海洋測繪新技術與誤差研究

■羅韜

（遼寧省有色地質局一〇八隊遼寧沈陽110013）

海洋測繪新技術與誤差研究

■羅韜

（遼寧省有色地質局一〇八隊遼寧沈陽110013）

科學技術的不斷發展漸漸揭開了海洋的神秘面紗，開發海洋測繪先行，本文就測繪新技術在海洋測繪中的應用做簡單闡述，及誤差探討與研究。

海洋測繪 測繪新技術 誤差探討及研究

1　概述

海洋測繪是測繪學的重要學科。相比陸地測量,海洋測量有動態、實時等特點,要求在同一時間對坐標、深度和重力參量進行測定,而且無法重復測定,這就意味著海洋測繪成果無法重復觀測，質量檢核有一定技術難度。海洋測繪工作受到海水、大氣的影響，故海洋測繪有更多的干擾。相對陸地測繪海洋測繪在測量誤差處理并不十分嚴密。

2　海洋測繪新技術介紹

2.1多波束測深系統的應用

多波束測深系統具有高精度、高分辨率、高效率的特點。近十幾年在GPS、計算機、IMU技術及其它相關技術的支撐下。獲得了極大的發展。較傳統的單波束測深儀相比，實現成圖自動化。成功的實現了海洋測繪由點線狀測繪到現狀測繪的轉變。使海洋測繪發展取得了較大的發展。我國從20世經末開始引進多波束測深系統,分別應用于海洋工程測量、海道測量、海洋劃界測量、港口維護、地質災害監測、海洋資源調查以及考古等多個領域,在國民經濟建設中發揮了重要作用。我國一直致力于多波束測深系統的研制與開發,由于技術與資金等原因,一直處于原理性試驗階段，只生產出了樣機。直到20世紀90年代,我國進入實用型多波束測深系統的研制階段,并于1997年研制出H/HCS-017型多波束測深系,次年便投入使用。該系統由換能器陣、接收子系統、發射子系統、海底檢測單元以及數據傳送單元等主要部分組成。系統具有48個波束，波束角為2°×3°，工作頻率為45kHz，其測深扇區開角為120°，范圍為10 ～1 000m，測深覆蓋范圍最大可達4倍水深。H/HCS-017系統測深精度優于當前IHO標準。該系統的研制成功,標志著我國海洋測繪儀器水平已達到一定的高度。

2.2機載激光測深技術

機載激光測深技術是一種主動式遙測技術，利用的是光在海水中的傳播特性。海水組成成分復雜，主要的有懸移質、可溶有機物、浮游生物等，這些物質一方面影響了海水的透明度，使得海水的透明度從零米到幾十米，這其中影響海水透明度最大的因素是泥沙含量；另一方面這些物質對光的吸收和散射作用很強，這導致光波在海水中的衰減較大，傳播距離非常短。

通過對光在海水中的輻射、散射、透射等性能的研究，人們發現海水中存在一個類似于大氣的透光窗口，在該窗口內，光波在海水中具有較好的傳播特性，尤其是波長為0.47～0.58μm之間的藍綠光表現出了衰減系數最小的特性。正是利用這一特性，人們研制開發了利用藍綠激光進行水深測量的機載激光測深系統。

海水對激光的衰減使得在設計機載激光測深系統時需要綜合考慮激光器的重復頻率、脈沖寬度、發射功率、航高等因素。幾十年的研發經驗和測量實踐表明，一般激光器的重復頻率為1 000～4000Hz，個別的機載激光測深系統甚至高達10000Hz。脈沖寬度為5～10ns，發射功率為2～8mJ，航高為250～500m，最大測深能力為50m。以CZMIL機載激光測深系統為例，典型的飛行高度為400m，掃描寬度為0.73倍的航高，飛行速度按250km/h計算，則每小時可覆蓋的測區面積高達73km2。

機載激光測深系統由數據后處理和自動成圖兩部分組成。在該系統的研制過程中,我國科研人員相繼開展了海洋潮汐、載體姿態動態效應改正及涌浪改正、測深數據質量控制、條帶測深數據融合處理、測深數據自動成圖和海量測深數據管理等多項關鍵技術研究,成功突破了理論建模、參數計算和數據處理中的技術難題,取得精度較好計算效果,達到了預期的目的。現在機載海洋測深系統將與傳統的聲學方法將在未來的實踐中尋求它們之間的最佳結合方式。機載海洋測深系統的應用和推廣,標志著我國將更加重視航空遙感測量技術在海洋測繪中的應用和發展。

3　誤差分類

3.1粗差

在傳統測量學按照產生誤差的原因將其劃分為粗差、偶然誤差和系統誤差。經典測量平差是以觀測值中無粗差及系統誤差為條件，而現代測量平差要求能有效地顧及到粗差和系統誤差的存在,確保平差結果可靠。因此，由于多種系件的制約,相對陸地測量而言海洋測量出現粗差的概率很大，并且海洋測量進行重復觀測難度很大，缺乏必要檢核條件，因此，對粗差的處理是海洋測量質量控制中最重要的研究方向。

3.2系統誤差

海洋測量在儀器校準、海洋觀測、數據處理各個環節,都不可避免的出現受到各種影響，它們或表現為系統性。系統誤差產生的原因有儀器校準誤差、海洋氣候條件的差異、各項改正過量或不足等。整個主測線方向或檢查線方向均呈系統性變化的誤差稱為測區系統差，把只在單一測線(包括主測線、檢查測線)方向呈系統性變化的誤差稱為測線系統差(又稱半系統差)。

4　結論

海洋測量誤差處理方法是隨著實際測量工作的深入而發展的,經過多年的積累,已經建立起了比較完善的海洋測量誤差處理技術理論體系。這些研究成果在我們開展海洋重力測量數據處理工作的各個階段都已得到廣泛應用,對提高我國海洋重力測量技術的整體水平起到了重要作用。

由于海洋測量具有顯著的動態性和實時性，因此，在數據處理過程中增加了許多項環境改正。需要進行深入研究的測量環境改正項包括:水深測量中的浪涌改正和波束角效應、多波束測深中的聲速剖面改正、機載激光測深中的浪涌改正和磁力測量中的船磁改正等，由于各項改正過量或不足是產生系統性偏差的重要原因，因此，保證各項改正數的計算精確度是有效提高海洋測量成果質量的前提條件。

[1]李家彪.多波束勘測原理技術與方法 [M].北京:海洋出版社,1999.

[2]陳非凡.多波束條帶測深儀研究發展動態 [J].海洋技術,1999,18(2):26～32.

[3]朱光文.我國海洋探測技術五十年發展的回顧與展望 (二)[J].海洋技術,1999, 18(3):1～13.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-199-1