海洋测绘综述! m7 ~3 M" G2 g# H6 a$ t
海洋测绘是一项基础性建设工作，是海洋科学技术的一部分，海洋科学技术的历史进程已从认识海洋推进到为开发海洋服务的新阶段。因此，要全面地为国家海洋经济建设服务，发展海洋测绘高科技，改造传统的作业方式和信息服务方式，建立适应海洋开发的测绘数据库，研究新理论，开辟新专业，提供多种类的海洋自然地理要素，与海洋产业开发部门挂钩联系，有针对性地开展提供海洋测绘信息服务的专题研究，有效地为产业部门的经济建设提供测绘保障。5 G0 Y2 Y5 P# |, }) x& s2 ?
自《联合国海洋法公约》生效以后，许多濒海国家面临着海域疆界划分的问题，我国与周边国家正在举行海洋国土划界的谈判工作。海洋划界与陆地划界有着许多不同之处，茫茫海面没有任何标志物，海底地形变化很大，只能靠仪器测量和标定出它的踪迹。海洋划界主要是靠图上作业，从划界方案的研究到确定界线，自始自终都离不开海图，必须要有精度高、比例尺合适、反映海底地形准确的海图。因此,要加快我国海洋测绘高技术的发展，利用新技术、新装备对我国中近海区，特别是近邻周边国家的海区进行精确测量，为我国的海区划界谈判工作提供详细、可靠的海区地理资料。 一、海洋测绘的任务
8 Y( d1 t. _4 o" X. x6 l下图为海洋测绘的任务和主要内容5 U" y2 E' A/ l. b& }2 f. j j3 A
! H D& C/ W/ F8 k9 ^4 H& X
海洋测绘任务( ^0 A2 s- ]. E. x& V
科学性任务
& M. H5 M$ ~* a6 V( O S$ ]实用性任务
1 _9 ] k5 R- p7 o: E1 o# v# i' C海洋磁力测量 海洋重力测量 海水面测定 海洋控制测量 海洋定位测量6 N7 D) X. v) W" [' D1 }5 a
海洋测深) R+ l I# L1 a1 p7 e% W
海底地形勘测3 k0 \; p' w k8 L* i; x
6 a+ _. b* H" _3 ?* n; j- l4 c1 {9 ~) r5 b
海洋制图
( Z. n" E1 @. F8 p% l7 U) A f$ W7 s 4 J% M9 B5 E$ @2 P8 C
研究地球形状
1 H! q; w( e" C i! ]0 h研究海底地质构造运动/ x0 A6 \: P& }1 p$ s5 J2 g
海洋环境研究的测绘保障 海上划界4 m. u' ^9 c+ \; ]% N0 G
5 I& i- y6 z' {9 m其他海底工程
/ O) C8 G, U2 O. n- Z4 `! ~渔业捕捞2 [: `% r, S- ?4 E
0 s/ R' t: i% ^+ J8 l/ W1 p
近岸工程 航运救援航道
; \( j. P. N4 e) r" V+ M9 E1 M0 m % j6 q$ o/ h4 P, p
自然资源勘探和离岸工程. P; l G9 z* b# O5 \
物理海洋测量 几何海洋测量 z# l- K+ C w x. V8 j% m' W9 ]
二、海洋测绘的特点: T' c! y+ K+ |4 K
（1）海洋测量中三维坐标（X、Y、H）须同步测定，即平面位置和深度同步测定
/ ~: a) F4 v. E6 v& {（2）海洋测量中作业距离较大，海洋无线电测距一般必须采用低频电磁波，水下测量采用声波作为信号源& @. {6 n- R9 l$ q7 S+ W
（3）海洋测深受潮汐、海流和温度的影响，必须考虑这些因素对测量结果的改正
; ?5 x/ I5 t- Z, X- s m（4）海洋测量在不断运动着的海水面上进行，具有动态性，必须考虑四维性 p M; h, l5 d( J! Y H
（5）海洋测量无法进行重复观测，为了提高测量精度，必须采用多套不同的仪器系统进行测量，从而产生同步多余性
( F' @; X# k I- A$ i（6）海洋测量观测条件比较复杂，观测精度相对较低。$ B7 r6 P* u% `0 h; T5 n" r2 j
三、研究现状
5 H9 q' n/ g) E3 h/ C4 g: U⒈全海域、立体获取技术体系已初步形成
8 L; P) _6 z O: f传统海底地形地貌测量主要借助船载多波束测深系统和侧扫声纳系统来获取。随着卫星重力技术的发展，借助重力梯度变化的海底地形大尺度反演技术已经出现，并为一些海域的地球科学研究提供了重要的基础信息，基于可见光的水色遥感技术，借助可见光在水体中传播和反射后的光谱的变化，结合水深，通过构建反演模型，可实现大面积水域的海底地形地貌信息获取。并在一些重点水域开展了初步的应用。取得了米级的精度，机载激光测深技术尽管早在20世纪90年代已经出现，但由于相关技术的落后和我国近海和内水水质的浑浊，尚未得到很好应用。近年来，随着海岛礁调查专项中岛礁周边海底地形地貌信息获取需求的增强，加之相关技术的不断完善，机载激光测深技术在海岛礁调查、岸滩水下地形地貌测量中得到了很好的应用，为了提高海底地形地貌信息获取的分辨率和精度，更好地满足海洋科学研究和工程应用需要，以AUV/ ROV为平台，携载多波束测深系统、侧扫声纳系统和水下摄影系统于一体的深海海底地形地貌测量系统已经出现。并在我国一些重点勘测水域和工程中得到了成功应用，也得到了海事、水下考古、海洋调查等部门的高度重视。目前，从太空、空中、水面到水下的“立体”海底地形地貌信息获取态势在我国已初步形成。
