海洋工程测量特点分析 -海洋工程测量特点分析报告

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一、引言

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《海洋测绘》是由海军海洋测绘研究所主办的学术刊物，创刊于1981年，已连续11年被评为“中国科技核心期刊”，是全国海洋测绘领域唯一核心期刊。曾荣获“全国优秀测绘期刊”、“海军优秀期刊”和“全军印刷优质产品优秀期刊奖”等称号，被中国学术期刊综合评价数据库、中国核心期刊数据库、中国科学引文数据库、中文期刊数据库、俄罗斯《文摘杂志》、日本《日本科学技术振兴机构数据库》、美国《艾博思科数据库》和《乌利希期刊指南》等国内外多个重要数据库收录，并于2020年入选全国地理资源领域高质量科技期刊分级目录和世界期刊影响力指数期刊目录。

《海洋测绘》的办刊宗旨是：反映我国海洋测绘学术技术研究成果和国内外海洋测绘动态，提供学科科技信息传播与交流，促进本领域科学技术发展与研究成果推广应用，为广大测绘工作者、读者和作者服务。本刊的突出特色是以报道海洋测绘专业领域为主，涉及与海洋测绘发展相关的测绘学基本理论与技术，以及海洋测绘仪器、海洋地质地貌、海洋水文、航海导航、地理信息数据库等。

2019年《海洋测绘》全年出版期刊6期，共发表论文111篇，其中，各类基金项目支持论文70篇，基金论文比为0.63；高级职称和博士研究生作者的论文55篇，约占50%。所刊论文重点围绕潮位测量、海洋测绘垂直基准、海洋测量与导航定位、海岸地形与海岛礁测量、海底地形测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋导航定位、海图制图、海洋测绘仪器等以及海洋环境调查等科技领域的最新理论和方法展开研究探讨，促进了海洋测绘各专业方向的交流融合和创新发展。

二、潮位测量和垂直基准

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水位改正是海道测量中将时变瞬时水深转变为稳定图载水深的重要环节，其目的是消除瞬时水深中潮位的影响。《时差法水位改正的精度评估方法研究》一文为实现时差法水位改正结果的精度评估，根据协方差传播律，推导了时差法水位改正的误差方程，讨论了评估潮时差确定精度的方法，并通过数据试验对结果进行了验证。

结果表明，最小二乘拟合法比相关系数法更能满足时差法水位改正精度评估对潮时差的要求；根据《海道测量规范》要求，试验海域潮时差中误差的限差为6.2 min，验潮站网潮时差闭合差中误差的限差为1.0 min，水位改正方差反映出了水位改正结果的合理性，可用以评估水位改正精度。

深度基准面的确定是进行海洋测量的基础，准确确定深度基准面是编绘航海图的有效前提。为了解决深度基准面无法实时确定和不能合理衔接的问题，《利用半参数模型估计确定验潮组网的深度基准面》一文提出了一种将CORS站技术与验潮站组网技术进行结合的传递深度基准面的新方法，确定短期验潮站的深度基准面，实现长、短期验潮站同步验潮，减少了验潮测量的人力投入，计算潮差比时考虑了系统误差的影响，计算短期验潮站时考虑了观测误差对深度基准面传递的影响。《一种建立局域无缝海图深度基准面的方法》一文根据海洋测绘中垂直基准构建的需求，提出了一种基于主成分-逐步回归分析的建立局域无缝海图深度基准面的方法，利用中国某海区多个验潮站深度基准面值及分潮调和常数振幅，建立了该海区局域无缝深度基准面值回归方程，该方法所建立的局域海区无缝海图深度基准面值能够达到厘米级精度，可为海图深度基准面体系的重新构建提供技术支持。

三、海洋导航定位

由于GNSS朝着多模多频快速发展，GNSS精密定位理论和方法也不断演进，联合多模多频、高精度和高可靠的绝对定位技术成为未来精密定位的发展趋势。《GPS/GLONASS组合实时动态精密单点定位》一文针对传统模式下，单系统实时动态精密单点定位精度不高、受环境影响严重等缺点，研究了双系统实时动态精密单点定位的方法，基于非差无电离层组合载波和伪距观测量，依据拓展Kalman滤波进行参数估计，从多种情况进行了实时动态PPP的实验，证明双系统定位较单系统有明显改善，能够满足海上实时动态的厘米至分米级的定位需求。

