1 软件背景
“海上震源船GPS跟踪定位软件”实现了对海上震源船的走航及固定点激发模式的实时仿真和数据存储，为福建及台湾海峡深部构造和陆海联测实验提供了新的手段和有力保障。该软件利用高频GPS实时位移处理技术及现代计算机和网络通信技术，为海上气枪震源提供了实时、可视和智能化的监控管理平台，为海上气枪震源的精度控制提供了一个可实施的执行方案。
海上气枪震源的精度控制在陆海联测实验中起着至关重要的作用。本系统可以实时获取海上震源船的跟踪定位信息，为监测及提高海上气枪震源固定点激发模式的精度提供了重要的参考与实时反馈。
2 软件的技术原理及实施方案
2.1 海上震源船GPS跟踪定位软件的需求
海上气枪震源的精度控制在陆海联测实验中起着至关重要的作用，软件的设计需求是通过在震源船的船头、船尾及枪阵的中心分别布置一台GPS接收机，利用单点定位数据处理技术实时获取海上震源船的定位信息并进行实时的显示，为监测及提高海上气枪震源的固定点激发模式的精度提供了一个可视化的信息及实时反馈。如图1所示，粉色五角星代表目标震源点，即气枪震源想要放置的位置，这个点是根据事先的震源激发计划定好的。震源船进行上线激发时，气枪震源是绑在船后面的，船开到目标震源点附近，调整姿态尽量使气枪的位置落在粉色五角星附近，精度最好能控制在35米的粉色圆圈范围内。为达到这一目的，震源船必须在海上进行下锚悬停，所以就有了计划锚点，这几个锚点根据激发计划及往年的数据可以提前获得，在激发过程中可以进行重新调整，如图1所示。
图1 海上震源船GPS跟踪定位软件的设计需求及原理
2.2 海上震源船GPS仪器架设方案
海上震源船计划布设观测点3个。其中1号点位布设于震源船的船头。2号点布设于船尾，3号点位布设于枪阵浮球上，如图2所示。三台的数据实时连接GPS解算服务器，服务器布设在2号点附近的船舱监控室内。
2.3 海上震源船GPS跟踪定位软件的架构及原理
（1）实时GPS数据采样率的确定。根据震源船实时定位的需求，以及海上卫星传输通道带宽的限制，震源船监控系统的数据采用1HZ的高频GPS数据，传回指挥部的数据采用1分钟一个点的采样率，降低对传输带宽的压力。
（2）实时高频GPS数据处理方法。通过单点定位解算方法对高频GPS实时数据流进行处理，处理的结果精度大概在1米左右，在海上这个精度足够应用。
（3)震源船轨迹实时监控技术架构。震源船定位数据的实时解算需要将震源船船头船尾的两台GPS接收机数据接入网络实时传回解算服务器上，枪阵浮球上的GPS数据流根据气枪激发的需要配置进行接入并传回解算服务器。通过高频GPS数据处理技术对震源船的数据进行实时解算并显示实时位移。
震源船位移数据的实时解算需要将观测点位上的GPS接收机接入网络实时传回船上的解算服务器，并把结果通过海事卫星的通道传回指挥部服务器上，通过实时解算软件对震源船的数据进行实时解算并显示实时位移，如图3所示。
图3 海上震源船GPS跟踪定位软件技术架构
3 软件功能简介
目前震源船的跟踪和定位软件大部分是船体自带的导航软件，只有一个GPS跟踪点位，不能满足海上气枪震源的高精度控制需求。为了更好地跟踪和监测海上震源船在走航及固定点激发模式下的位置及精度，特开发本软件,实现了海上震源船在走航模式及固定点激发模式下的运动姿态的实时显示和跟踪，为海上气枪震源的激发及精度控制提供了新的手段和有力保障。软件可以实时处理震源船的高频GPS数据，实时获取震源船的运动轨迹及运动姿态信息、枪阵的实时位置信息，为探索高频GPS在海洋中的应用做出了重要尝试。
3.1 海上固定点激发模式
本模块通过接收船头船尾及浮球三个实时GPS接收机的数据进行解算，可以实时跟踪显示震源船的平面运动状态，进行相应的轨迹显示与精度控制显示，对震源船的位置信息变化进行观察与分析。
用户点击“开始”按钮，系统会进行相应的数据调用进入固定点激发模式。在这个模式中将根据船头和船尾的数据来显示震源船的当前位置，震源船中心与起始给定位置的偏差，可以显示实时高频GPS数据的最新接收到的时间，本地的系统时间，并进行动态的实时更新，如图4所示。
3.2 海上震源船走航模式
本模式在震源船进行高速走航的时候开始启用，可以实时跟踪震源船的位置及航行距离，与目标点的偏差等信息，如图5所示。
用户点击鼠标滚轮按钮，可以对震源船和地图网格进行放大和缩小，系统会相对应地打开地图界面及走航路线。该路线已经预先存储在数据库中，右下角会显示震源船中心与目标位置的偏差距离，目标位置可以通过界面进行更改及设置。可以显示实时数据的最新接收到的历元时间，本地的系统时间。方便用户对震源船的位置进行监控及调整。
图5 海上震源船走航激发模式
4 小结
本软件利用高频GPS数据处理技术实现了海上震源船走航模式及固定点激发模式下震源船及枪阵的运动姿态实时仿真显示，通过本软件的辅助，海上气枪震源的固定点激发精度得到了比较大的提高，精度可以达到35米以内，为海上固定点气枪震源精度的控制提供了新的手段和有力保障，同时为探索高频GPS在地震中的服务做出了新的尝试。
参考文献
[1]李征航．卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M]．武汉大学出版社，2009．
[2]孟国杰，任金卫，金红林，等．GPS高频数据处理方法及其在地震学中的应用研究进展[J]．国际地震动态，2007，343（7）：26-31．
[3]殷海涛，甘卫军，肖根如，等．利用高频GPS技术进行强震地面运动监测的研究进展[J]．地球物理学进展，2009，24（6）：2012-2019．
[4]斯蒂芬斯等．C++ cookbook[M]．北京：清华大学出版社，2007．
[5]刘锐宁，宁坤等．Visual C++从入门到精通[M]．北京：化学工业出版社，2010．
[6]丁士锋等．Oracle PL/SQL从入门到精通[M]．北京：清华大学出版社，2012．
收稿日期：2018-07-02
作者简介：陈超贤（1985-），男，福建泉州人，福建省地震局工程师，硕士，研究方向：大地测量及GPS数据处理。