; P$ R. ~$ P' Q$ F$ P⒉自主知识产权的多波束测深系统已研制成功
3 J6 d2 S+ O" C! K ^& K2 M相对单波束，多波束测深系统的测深优势主要体现在测深效率显著提高、测深数据分辨率成量级增长。长期以来，我国的多波束测深系统几乎全部依赖进口，尽管国内相关科研院所为研制自主多波束系统开展了近20年的努力，但因技术封锁，进展缓慢。可喜的是，近年来，在哈尔滨工程大学、中科院声学所以及中海达等机构学者和工程人员的共同努力下，经过大量深入细致的研究，突破了多脉冲发射技术和双条幅检测技术。在保持小声学脚印条件下，实现了高密度信号采集与处理。采用Dolph－Tchebyshev屏蔽技术，减少了垂直航迹方向的旁瓣效应，综合采用“单频”和“双频”双系统、“等角”和“等距”双模式切换，动态聚焦和窄波束设计等技术，并联合不确定度多波束测深估计等技术，提高了多波束测深的数据质量、分辨率和可信性，提出了新的相位差解模糊方法和利用可变带宽滤波器改进相位差序列估计精度方法。提高了测深精度和质量。结合设备工艺改进研究，最终研制了具有自主知识产权的我国浅水高分辨率多波束系统，并成功实现了商业化。
$ w4 \% j6 F1 i8 q( m; D1 A⒊深海高分辨率地形地貌信息获取6 J* t2 [. m5 Q
尽管多波束和侧扫声纳系统在浅水均具有较高分辨率的海底地形地貌信息获取能力，但随水深增加，获取信息的分辨率随之迅速降低。该问题已成为深海资源勘查的一个瓶颈，为此需求，近年来我国学者在硬件系统和数据处理算法方面均开展了深入研究，硬件突破体现在两方面：其一，采用多脉冲发射技术和双条幅检测技术，提高多波束和侧扫声纳系统的分辨率。其二，以AUV/ROV为平台，接近海底获取高分辨率海底地形地貌信息，在数据处理算法方面，根据多波束和侧扫声纳测量信息的互补性，提出了基于二者信息融合的海底高精度和高分辨率地形地貌信息获取方法。提出了基于高分辨率侧扫声纳图像反演高精度高分辨率海底地形的新方法。这些研究已在一些水域开展了实践，将测深分辨率提高了近50倍，并取得了与传统测深结果一致的精度，深海高分辨率地形地貌信息获取难题正逐步得到解决。
1 y! f1 s& N! K: g1 E; a# v0 |( u四、海洋测绘新技术及应用( `9 h/ H9 k0 U8 T" C
1、卫星定位技术
' b8 c. Q0 v: U" |8 k, e% O单基准站常规差分GPS（DGPS）、多基准站差分GPS（RBN／DGPS）网以及广域差分GPS （WADGPS）：提供实时米级甚至亚米级的定位精度；GPS RTK技术：应用于滨海断面测量、滩涂测量和水下地形测量。
# M6 S3 A O4 b6 }2、水深测量技术1 w) ]6 J+ y; x: i9 \8 Q
水深测量主要应用声学探测技术，即单波束回声测深技术；多波束测深、机载激光测深以及卫星遥感测深技术的出现和应用，使测深技术有了新的发展，水深测量效率大为提高。多波束测深技术以及测深侧扫声纳技术将是今后水深测量技术的重点发展方向。
( \4 f2 J: {! `% S' I! ~3 l6 h3、海洋遥感和卫星测高技术
4 ~5 U- O$ b2 y4 B海洋遥感是利用SAR、多光谱及高度计等技术对遥感影像片资料进行加工处理，目前已在岛礁定位、岸滩监测、岸线确定、浅海测深、航行危险区和他国非法占领海区海图修测等方面发挥着重要的作用。
! N# H" p9 ]/ u; q4 G% F# e2 q卫星测高技术是利用卫星上装载的微波雷达测高仪、辐射计和合成孔径雷达等仪器，实时测量卫星到海面的距离、有效波高和后向散射系数等，处理和分析这些数据能研究全球海洋大地水准面和重力异常以及海面地形、海底构造等多方面的问题。; y2 V9 [- j" \6 x& v6 p
4、数字海图和海洋测绘数据库技术
$ z* m4 v1 p) ?数字海图和海洋测绘数据库是指存储在计算机可识别的某种介质上（光盘、磁盘等）的不可视的数字和图形数据，它也可根据需要处理成可视化的图像。, `7 o" N$ Z$ B6 i7 `
海洋测绘数据库技术主要包括海图数据库、水深数据库、海洋重力数据库、潮汐数据库、海洋数字地面模型（DEM）数据库及其他与海洋测绘有关的数据库。
4 H9 f7 u$ ^: g- f8 y' H5、海洋地理信息系统 (OGIS )
4 \( |1 X, @, z9 M- i! `海洋地理信息系统：以海洋空间数据及其属性为基础，存储海洋信息，记录物体之间的关系和演变过程，具有强大的显示和分析功能，为海洋环境规划、海洋资源的开发与使用、海战场环境建设提供决策支持、动态模拟、统计分析和预测等，为国家和地方政府、科学研究机构和经济实体等进行海洋工程建设、资源开发、抗灾防灾以及军事活动等的决策或管理时，需要迅速、准确、及时地获取海洋地理信息。
6 _9 P' u% O* Y 五、前景展望7 k: z, o& C3 \* [' Y
海洋测绘的发展方兴未艾 ,也面临着很多问题 ,这些问题均是因工程应用或全球海洋问题而产生的 ,因此 ,海洋测绘的发展除跟踪技术前沿外 ,还需考虑这些问题的发展和解决 ,真正实现技术的进步以及为全人类服务。 |