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为了解决水下航行器惯性导航误差随时间积累问题，《基于非线性滤波的水下地形辅助导航方法》一文利用地形辅助导航技术进行导航位置修正，从提高量测地形信息量角度，建立了基于多波束测深声纳的量测模型，有效克服了小起伏地形区域导航精度低、易发散问题，提高了导航精度。《抗差Helmert方差分量估计在水下声学定位中的应用》一文针对水下声学定位观测数据中存在的粗差，随机模型解算广泛地采用等权模型，模型实现简单，与实际不符，且不能抑制粗差影响的问题，提出一种基于IGG3方案的抗差Helmert方差分量估计方法，利用水深和观测距离将观测值分为两类，通过Helmert方差分量估计确定不同类观测值的权比，解决了粗差导致Helmert方差分量估计模型失效的问题，削弱粗差影响，提高水下定位精度和可靠性。

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合理的观测值权阵能提高BDS、GPS及其组合系统伪距单点定位的精度，《BDS/GPS组合系统在不同随机模型下的精度分析》一文对比分析了各系统在实测数据和模拟观测条件下等权模型、高度角模型、Helmert方差分量模型3种随机模型的定位精度，在模拟观测条件下，BDS/GPS组合系统精度最高，BDS系统次之，基于Helmert方差分量模型的精度最优，高度角模型次之；在正常观测条件下，BDS系统平面精度高于GPS系统，但高程精度低于GPS系统，其余结论与模拟条件下结果一致。可在提高BDS、GPS及其组合系统伪距单点定位精度方法中起参考作用。

四、海岸带与海岛礁地形测量

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随着高分辨率遥感影像的普及，海岸线提取方法也在不断发展，海岸线提取的必要前提是水边线的提取。《基于ZY-3遥感影像的不同地貌水边线提取方法》一文利用2017年ZY-3卫星数据，基于不同海岸地貌特征为划分依据，运用阈值分割法、神经元网络分类法和面向对象法对多光谱数据的人工海岸、砂质海岸、淤泥质海岸和红树林海岸进行水边线提取，通过目视解译提取融合图像的海岸线为基线，将提取的水边线与基线进行定性、定量分析，该研究对于不同岸线的提取具有重要的借鉴和指导意义。而海岸线作为海洋与陆地区域的基准界线，实现其位置的自动提取具有重要意义。《海岸线自动提取方法研究》一文以无人机航摄影像构建的DOM、DEM产品为基础，结合拍摄影像时的“历元”信息，实现瞬时水边线“四维”数据获取，引入“差分”思想，利用精密潮汐模型计算得出瞬时水边线与平均大潮高潮线的高差，综合二者数据最终得到海岸线在DEM模型中的高程值并自动提取，该方法可以有效减弱模型自身的误差、避免潮汐模型和DEM模型基准不统一等问题，海岸线提取数据准确、完整且成果唯一，满足海洋测绘要求。

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《基于重叠正射影像的浅水水深测量方法》一文在立体影像双介质测量水深和多光谱影像反演水深的研究基础上，提出将两者集成的途径。在重叠正射影像的有纹理水域采用折射法获取水深值，将折射法获取的水深值作为多光谱反演模型的参考值，获取反演模型参数，将反演模型应用到无纹理水域，集成折射法和反演法的水深值，从而获取浅水区域的水下地形，为测绘水下地形提供了一种新途径。《滩涂机载LiDAR点云数据滤波方法研究》一文通过分析常用滤波算法基本原理、滩涂机载LiDAR点云数据的特点，提出了一种基于潮汐水位高程约束，移动窗口滤波与三角网渐进加密滤波组合的滤波方法，为快速获取滩涂区域数字高程模型提供了有效途径。

《水深源数据质量对海岛礁DEM精度影响的定量分析》一文面向海岛礁DEM构建的精度需求，定量分析了水深源数据质量对海岛礁DEM精度的影响规律，梳理了海岛礁DEM构建的基本过程，分析了海岛礁DEM精度的影响因素，在此基础上，以目前普遍执行的有关水深测量的国内外行业规范为依据，统计分析水深源数据的精度、密度等因素对海岛礁DEM精度的影响规律，为后续海岛礁DEM构建提供可靠的质量保证。

