式正 逐渐从传 统的粗放 型养 殖 向现代 的集 约化工 厂化养殖转 变［２１。水质监测作 为水产养 殖中的一个 重要 环节 ，也 逐渐 的 由人 工的凭经验 的定性检测 向在 线 实 时监测 发展。
汇聚节点 ，遥控器中的 ＣＣ２５３０模块 作为终端 节点 ，通过遥控器实 现测量船 的现场手动路线示 范遥 控 ；其次 ，将小船运 动控
制 芯片 ，数字传感器 和 ＧＰＳ定位模块通过 ４８５总线连接到 ＧＰＲＳ模块 ，再 通过 ＧＰＲＳ网络将信息上传 到服务器 ，服务 器对
水 质参 数信息进行解码还原存人数据库 ，对各测量点 ＧＰＳ地 理信息进行存储 ，自学习 出合理 的 自动导航测 量路径 ；最后 ，
刘星桥 ，陈海磊 ，朱成云 １，２
（１．江苏大学 电气信息工程学院 ，镇江 ２１２０００；２．盐城师范学 院新能源与 电子工程学院 ，盐城 ２２４００５）
摘 要 ：针对水 质监 测系统单点定位测量范 围有 限 ，多点定位测量成本 高的问题 ，设计 了一种 自动导航游弋式水质监 测系
水环境应急监测船的自主导航技术研究
水环境应急监测船的自主导航技术研究水环境应急监测船是一种专门用于监测水体环境质量、应对突发水污染事件的船只。
在安全高效地完成任务的同时，船只的自主导航技术起着至关重要的作用。
本文将针对水环境应急监测船的自主导航技术进行研究和探讨。
一、自主导航技术的意义与挑战水环境应急监测船在应对突发水污染事件时需要进行精准的水体监测和采样工作，以及灵活的航行和机动操控能力。
而在复杂的水环境中，如江河湖泊、沿海区域等，水流、水深、水位等因素会对船只的导航造成一定的挑战。
传统的人工导航方式存在着人为误差大、反应时间慢等问题，因此研究水环境应急监测船的自主导航技术具有重要的意义。
通过利用先进的定位与导航技术，可以提高船只的航行精度和安全性，提升应急监测工作的效率和可靠性。
然而，水环境的复杂性和多变性给自主导航技术的研究带来了一定的挑战。
水体本身的流动特性、天气变化、浮游生物等因素都极大地增加了导航算法的复杂性和困难性。
因此，研究者需要寻找切实可行的解决方案，使自主导航技术能够适应不同水环境下的应用需求。
二、自主导航技术的研究方向针对水环境应急监测船的自主导航技术，当前的研究主要集中在以下几个方向：1. 水下声学导航技术水下声学导航技术是利用声波的传播特性进行定位和导航的一种技术手段。
通过发射声波信号，进而利用接收到的声波信号进行定位和测距。
这种技术在水下环境中的传输效果较好，能够实现较高精度的水下导航。
2. 惯性导航技术惯性导航技术是利用船只上安装的加速度计和陀螺仪等传感器测量船只的加速度和姿态信息，进而推算船只的位置和运动轨迹。
这种技术不依赖外部环境，具有较高的独立性和实时性。
3. 卫星导航技术卫星导航技术是利用卫星定位系统（如GPS、北斗系统）进行定位和导航的一种技术。
通过接收卫星发射的信号，船只可以确定自身的位置和速度。
这种技术的定位精度较高，但在水体遮挡较多或信号受干扰的情况下可能存在定位误差。
4. 视觉导航技术视觉导航技术是利用船只配备的摄像机或激光雷达等设备对周围环境进行感知和建模，从而实现船只的自主导航。
基于差分GPS的水采船导航控制系统设计
2.1 基准站设计
基准站由安置在与矿池具有一定距离的码头 上的接收机构成，基准站接收机跟踪的卫星与移 动站接收机在同一时间跟踪的卫星相同。在已知 的固定基准站监视 GPS 系统误差，然 后 计 算 出 一系列的位置更正信息。更正信息通过无线电链 路发送到移动站接收机，对移动站的实时位置进 行更正。基准站包括以 下 组 成 部 分 ： NOVATEL 公司的 PROPAK- 4E RT2 GPS 接收机及接收机天 线 、 PCC 公 司 的 GPS 数 据 链 无 线 电 台 、 美 国 APC 公司的 UPS 电源组成，如图 3 所示。
其 中 数 据 链 电 台 一 般 采 用 400~800 MHz 高 频载波发送数据，由于高频无线电信号沿直线传 播，要求基准站发射天线和移动站天线之间没有 遮挡物。
