多年来,卫星定位导航技术实现了地球陆地表面、外部空间、海洋表面的定位导航,但对于广大的海洋水下空间,卫星定位导航技术却是“空白”。
中国测绘科学研究院副院长程鹏飞告诉记者,随着水下GPS定位导航技术填补了该领域空白,卫星定位系统将真正实现海、陆、空一体导航。
“蓝色圈地运动”风起云涌
如果从太空中看,我们居住的地球是一个椭圆形的、极为秀丽的蔚蓝色球体。人们常说“三分陆地,七分海洋”,这是对地球表面上海洋和陆地面积大致的描述。实际上,海洋的总面积约为3.6亿平方千米,约占地球表面积的71%。
2001年5月,联合国缔约国文件指出:“21世纪是海洋世纪。”换句话说,海洋发展是21世纪人类社会发展的主要问题。
中国海岸线长达18000多千米,管辖海域300多万平方千米,相当于我国陆地面积的1/3,同时还分布着面积大于500平方米的岛屿5000多个,属于海洋大国。
海洋是人类生存发展的第二空间。海洋空间包括海域水体、海底、上空和周延的海岸带,是一个立体的概念。第二次世界大战以后,世界人口的快速增长,陆地生态恶化,资源紧缺,引发海洋资源的大发现,驱动着人类向海洋空间拓展。
1994年《联合国海洋法公约》的生效,改变了领海之外即公海的传统格局,全世界30%多的海洋(约1.094亿平方公里)被划为沿岸国家的管辖海域,分别享有不同层次的主权权利、专有权、管辖权和管理权。这就是所谓的“蓝色圈地运动”。
海洋资源探测和开发技术水平决定了在海洋资源拥有的多少。因此,各个国家大量发展海洋勘探和开发的新技术。
基于GPS的水下定位系统不仅可以用来精密确定坐标位置,还可以提供水下机器人的导航,为深海海洋资源探测提供技术手段。
开发海洋资源“富矿”
海洋有丰富的生物、矿产等资源,是支持人类持续发展的宝贵财富。海洋是经济发展的重要支点,海洋开发需要水下精密定位导航。
资料显示,海洋给人类提供食物的能力估计等于全球农产品产量的1000倍,海水淡化是可持续开发淡水资源的重要手段,海洋能总可用量在30亿千瓦以上。
据悉,海洋石油和天然气预测储量有1.4万亿吨。在水深大于300米的大陆边缘海底与永久冻土带沉积物中,有天然气水合物,估计资源量相当于全球已知煤、石油和天然气总储量的两倍多。占地球表面积49%的国际海底区域,蕴藏着丰富的多金属结核、富钴铁锰结核、热液硫化物等陆地战略性替代矿产。
据联合国预测,深海商业性采矿活动,可能在2020年以后开始。新兴海洋产业的形成,将使海洋经济成为21世纪世界经济发展的新支柱。海洋的经济开发、海洋的水下工程建设,都需要精密的水下定位,水下GPS系统将是水下工程建设的重要支撑技术。
海洋权益保护的“定海神针”
海洋是战略争夺的“内太空”。能源安全、经济安全和国家安全,赋予了海洋安全、海洋战略地位以新的内容。传统的控制海洋通道就能控制世界的战略思想虽未过时,但争夺的重点逐渐转向立体海洋,特别是尚未认识的“内太空”———水深500米以上的深海区。水下GPS定位技术同样是保障军事安全的有效手段。
水下地形测绘也离不开水下GPS技术。传统的水下地形测绘手段都是GPS配合测深仪进行水下断面测量,这种方法测量作业效率低下,而且精度较差。特别是100米深以下的海区,很多的区域到目前还没有基本海图。
通过水下GPS定位技术可以解决我国大部分的水下地形问题,而且该技术还可以自动实现与陆地地形图的拼接。另外,水下GPS定位配合水下摄影可以实现水下摄影测量成图。
水下工程建设是一项非常困难的作业,特别是海洋水下工程,如海底电缆铺设、海底石油管道架设、海底设施大地控制网等都需要带水作业,而且需要精度定位。水下GPS技术可以大大减少其工作量,特别是水下工程控制网的测量,采用水下GPS技术更是方便、灵活。