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五、海底地形地貌测量

多波束测深目前已成为海道测量的主要方式，实现了海底地形的全覆盖测量。《奇偶交叉样本检核在测深数据模型构建中的应用》一文根据多波束测深数据采集的特点，提出单个扇区测深数据奇偶交叉样本检核的方法，并利用选取的训练样本对测深数据模型进行构建，通过测试样本的交叉检核及调整核参数得到精确的模型，该方法选取的训练样本保证了海底地形变化的整体趋势，构建的模型可利用测试样本得到充分交叉验证。《多波束水深测量马修斯法辅助声速剖面改正》一文利用马修斯法的参数，在该方法基础上推导出新的改正公式，并将之运用在多波束水深测量中的声速剖面重构，运用该方法可以得到效果更好的海底三维图，提高多波束水深测量精度和作业效率。《基于自适应卡尔曼滤波的多波束数据改正方法》一文针对多波束测深数据质量受声速误差等因素影响较大问题，首先以相邻条带的中央波束数据构建海底地形大致走向的趋势线作为先验信息，结合观测值与检查线测深值，得到观测值和先验信息的偏差，再利用卡尔曼滤波对观测值进行改正并对方法进行分析，最后利用自适应卡尔曼滤波对多波束测深数据进行优化，解决海底测量先验信息获取的问题。

当前包括内河、水库及海域在内的水上、水下地形测量任务需求不断增加，进行水域或海洋测绘领域研究已提升到新的国家战略性高度。《机载激光雷达测深技术研究与进展》一文首先介绍了当前机载激光雷达水深测量的基本原理，概括总结了激光测深中的波形处理、波浪潮汐改正、折射改正、航带拼接与数据融合等关键技术，对测深的精度及误差影响进行了分析，最后结合当前技术的发展及新技术的出现，对未来机载激光雷达测深技术的发展进行了展望。而《机载激光测深作业的关键技术问题》一文简要介绍了机载激光测深的发展历程、国际上代表性产品及其性能指标，归纳了机载激光测深的主要技术特点和适用环境，结合参加的机载激光测深试验，研究解决了飞行作业过程中天线安装位置选择与信号质量测试、标校场选址与标校测线布设施测、气象条件选择、测线设计、孤立岛礁深度基准传递等影响数据质量的关键技术问题，为制定《机载激光测深作业规范》奠定了基础。

反演技术是一种非直接测量来获得海底地形地貌信息的方式。《重力信息反演海底地形的非线性影响研究分析》一文基于Parker理论导纳函数模型，分析了频域海底地形非线性项对重力异常与重力异常垂直梯度贡献的量级，研究结果对于提高利用重力异常和重力异常垂直梯度反演高精度海底地形具有应用价值。《基于频域法的留尼汪海域海底地形反演》一文基于Parker公式，利用卫星测高重力异常和船测水深数据，采用频域的方法反演了MH370失事区域的留尼汪附近海域的海底地形，并进行相应的精度评估，表明采用频域法能够以较高的精度恢复海底地形信息。

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六、海洋重磁测量

海洋重力测量是海洋测量的组成部分，海洋重力测量有海底重力测量、海面船载重力测量、海洋航空重力测量、卫星海洋重力测量四种方法。随着重力测量逐渐向空间基准测量等领域发展，使得对海洋重力测量数据精度的要求越来越高。《ZL11-1A型重力仪厄特弗斯政正方法讨论》在对国产ZL11-1A型海洋重力仪采集的实测数据进行预处理时，分别采用实测航向、航速和航迹拟合后重算的航向、航速两组数据计算厄特弗斯改正值，比较两组数据的计算结果，发现由航迹拟合后重算的航向、航速数据计算的效果更好，同时对实测航向、航速进行适当滤波后，再按照经典公式计算厄特弗斯改正值也可取得相当的效果，由此为相关技术人员进行ZL11-1A型海洋重力仪数据预处理工作提供一些依据。《基于DEM重力地形改正方法比较研究》为了比较研究直立长方体(Prism)模型、Tesseroid单元体模型、质量线模型和质量点模型等4种基于DEM重力地形改正模型的精度。通过模型分析、精度对比和数据试验等手段，基于计算距离、地形高度和DEM分辨率等因素对模型精度的影响进行了对比和研究。结果表明：距离越近，模型间相对误差越大，极近区应优先选用Prism模型；模型间相对误差随距离衰减情况受地形高度和DEM分辨率等多种因素影响；地形起伏越大，对模型的精度要求越高；DEM分辨率越高，模型精度越好；质量线模型的验算精度不及质量点模型。