图 3 基准站的组成图
2.2 移动站设计
水采船的移动站系统由 Trimble 公司的双天 线 SPS550GPS 接 收 机 及 接 收 机 天 线 、 PCC 公 司 的 GPS 数据链无线电台、接线箱、美国 APC 公 司的 UPS 电源、SIEMENS 的电源、通信接口板、 计算机、数据采集接口板、PLC 等组成的控制系 统，如图 4 所示。
图 1 RTK 原理图
RTK 的观测模型为[5]： Ф= +c*(dT- dt)+ *N+dtrop- dion+dpreal+ (Ф) (1)
其中：Ф－相位测量值,单位为米 －星站间的几何距离
c－光速 dT－接收机钟差
收稿日期：2009- 04- 29 作者简介：姚立柱 （1982-），男，硕士，研究实习员，主要从事电气系统设计与调试工作。
(6)
(7) 其中：x′为新坐标系的经度，y′为新坐标 系的纬度。x 为旧坐标系的经度，y 为旧坐标系 的纬度。 再通过单位换算： 纬度 1 分 =1 852 m 经度 1 分 =1 852×cos(纬度)m 便得到了以米为单位的新直角坐标系，水采 船将从 GPS 上接收到的数据转 换 为 所 在 盐 田 坐 标系的值，可得到水采船的位置和姿态。 2.3.3 位置控制 当 0 点与所给航线偏差大于 30 m 时，前后 履带调整为距离逼近状态，以垂直方向快速切入 航道。当偏差进入小于 30 m 的范围内，前履带 进行距离逼近，后履带进行角度校正。进入 1 m 微调区后，前履带距离，后履带微调角度。进入 0.02 m 区域后，前后履 带 都 调 整 为 逼 近 航 线 状 态，如图 5 所示。
GPS在水下地形测量中的应用研究
GPS在水下地形测量中的应用研究摘要：在水利工程建设中，水下地形测量是一项关键工作，直接关系到工程建设的顺利进行。
在相关技术不断发展的过程中，许多新技术被应用于水下测量。
其中，GPS作为一种新的技术类型，在水下地形测量中具有较高的应用价值，需要做好技术的应用把握。
关键词：GPS；水下地形测量；应用研究导言：水下地形测量中的GPS误差类别比较多，包括差分GPS定位误差、水面高程传递误差和时间测定误差等。
目前，GPS系统已广泛应用于水下地形测量，其系泊动态测量精度可达厘米级。
但在实际测量工作中，很容易受到外界因素的影响，产生各种误差。
有必要采取有针对性的方法进行分析和控制，提高测量精度。
1当前水下测量技术简介无论是举世瞩目的三峡水利工程，还是日常的港口建设，水下石油的开采都离不开水下测量技术。
随着人类对海洋探测程度的不断提高，水下地形测量的难度也越来越大，这就要求我们进一步完善水下测量技术。
在海洋中没有参照物。
测量船要准确测量水下环境，就必须借助先进的水下测量仪器。
目前，根据所用仪器的不同，水下测量技术主要分为以下几种：（1）光学测量法。
这种方法主要通过光学经纬仪和测深仪对水下环境进行测量，但在使用中容易受到地球曲率、通视等条件的限制，且精度不高，使用步骤繁琐。
（2）无线电测量法。
这种测量方法在测量中主要用到的仪器是无线电定位仪和测深仪，使用时通过两者之间的配合，迅速得出数据，最大测量深度能达到800米，精度很高，缺点是在定位前要进行水位测量，否则无法得出数据。
（3）测量机器人法。
这种方法在测量中工程主要依靠测量机器人和双频数字测深仪进行测量，并通过极坐标法得到测量数据。
（4）GPS测量法。
这种方法在测量时首先要选定一个已知的基准点把接收机固定上去，接下来把其他接收器放置在流动载体上，通过卫星的观测测算数据。
这种测量手段得出的数据精度很高且测量效率不凡，甚至可以全天候测量。
GPS是以卫星为基础的无线电导航定位系统，英文全名是“NavigationSatelliteTimingAndRanging/GlobalPositionSystem”，其意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”，简称GPS系统。
如何使用GPS和导航仪进行船舶测量和航道导航定位
