海洋勘测技术手段、种类与应用案例介绍

海洋勘测分为海洋测绘和海洋工程勘察两类。

海洋测绘是研究海洋、江河、湖泊以及毗邻陆地区域各种几何、物理、人文等地理空间信息采集、处理、表示、管理和应用的科学与技术，以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制理论与方法的学科。海洋测绘是一切水域活动的先导，具有国际性、全局性和基础性等特征，不仅为航行安全和军事行动提供保障，也为开展地球形状、海底地质构造运动和海洋环境等科学研究，以及开展海洋资源开发和实施海洋工程建设提供基础资料。与陆地测绘相比，因其受海洋巨厚水层与海洋环境的影响以及陆地常规测量技术在海洋探测中的限制，声学探测便成为人类认知海洋的主要技术手段，也决定了海洋测绘有其独特性、专业性与复杂性。20世纪80年代后，在海道测量学的基础上，出现了海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋大地测量、海洋遥感测量、海洋工程测量等技术，逐步形成了海洋测量理论技术体系，海洋测量的术语开始被广泛使用。

海洋工程勘察主要包括海洋工程测量、海洋岩土勘察和海洋工程环境调查三个分专业。海洋工程测量包括海底地形测量、海底面状况侧扫和底床稳定性分析；海洋岩土勘察包括海底近表层沉积地层结构探测、海底岩土的工程（物理、力学）性质等；海洋工程环境调查包括物理、动力及防腐蚀环境的调查。海洋工程勘察具有学科综合性和高科技性的特点。海洋工程测量必须具备海上导航定位、海上测绘数据采集、数据后处理、侧扫声纳及地磁测量、图件编绘等技术知识；海洋岩土勘察必须具备各类地层剖面仪（尤其是多道数字地震仪设备更为复杂）、海底取样及钻孔，及各种土工物理、力学性质测试等技术知识；海洋工程环境调查必须具备海洋水文、海洋生态、污损生物等的技术知识。

本文梳理了与海洋勘测技术相关的19项内容，海洋工程环境调查中的海洋生态、污损生物等未列入其中。内容包括海洋定位与导航、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋控制网测量、测深、潮位观测、海洋水文测量、海洋遥感测量、海底地形测量、声呐扫海测量、滩涂地形测量、岸线测量、浅地层剖面测量、海洋工程测量、海图制图、钻孔取样、单道地震、多道地震、海洋地理信息系统等内容。

下面就海洋勘测中19个相关概念与基本内容分别做一一介绍，供大家参考，表述如有不当之处敬请批评指正。

1.海洋定位与导航

借助光学、卫星、声学、多普勒、惯导等定位技术，测量固定标志或水面、水下运动载体（船只或水下潜航器）的地理位置，为固定目标提供位置，为运动载体提供位置和导航服务的工作。光学、卫星、多普勒、惯导等技术适用于水面目标的定位与导航，声学、多普勒、惯导等技术适用于水下目标的定位于导航。包括获取基本的距离和角度观测信息、位置计算、位置滤波等内容。

海洋定位与导航在经济建设和国防建设中有重要的作用。在海洋油气开发、海底光缆建设及维护，利用ROV/AUV进行深海矿产资源探测开发，都需要海洋定位技术的支持。舰艇、潜艇等的作战航行都离不开水下导航定位的支持，海洋板块运动研究、地质灾害研究等领域也需要水下定位技术提供准确的空间位置。

2.海洋重力测量

借助重力仪或重力梯度仪，采用定点或移动方式在海洋区域测量重力加速度，获取海洋绝对重力或重力异常变化分布图的工作。包括测量前准备、重力测量、重力数据处理、重力测线网平差、海洋重力或重力异常图绘制等内容。

在地球物理勘探中，由于岩石和矿石密度的不同所引起的重力场的变化，可用来寻找矿藏和了解地质构造；在地球物理学中，可以利用重力测量的数据去测定地球的弹性、密度及地壳的构造；在大地测量学中，要用重力数据去归算观测成果和研究地球形状；在导弹与航天技术中，重力测量资料可为空间飞行器的轨道计算和惯性导航服务，提高远程导弹的命中率。

3.海洋磁力测量

采用磁力仪或磁力梯度仪测量海上磁场总强度、磁异常和磁偏角等地磁要素，获取海洋绝对磁力或磁异常变化分布图的工作。包括测量前准备、磁力测量、磁力数据处理和磁力或磁异常分布图绘制等内容。