海洋磁力测量技术是认识和开发海洋的重要手段，海洋磁场信息是海战场环境信息建设的重要组成部分，也是地球物理场和海洋地质科学研究的主要内容之一。《海洋磁力测量技术应用及发展现状》一文总结了海洋磁力测量技术在军事斗争和海洋工程中的应用现状，对海洋磁力测量传感器技术、要素信息、测量平台、测量成果等相关技术发展现状进行分析，结合当前技术发展现状和军民应用需求，对海洋磁力测量技术发展趋势进行了展望。

《基于AUV的海洋磁力测量技术现状及误差来源分析》一文介绍了国内外基于AUV的海洋磁力测量研究现状，针对国内AUV及海洋磁力仪研究相对滞后的情况，研究了AUV拖曳式海洋磁力测量的噪声检测、位置归算等技术，并与船测数据对比，重点分析了Iver2型AUV拖曳式磁力测量误差来源，为我国开展AUV海洋磁力测量技术研究提供参考。由于日变改正和船磁方位改正是影响海洋磁测数据精度的主要因素，而船磁改正又会受日变改正精度的影响，因此日变改正对于海洋磁力数据精度而言至关重要，《海洋日变数据影响因素分析》一文研究海洋日变数据与陆地日变数据之间的关系，确定海洋日变数据的可靠性，通过计算海洋日变数据随纬度和水深的变化率，并结合变化趋势、日均值等方面对数据进行分析，以期探索海洋日变与纬度、水深之间的关系，为海洋磁力测量日变改正奠定基础，从而提高海洋磁测数据精度。

局部海洋地磁场模型可以为水下地磁匹配导航与磁性目标探测等工作提供高精度的海域地磁背景场数据，《基于PSQ-LSSVM的局部海洋三维地磁场建模方法》一文针对目前区域地磁场模型构建方法中未考虑到高度或深度变化的影响，截断阶数难以确定及存在边界效应等问题，根据海洋磁力测量的特点，顾及磁测点高度数据，引入粒子群优化的最小二乘支持向量机法(PSO-LSSVM)构建局部海洋三维地磁场模型，结果表明，无论是在地磁变化平缓区还是复杂区，PSO-LSSVM法的建模精度均是最高的。

七、海图制图与地理信息工程

随着数字地图技术的普及、GIS应用的日益广泛，地图投影的重要性逐渐凸现出来，在地图投影变换过程中，《等角纬度与子午线弧长变换的直接表达式》《等面积纬度和等量纬度间的直接变换》借助具有强大符号运算功能的计算机代数系统Mathematica，分别推导出了等角纬度和子午线弧长之间变换的直接表达式与等面积纬度和等量纬度之间变换的直接表达式，并进一步将表达式改进为适合电算的形式，进一步简化了公式形式，提高了计算效率，对解决不同参考椭球下的等角方位投影与等距离圆柱或圆锥投影正解变换问题、等面积方位投影与等角圆柱或圆锥投影正解变换问题具有重要的应用价值。《绝对精度阈值约束的大地线内插算法》一文针对现有的大地线内插算法存在无法脱离海图载体的地图投影性质及其比例尺大小的限制，最大插值间隔需人为给定，以及算法结果的精度无法自适应调整的问题，提出一组绝对精度阈值约束的大地线内插算法，根据地球曲率解算出由空间直线替代大地线所对应的地球椭球面上的长度，并以此作为最大插值间隔，利用经典算例对算法的正确性和结果精度进行了实验验证，该算法不仅可以根据绝对精度阈值自适应地调整最大插值间隔，还提高了结果的绝对精度，对大地线的距离具有广泛适用性。