如何使用GPS和导航仪进行船舶测量和航道导航定位使用GPS和导航仪进行船舶测量和航道导航定位导航在航海中始终起着重要的作用。
它可以帮助船舶确定位置、航向和速度，从而确保航行的准确性和安全性。
而如今，随着技术的不断进步，船舶测量和航道导航定位已经得到了极大的改善。
其中，GPS和导航仪是最主要的工具之一。
GPS（全球定位系统）是一种基于卫星导航的定位系统，它利用地球上的一组卫星来确定任意位置的精确坐标。
船舶上安装了GPS接收器，它可以接收到卫星发射的信号，并根据这些信号计算出船舶的当前位置。
因此，船舶在航行时只需打开GPS接收器，就能够实时获取到自己的位置信息。
然而，仅仅有GPS并不足以满足船舶测量和航道导航定位的要求。
这时就需要借助导航仪来辅助实现更精确的测量和定位。
导航仪是一个多功能的设备，它不仅可以接收GPS信号，还可以接收雷达、声纳和气象传感器等其他设备发出的信号。
通过将这些数据整合在一起，导航仪可以为船舶提供全面而准确的定位和导航服务。
在进行船舶测量时，GPS可以提供船舶的经纬度坐标和速度信息。
这对于确定船舶航向、计算航程以及预测到达时间非常重要。
而导航仪可以显示这些信息，并将其与船舶所在的航道地图进行匹配。
这样一来，船舶的位置就可以通过导航仪上的显示屏直观地展示出来，从而方便船员进行实时监测和调整。
在航道导航定位方面，GPS和导航仪的作用同样不可或缺。
航道导航是指在特定航道内航行时，根据船舶位置和导航设备提供的信息，确保船舶按照预定的航线和船速进行航行。
通过GPS和导航仪，船舶可以根据事先编制的航线数据进行导航。
导航仪上的显示屏会实时显示船舶相对于航线的位置，并提供修正和纠偏建议。
同时，导航仪还可以通过将航线与航道地图进行叠加，提供更直观、更准确的导航信息。
然而，虽然GPS和导航仪可以为船舶测量和航道导航提供精确的定位和导航信息，但作为航海员，我们不能完全依赖这些设备。
毕竟，技术总是有时会出现故障或错误的可能性。
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中图 号： Ｐ９ 分类 Ｔ ３
湖 水环 境 下 自主监 测船 的 ＧＰ Ｓ导航 设 计
黄艳岩 ，金英连 ，方水 光 ，王斌锐
（．中国计量 学院机 电工程学院 ，杭州 ３ ０ １ ；２ 机器 人学国家重点实验室 ，沈阳 １０ １ ） １ １０ ８ ． １０６ 摘 要 ：建立导航系统所需 的全 局静坐标系、局部静坐标系、船体动坐标系和 自主船运动学模 型。模拟人 的驾驶技术 ，建立巡航和定 区域
巡航模式可实现大 范围监 测，定区域模式对重点 区域进行监测 时能 耗较低 。
关健词 ：自主船 ；导航策 略 ；环境监测 ；ＦＲ滤波 ；运动学模型 Ｉ
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第３ ８卷 第 ８期
Ｖｏ ． ８ １３ ＮＯ８ ．
计
算
机
工
程
２ｌ ０ ２年 ４月
Ａ ｐ ｉ ０１ ｒｌ ２ ２Ｃｏ ｕ ｅ ｇｉ ｅｉ ｍｐ ｔ ｒＥｎ ｎｅ ｒｎｇ
・ 程应 用 技术 与实现 ・ 工
文章编号：１０＿３２（ １）—０２ ３ 文献标识码：Ａ ０ｏ．４８ ０２ ８ ２１ ２ ｏ —０
２ ＳａｅＫｅ ａ ｏａｏ ｙｏ Ｒ ｂ ｔ ｓ Ｓ ｅ ｙ ｎ １ ０ ６ Ｃ ｉａ ． ｔｔ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆ ｏ ｏｉ ， ｈ ｎ ａ ｇ １ ０ １ ， ｈ ｎ ） ｃ
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节能 ２ 导航模 式 ，设计推理规则 。分析实测 的电子罗盘和 Ｇ Ｓ数据误差原 因。为提高定位精度 ，设 计海 明窗 ＦＲ数字滤波器 以及巡航 种 Ｐ Ｉ 面积计算方法 。基于 Ｖ ＋ 开发导航软件 ，在 自 ｃ＋ 主研 发的监 测船上开展实验。结果表 明，ＦＲ对 电子罗盘信号 的滤波效果优于 Ｇ Ｓ信号 ， Ｉ Ｐ