用于寻找与石油、天然气有关的地质构造和研究海底的大地构造；在海洋工程测量中用于查明施工障碍和危险物体等磁性体，如沉船、管线、水雷等；用于水下地磁匹配导航。

4.海洋控制网测量

海洋控制网是陆地控制网向海洋的延伸，由海岸、岛礁、海底等控制点组成，是为海洋科研研究、海洋工程等海洋活动提供绝对空间参考的工作。海洋控制网测量借助GNSS、光学、声学等测量技术，获取沿海岸、岛礁和海底控制点三维绝对坐标的工作。包括绝对基准引入、控制点基线联测、水准测量、水深测量等工作；海岸带和岛礁控制网测量主要包括GNSS控制网测量及网平差、水准测量及网平差等工作；海底控制网测量主要包括绝对基准传递、海底基线测量、水深测量以及网平差等工作。

海洋控制网是一切海洋活动中所进行的海洋测绘工作的基础，为这些测绘活动提供了基本参考框架。海洋大地控制网是大比例尺海底地形测量，尤其是大洋海域基本海图测绘的控制基础；为需要高精度定位的海上或水下工程作业，例如石油钻井平台的定位（或复位）、海底管道铺设、水下探测器的安置或回收等提供基准；在海域的地壳断裂带、磁力和重力异常区、盆地、深峡谷以及水下山脊等地区布设的高精度海底控制点（网），可对大地构造运动、地壳升降运动以及地震、火山活动进行动态监测。

5.海洋测深

借助测深杆、测深铅锤、单波束测深系统、多波束测深系统和测深侧扫声纳系统等，按照测图比例尺和要求，获取水底点至水面的高度和点的平面位置，获取不同位置和时刻水深的工作。包括测前准备、水深测量、定位、声速测量、测深数据综合处理等内容。

主要用于海底地形地貌测量、碍航物探测、通航水深测定、航道疏浚与清淤和水深图绘制等工程，在施工设计、通航保障和科学研究领域应用十分广泛。

6.潮位观测

通常称为水位观测，又称验潮。按照观测时间长短，潮位观测又分为长期验潮、短期验潮、临时验潮。潮位观测是按照一定的时间间隔，读取潮位在某垂直基准面（零点基面、深度基准面、平均海平面、高程基面）下的高度，形成潮位序列。验潮的目的是为了解当地的潮汐性质，应用所获得的潮汐观测资料，来计算该地区的潮汐调和常数、平均海平面、深度基准面、潮汐预报以及提供测量不同时刻的水位改正数等，供给有关军事、交通、水产、盐业、测绘等部门使用。潮汐观测是海洋工程测量、航道测量等工作的重要组成部分。包括设备检校、潮位观测、潮位数据序列质量控制、潮位曲线图绘制等内容。

获取潮位数据或海面高数据之后，需要对数据进行潮汐调和分析，获得潮汐调和常数，建立海潮模型，绘制海潮图。海潮模型建立和海潮图的绘制对深入了解海洋物理机制，潮汐预报、航运及海上交通等具有重大意义，如何进一步提高卫星测高的精度及海洋模型的精度十分重要。

7.海洋水文测量

在海洋的某一点或断面上观测海流、潮流、潮汐、波浪、盐度、密度、温度以及气象等水文要素，并对观测资料进行分析和整理的工作。海洋水文观测为编辑出版航海图、海洋水文气象预报、海洋工程的设计与建筑以及海洋科学研究提供资料，是海洋调查中重要的作业内容。包括设备检测、水文要素观测、水文要素处理和诸要素图绘制等内容。

海流测定的测量结果可绘成海流矢量图，并进行海流准调和分析，为掌握海流变化规律，对海流进行科学预测有重大意义。可主要用于码头等海上构建物方位轴线确定，海洋污染物扩散分析，海洋地形冲淤规律的分析，船舶的航行安全等。

8.海洋遥感测量

将海洋及海岸带作为监测对象，采用各种主动或被动式传感器对其进行远距离非接触观测，以电磁波或声波为信息载体，接收并记录海洋的辐射、反射信息，再经过传输、加工和处理，获取海洋景观和海洋要素的图像或数据资料的一项工作。具有信号弱、干扰强、大面积同步连续观测及高分辨率和可重复性的特点，其中微波遥感还能进行全天候观测。按照测量对象，海洋遥感测量可分为海面遥感测量和水下声学遥感测量。包括遥感信息获取、处理、海洋资料的反演和信息管理、分析及应用等内容。

主要应用于调查和监测大洋环流、近岸海流、海冰、海洋表层流场、港湾水质、近岸工程、围垦、悬浮沙、浅滩地形、沿海表面叶绿素浓度等海洋水文、气象、生物、物理及海水动力、海洋污染、近岸工程等方面。近年来对于海岸带及海岛的遥感尤为活跃，它可以提供跟踪大尺度洋流、中尺度涡流实时调查信息(包括风浪场的准确信息)、海面上空的云图和风暴潮及台风信息、海洋初级生产力和海洋生物环境方面的信息、有关重力场、海平面、大地水准面等海面地形的测高资料及快速大尺度监测和区分海面溢油及其它海面污染的方法与图像等方面信息。