线要素化简在制图表达与综合领域一直是研究的热点和难点之一，《基于滚动圆模型的线要素综合方法》一文针对当前滚动圆模型大多采用双向缓冲区模型进行构建，提出一种基于滚动圆模型的线要素综合方法，从滚动圆的定义出发，分析了利用滚动圆模型综合曲线时遇到的几种基本情形，并对滚动圆运动过程中出现特殊情况进行了分析处理，从海图线要素保证航行安全的角度，实现对线要素的自动综合。《航海通告自动获取系统的设计与实现》一文基于对国内外网站特点、网页结构及网络爬虫技术、数据库技术的研究，提出了自动获取航海通告网页数据的总体方案，通过研发应用系统，实现了通告爬取、数据整理、数据库管理等主要功能，利用该系统获取的航海通告数据具有准确性、完整性、实时性和高效性，将为海图一体化生产体系提供更高质量的基础数据源支持。

海洋环境信息是“认知海洋”、“透明海洋”、“智慧海洋”基础，《基于Hadoop的海洋环境信息分布式架构设计》一文从分散海洋环境信息海量数据采集、异构海洋环境信息的高效数据存储、基于节点动态性能的海量海洋环境信息数据处理与分析任务分配、基于人工智能的定向功能的辅助决策等四个方面，探讨了基于Hadoop技术的海洋环境信息分布式架构设计方法，实现将海量、多源、异构、多时空、动态的海洋环境信息进行高效、高质、及时、快速的采集、传输、存储、处理、分析及智能化应用，以全面提升海洋环境自主信息感知获取、融合处理和应急保障能力。《海洋环境数据三维可视化系统设计与实现》一文针对目前海洋环境数据可视化技术存在的问题，结合海洋环境要素特点和我国对海洋环境信息化建设的实际需求，设计并开发了海洋环境数据三维可视化系统，重点从海洋环境数据组织和管理、海洋环境数据可视化表达、海洋环境数据查询分析、三维场景交互与视图控制四个方面入手，实现海洋多源信息的集成与可视化共享，为智慧海洋管理提供深入的信息集成、分析与可视化服务。

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八、海洋调查

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罗斯海是南太平洋进入南极大陆的大海湾之一，也是船舶航行所能到达的最南部海域之一。《南极罗斯海域AUV海洋调查试验》一文分析了AUV在南极罗斯海海洋调查试验，利用AUV调查数据分析了试验海域的温度、盐度、溶解氧、水质浊度等要素特征，具有一定的科学意义，也为未来极地科学考察提供一种新的调查方式启示。《基于南极科考数据的ADCP深度订正实验》一文针对声学多普勒流速剖面仪由于其结构、原理及观测环境等因素，其流速观测结果与海水实际深度的匹配存在较大偏差的问题，采用第31次南极科考实测ADCP及XCTD数据，通过计算实际声速，对ADCP层深计算公式进行了订正实验，以提高流速和流向观测资料与实际水深的匹配度。

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为探索南海某区域海洋环境噪声谱级与风场的相关特性，《南海某海域海洋环境噪声谱级风关特性分析》一文结合潜标海洋环境噪声数据及对应海域的海面风场再分析数据，计算各频段噪声级与风速相关系数及线性拟合函数，对海洋环境噪声的时频特性以及风关性进行了分析，最后通过回归分析方法定量研究海洋环境噪声谱级与对数风速之间的线性函数关系。

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九、结束语

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2019年，《海洋测绘》围绕潮位测量和海洋测绘垂直基准建立、海底地形测量、海岸地形测量、海洋重磁测量、海洋测量定位、海图制图以及海洋环境调查等方向出版了一大批优秀学术论文成果，并入选全国地理资源领域高质量科技期刊分级目录。未来，《海洋测绘》编辑部将更加努力的提高服务质量、提升专题组织策划能力、加强论文质量把控、加大优秀论文宣传力度，以更好的服务海洋测绘科技交流与发展，一点一滴地把《海洋测绘》打造成为海洋领域的旗舰级中文期刊与世界期刊影响力指数期刊。

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【作者简介】文/张瑞瑞 申家双王克平葛忠孝许佳丽，均来自海军研究院；第一作者张瑞瑞，1987年出生，女，甘肃天水人，助理编辑，硕士，主要从事海洋环境相关学科技术发展动态的跟踪研究；文章来自《海洋测绘》（2020年第6期），参考文献略，用于学习与交流，版权归作者及出版社共同拥有。

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