海洋測繪技術的發展狀況研究

黃衛勤

摘要：隨著數字信息化技術的發展，近年來，我國海洋測繪發生了歷史性的變革，進入了以數字式測量為主體、以計算機技術為支撐、以3S技術為代表的新階段。以岸基、艦船、飛機和衛星為平臺的立體測量框架及綜合要素探測已成為海洋測繪的主要模式。

關鍵詞：海洋測繪；數字化；測深系統

1.引言

我國海洋面積廣闊，做好海洋的測繪工作有著深遠的意義。以前的海洋測繪通常使用羅盤定位與六分儀、測深桿、測深繩、測深鉛魚等方法進行測量，耗時耗力且測量精度不高，測量出來的數據只能用作粗略的了解，無法得出高精度的數據。隨著科技的發展，大量新技術應用于海洋測繪工作中，在測深方面，側掃聲吶和多波束測深系統，海洋遙感測深等技術可以得出精確的數據，應用衛星測高技術對海洋大地水準面、重力異常、海洋環流、海洋潮汐等問題進行了比較詳細的探測。現今，數字信息化技術在海洋精密定位和水深測量中得到了廣泛的使用，使海洋測繪從測量航海要素為主，發展到測量各種專題要素的信息和建立海底地形模型的全部信息，使海洋測繪向著更高效、高精度的方向發展。

2.海洋測繪技術的發展歷程

海洋測繪是指測量海洋底部的地球物理場的性質及其變化特征，繪制成不同比例尺的海圖和專題海圖，是對海洋水體和海底為對象所進行的測量和海圖編制工作。主要包括海道測量、海洋大地測量、海底地形測量、海洋專題測量，以及航海圖、海底地形圖、各種海洋專題圖和海洋圖集等的編制。

常規或傳統的海洋深度測量主要以水面船只作為測量平臺。由于其測量精度高、探測詳細，今后仍將為海洋測量的主要作業模式。隨著衛星遙感技術的應用，應用衛星遙感手段在淺水區修編海圖方面達到實用化階段。機載激光水深測量技術在國外已經應用，我國正在進行研究，預計可實現淺于50m海區大面積快速測量。20世紀90年代，我國開始將航空攝影測量手段應用于海洋測繪，主要解決淺水區或島礁附近海岸地形測量。在相當一段時期內，海洋測量的要素相對單一，最主要的為深度和底質測量。20世紀80年代，隨著側掃聲納、海洋重力儀的應用，海洋測量可同時獲取海底地貌、海洋重力場數據。雙頻測深儀的應用，則可同時對深度、淤泥厚度和底質類型進行測量或判別，具有較好的實用性。20世紀90年代以后，新造測量船只配備的測量設備發生了很大的變化，可同時完成多個任務剖面，包括水深測量、海底地形地貌測量、重力與磁力測量、淺地層剖面測量，以及水文氣象調查，可最大程度地發揮測量船的效能，獲取海洋環境的綜合要素信息，提高經濟效益和軍事效益。

日本、英國和美國等沿海發達國家早已形成了數字化的空間地理環境產品生產的技術體系。由于不同數字產品的一致性問題，不同數據源的融合問題現已引起了科研和管理部門的高度重視。美國于1996年把6大政府國家機構的影像技術部門，劃歸到國防部制圖局，成立了美國國家影像與測繪局（NIMA），使得遙感影像、地形圖、海圖等不同空間信息的管理與出版取得了一致性。日本也于2001年4月把安全廳的水路部改名為海洋信息部，形成了與美國NOAA相似的，可同時完成海洋環境的調查、測量、評價與數字產品出版的技術體系。由此可見，數字地圖、GIS到數字戰場環境、數字地球，不只是名詞與概念上的改變，它是地理信息科學與實踐發展到了一個技術節點的必然反映，可引起空間信息技術與數字產品出版體系發生重大的技術變革。按照科學的方法論，考察、歸納沿海國家海洋測繪產品的生產體系，由于歷史沿革、數據積累與技術條件的不同，不同的國家具有完全不同的海洋測繪產品的出版、分發與服務模式。

3.探測技術的新進展

3.1海洋測深空間的精細描述

劉雁春將海洋空間3維水深場測量結構細分為基本空間結構、瞬時測深空間結構、水位（潮汐）改正空間結構、穩態深度空間結構并研究了各空間結構的數據處理問題，提出了接近真實水深場的再現與推估及隨船一體化海洋測深的新概念和新方法，在國際上建立了高精度海洋測深的空間結構及其數據處理的理論。

3.2海洋測深網平差理論與方法的建立

在國家自然科學基金的資助下，劉雁春等成功地將海洋測深數據按測線組網進行整體平差，建立了海洋測深數據的平差理論，完成了海洋測深數據的系統誤差補償和精度評定。

3.3測深效應的研究

測深效應是指測深過程中的影響因素及對測深的作用效果，是高精度海洋測深必須研究的關鍵問題。近年來這方面取得突破的有波束角效應的影響、波束角效應和波浪效應的耦合機制及其改正、系統延時效應、測線布設方向的平滑效應與伸縮效應、深水淺報效應、船姿效應，為高精度水深測量提供了改正模型和改正方法。

3.4異常測深數據的探測研究

海洋動態環境易導致異常水深數據，探測并消除異常數據是保證海洋測深數據質量的基礎工作。這方面的研究有抗差回歸分析法來抵制測深粗差的污染、抗差Kal-man濾波、序統計濾波等，這些方法均有一定的優點和適應性。

3.5多波束測深系統的研究

多波束測深的效率高的優越性使其成為海洋測深的主要技術，這方面的研究主要包括：多波束歸位計算模型和過程的建立、多波束測深系統中的安裝校準誤差影響規律研究、多波束相位差序列模型的建立、多波束測深的聲速改正、多波束的信號檢測、多波束水深數據和側掃圖像融合處理、多波束圖像生成、多波束海量數據的三維建模、基于多波束數據的海底底質的自動分類識別和多波束數據后處理軟件的研制等。

3.6機載激光測深方面的研究

機載激光測深技術適合我國局部海域，這方面的進展有：建立了顧及波浪和潮汐影響的機載激光測深的深度歸算模型，建立了顧及姿態變化的機載激光測深的位置歸算模型。

3.7嚴密的海洋測繪垂直框架

翟國君等探討了建立海洋測繪基準的必要性和具體方法。暴景陽等探討了建立理論深度基準面中淺水改正和長周期潮改正的合理性，指出：①一年或更長時間尺度的潮汐序列經調和分析計算海圖深度基準面的穩定性在中國沿岸處于厘米級；②中國沿岸長期站的深度基準面之間的差異是算法不同所致；③為保證分潮表達最低潮面合理性，建議淺水分潮訂正宜采用區間訂正法，長周期分潮訂正宜直接按年周期分潮振幅訂正；④精化海圖基準面的任務不在于改變模型，在于精化算法。勞順根等研究了長江口近代歷史海圖各深度基準面的推算數學模型。黃辰虎等研究了采用最小二乘潮位擬合法推算海上定點驗潮站未來時刻潮位值的方法，吳中鼎研究了潮波數值模型用于海道測量水位改正的適用性。

4.結語

海洋測繪是我們認知海洋重要的一步，新技術在海洋測繪方面的應用能夠更好的提高測繪的精度，現代數字化信息技術其自身卓越的性能和巨大的優勢在海洋測繪方面有著廣闊的前景，應該加快對于現代化信息技術如GPS等在海洋測繪方面的研究，使其不僅能夠在海洋測繪方面發揮作用，更能夠在內陸的水域與近海海洋的測繪中發揮重要作用。

參考文獻：

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