9.海底地形测量

根据测图比例尺或测量级别，联合水深测量技术、潮位测量技术、定位技术等确定海床点三维坐标，构建某一平面基准和某一垂直基准下的海床三维地形模型，反映海底地形的起伏变化。包括测量前准备、定位、水深测量、潮位观测、声速测量、数据综合处理、海底地形数字高程模型构建或地形图绘制等内容。

是海洋测绘的基本工作之一，获取的海底三维地形成果可以用于航行保障、水下目标探测、海洋工程建设、海洋资源调查、海底地貌形态演变分析等方面。

10.声呐扫海测量

是借助多波束声纳、侧扫声纳、合成孔径声呐等水下声学遥感测量技术和识别，根据测量要求，采用一定测量方法，获取海底回波强度，构建海底回波图像，反映海底纹理特征、地貌形态与底质变化，获取海底底质类型分布及水下障碍物等地貌信息。包括测量前准备、海底地貌测量、定位、图像处理、海底纹理和地貌形态特征提取、底质声学分类等内容。

用于海底表层底质分类与分析、海底矿产资源勘查、海洋工程建设、航道锚地建设、水运工程整治等方面，同时由于分辨率高的优点，也常用于海底目标探测、海底管道路由调查、海底地貌形态分析等方面。

11.滩涂地形测量

借助全站仪、GNSS RTK/PPK、航空摄影、激光扫描等测量技术，借助测量员、无人机、全地形车、气垫船等移动平台，根据测图比例尺和要求，采用一定测量方法，获取滩涂地形的工作。包括测量前准备、地形测量、地形数据处理、滩涂地形图绘制等工作内容。

可为海岸线测量、水产养殖、盐田开发、围海造田、旅游景区开发、海岸工程等提供基础地理信息。

12.岸线测量

又称岸线地形测量，是通过人工实地调查、卫星遥感、机载激光扫描及倾斜摄影测量等手段以确定海岸线位置和海岸性质、沿海陆地地形、沿海陆地上的航行目标和其他要素为目的的测量工作。海岸线没有统一定义，其形态复杂多变，具有时空变化特点。包括海岸带地形测量、平均大潮高潮面确定、岸线确定等内容。

岸线测量与航海、海洋保护及利用、海域使用、海洋执法、国防建设、自然资源调查、海域确权登记等活动密切相关,是海岸带综合管理的重要基础数据。

13.浅地层剖面测量

借助浅地层剖面仪、单道或多道地形，以连续走航方式对海底浅部地层进行声学测量，获取时序回波强度或相位信息，并借助时序回波图像，反映浅地层结构及底质分布状况。包括测量前准备、浅地层剖面测量、回波强度数据处理、浅地层剖面层位划分等内容。

海洋科学方面，浅地层数据能用于海洋沉积层形成、演变分析，海底物质迁移分析等；海洋工程方面，浅地层数据能用于航道疏浚、海底矿产资源勘查、海洋钻井平台建设等，在海底埋藏目标探测、海底管道路由调查等方面也有着极大的应用价值。

14.海洋工程测量

为满足海洋工程勘测设计、施工兴建和运营管理不同阶段工程需求，开展控制测量、水深测量、底质探测、水文观测、地图编绘及变形观测等基础测绘工作，保障工程按设计施工、竣工和进行有效的管理。包括需求分析、多海洋要素组合测量、数据处理、施工测量参数的获取及时序变化曲线的绘制等内容。

可应用于海港工程、堤坝工程、海底管道工程、隧道工程、跨海大桥工程、疏浚工程、救捞工程、海洋划界工程、海洋石油工程、登陆与抗登陆场区工程，以及采矿、能源、海洋资源综合利用，和风电场区的勘测与运维工程等。

15.钻孔、取样

钻孔取样包括钻孔和取样两个过程。钻孔取样是将勘探船或海上钻井平台上的海洋钻探设备深入海底地层，钻取地层的岩芯样品，以获取海底地层的组成、性质及分布等地质要素，进而分析海底地层的构造演化与物质迁移规律等。除钻孔取样外，海洋底质取样也是海洋勘察的常用方法，该方法是在勘探船上利用表层取样器和柱状取样器进行海洋底质取样、利用采水器进行海水及悬浮体采样。一般在取样后，需要在船上进行样品的现场描述与处理，并及时保存编录。包括设备检查、定位、钻孔取芯与测井、底质取样（表层取样、柱状取样、采水器取样）、样品现场描述与分析、样品登记和保存等内容。

