淺析海洋測量技術研究進展與展望

王紹豪

防城港市國土資源勘測規劃院 廣西 防城港 538001

引言

海洋和陸地水域占地球表面積的72%,因此當前大力發展海洋測量技術對我國探索未知科學,促進國民經濟發展具有極其重要的作用。在海洋測量中所使用的測繪技術是測繪科學與技術中的分支之一,其內容主要研究海洋及陸地水域的空間地理分布,應對所測量的信息進行提取、處理和利用。此外隨著我國衛星定位技術、計算機技術、遙測遙感技術、傳感器技術的快速發展,海洋測量技術在演變過程中也出現了重大變革,目前海洋測量技術在應用中的多方面都取得了令人矚目的成就。

一、新時期海洋測量學科的交融發展

現階段海洋測量學科在發展過程中已與傳統的海洋調查學科相融合,在開展海洋測量的過程中,所獲得的數據主要是用于編制航海圖或發布相應的水域基礎地理信息,保證船只及水下航行物的安全。海洋測量技術在研究中,可以根據其具體的研究內容及任務劃分為海洋磁力測量、海洋遙感測量、海洋重力測量、海洋地形測量、海洋工程測量等,并且隨著海洋測量過程中的手段多樣化發展,海洋測量技術在未來會建立多元化的海洋控制網體系和海底長期觀測網,系統性的對空間大地、動力大地、物理大地進行測量。

二、海量測量技術的研究進展

1.海底地形地貌立體測量體系。現階段海洋地理地形地貌立體測量體系已基本形成,該體系在測量過程中主要采用傳載的方式實施海洋地理空間信息獲取,通常在測量過程中會沿著點線式的測量模式,對海底地形實現全覆蓋的作業。隨著當前機載激光測深系統的大范圍普及應用,在海洋地理地形地貌立體測量的過程中,可以應用衛星測高數據對全球海域船載水深測量數據進行反向推理,在此過程中,還可以應用遙感技術和航空攝影技術對海岸線沿岸地區進行常規測繪,通過多技術的有機融合,便可以形成天空、地面、水下、航空、航天五位一體化的海洋測量平臺。

2.海底地形反演法。在海洋地理地形測量中通過應用海底地形反演法,就可以使用多波束測深系統和機載激光測深系統對海底地形實施立體化的測量覆蓋,此外通過測量數據結合衛星測高數據,就可以反演出大尺度的海底地形,通過該方法便可以消除傳統線性回歸法和匹配濾波法帶來的弊端,此外由于海底地殼密度較小更適用于衛星測高重力系統,反演出海底實際地形。衛星測高重力系統可以根據重力異常,將海底區域劃分為短波參考場和長波參考場,通過這兩者結合便可以計算出海域區域的海水深度及重力異常控制點,反向推斷出海水的具體深度。

3.綜合航空攝影測量。無人機傾斜攝影測量技術為高速高分辨率航測試驗提供了高分辨率、高分辨率的航測平臺,同時對海形圖比例尺的精度進行檢查,可分析平面與高程,保證數據的準確性。該技術可利用多視點三維映射模型,建立嚴格的影像關系,在很大程度上彌補原始影像的不足,實現多視角透視,提高分辨率,有效避免遮擋。此外,該方法能實現對真實三維環境中的海形進行高密度的采集,進行相關頂板校正,并能完成數據采集,各類試驗表明其采集效果良好,同大大降低作業難度,使工作人員的工作強度變低,有足夠的精力分析和研究攝影的成果,提高工作效率和工作質量,充分保證了制圖質量,促進制圖水平的不斷提高。

4.海洋測繪激光探測技術。在海洋測量中利用激光測深技術具有以下幾大特點,激光測深技術在應用的過程中不受地域限制,這項技術可以在淺海區域、礁石區域、島嶼區域、深海區域等都可以開展測量工作,同時激光測深技術在應用的過程中還不受淺水區域和陸地的影響;激光測深技術在測量過程中還具有測量準確精度高、幾何分辨能力強的特點。這主要源于激光在測量的過程中,可以將激光脈沖在短時間內壓縮到很窄的寬度,然后向水中發射納秒級的脈寬波長。這樣激光測量技術在水中的測量點密度比傳統的聲吶測量點密度高300倍左右,因此激光測深技術具有測深精度高,海圖質量高的特點;激光測深技術在應用過程中,由于光的傳播速度極快,因此還可以減少科研人員的測量時間。同時由于激光測深系統一般都是安裝在飛機上,所以在進行海洋測量的過程中,短時間內便可以對大面積的海洋水域進行深度測量。如我國科研人員所使用的AHAB公司鷹眼二號深水激光測深系統在實際的測量過程中,最大測量深度為50米、測試系統所發出的脈沖頻率可以達到35k HZ、該系統具有直線掃描、系統掃描角度為20度,同時該測量裝置設備總重175千克,設備的測量精度達到了我國的一類標準。

三、海洋測量技術的未來展望

針對于我國現階段海洋測量技術中缺少高精度的海底基準控制點,在未來我國必然會開展海洋大地測量基準與海洋導航新技術的研制工作,進而重點開發海洋大地測量觀測網絡與海陸基準無縫連接體系,并且在這一過程中,采用金字塔戰略,根據由粗到細的原則,實現各體系間圖像名稱點的自動匹配,同時在此基礎上建立誤差方程,分析控制點坐標等因素,調整連接點自校準域,實現海洋重力場的精準測量,將我國的數字海洋地理信息技術從產品研發到系統建設,都提升至一個全新的層面。

四、結束語

隨著我國在海洋測量中海陸一體化無縫測量技術的普及應用,未來在海洋測量中必然會有更多的無人機、無人艇得到廣泛應用,而這一技術也會成為更新我國海岸帶地形圖的常規手段,使我國的海洋重力測量、海洋地形測量、海洋磁力測量等方面的數據處理變得更加完善。