可作为海洋油气资源勘探的重要参考指标，在深海资源的开发和利用方面具有重大的应用价值；而地层的矿物成分、性质、分布及其成因可用于海底构造演变、海洋地质灾害等领域。此外，底质专题海图和底质资料是舰船锚泊、潜艇坐底、水中武器发射以及海底地壳构造和运动等的重要参考资料。

16.单道地震测量

单道地震勘察是采用单道地震仪采集地震波信息，并进行数据处理、分析，以获取海底地质数据，反映海底地层结构、性质的一种勘察方式。主要分海上反射地震法和单道连续剖面法，海上反射地震法采用自激自收的采集方式进行。勘察系统按功能可分为震源系统、接收系统和数据采集系统，按布局可分为拖拽和船载两部分，其中拖曳部分包括换能器、水听器和电缆，船载部分包括可控震源、数据采集和数据处理平台、DGPS差分卫星导航定位系统。勘察系统利用不同介质具有不同信号发射波的特点来获取海底地质数据，用于探测海底水深小于1000米的中、浅部地层的地层层序和地质构造。单道连续剖面法利用接近垂直入射的声波，由于在沉积物横切面的声学阻抗特性差异而产生不同反射波的特点，分析研究海底沉积物地层构造。包括测前准备、仪器设备安装、测线布置、船载系统及拖拽系统定位、数据采集、数据处理及综合分析等内容。

在海洋工程物探、井场调查中，主要用来勘探施工区域内是否存在各种古河道、暗流、溶洞、浅层气以及地质层断裂等复杂地质问题，能够有效提高油气井场地质勘探设计科学性，保证勘探工程项目顺利推进；在海洋区域和地质调查中，可以对海底地层内的暗沟、沙坡、古河道、溶洞、沟槽发育、三角洲沉积、浅层气分布、地层褶皱、海底侵蚀、基岩等情况进行全面摸查，为分析各种地质灾害提供科学数据和信息支持；在海洋天然气水合物调查中，能够对海底含气区的声浑浊、溶洞带、反射增益、速度下拉、复合波、气烟囱等特征进行有效识别，对于揭示天然气水合物赋存区的冷泉气源位置、气体渗漏断层及运移通道等有着重要的参考价值。

17.多道地震测测量

多道地震勘察是采用多道地震仪采集地震波信息，并进行地震波数据处理、分析，以获取海底地层走向、倾向以及断层等地质构造信息，并可最终用于各种海洋地质解释的一种勘察手段。多道地震与单道地震最大的区别是数据采集方式，多道地震方法采用共深度点多次叠加技术，震源激发时多个检波器同时接收由地层反射回来的地震信号，然后对这些共深度点道集进行滤波、振幅处理、时差校正和多次叠加，可得到沿测线的高信噪比和高分辨率地震反射剖面。包括设备安装调试、测线布置、发射接收系统定位、震源发射、地震波数据采集及记录、多道数据处理及综合分析等内容。

常用于区域海洋地质条件勘察，特别是近海油气资源调查，适用于各类地质条件下的探测任务，而且有利于提高地质体的空间分辨率。多道地震剖面可绘制区域构造图和大面积岩相图。

18.海图制图

将海上实测成果及其毗邻陆地的自然和社会经济现象以图形图像方式模拟并传递给用图者的工作。根据海图的用途和要求，制作成各种海图产品。其六大要素为：海岸，海底地貌，航行障碍物，助航标志，水文及各种界线。包括编辑准备、原图编绘和出版准备三个阶段的内容。

根据不同用户需求，综合利用海上实测成果、现有海图和其他制图资料，制作成可用于分发、显示、阅读、标识和计算的成品海图，以供航行船舶测定方位、标绘航线、识别碍航物，供海事等有关部门实施监管服务、测绘和救助打捞等业务，为舰船航行安全、海上军用和民用工程建设以及海洋科学研究提供准确可靠的海图产品。

19.海洋地理信息系统

是在计算机系统和现代海洋测绘技术支持下，对整个海洋（包括海底、水体、海面、大气和沿海）空间中有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统和工程，包含重磁、水深、水文、地形地貌、岸线、底质和人类活动等多种要素，是时间与空间过程的结合。具有大数据、数据交互与共享、多维数据处理、多源数据集成和数据同化能力以及模型化、智能化和多功能性等特点。包括数据获取与输入、数据库建立、数据分析、数据呈现与共享等内容。

可根据需求建立数字化海洋空间数据库，实现海洋资料向数字化海图的方便转化，用于海洋渔业应用系统和生物学与生态系统模拟、水下和海底的探测、海洋环境综合分析，并辅助海洋产业建设和其它海事活动的决策。