【学术论文】遥感技术及其在海洋测绘领域中的应用 -海洋遥感的优势

作者：杨晓彬（汕头市海域使用动态监管中心，广东 汕头 515041）

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摘 要：遥感技术是随着航空摄影技术发展起来的新型空间探测技术，目前在海洋测绘领域中也取得了较为显著的应用效果。海洋遥感测绘技术的专业性比较强，需要做好深层次分析与探索，才能够保证这项技术发挥预期效果。该文先阐述海洋遥感测绘技术的基本原理和应用优势，接着结合海洋测绘领域的实践经验，立足于海洋滩涂、海洋环境监测、海洋要素观测、海洋活动监测、海洋动力监测和海洋灾害监测等多个方面，探讨遥感技术的具体应用内容，最后分析遥感技术在海洋测绘领域中的应用保障措施。

关键词：遥感技术；海洋测绘；技术应用；技术创新；海洋监测

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RECRUITMENT

遥感技术及其在海洋测绘领域中的应用

在时代发展过程中，海洋测绘工程的地位变得越来越高，同时整个行业领域也涌入了较多新技术。由于海洋测绘的工作范围比较大，并且测绘过程中也缺乏立足点，在很多时候都是使用无人机、无人船等工具协助测绘，或者直接使用遥感技术进行测绘。遥感技术应用到海洋测绘领域以后，可以显著提高海洋测绘工作的综合效率，并较好降低了海洋测绘的难度与成本，有效增强了测绘数据的精准度。通过使用高质量的遥感技术，可以获得更加全面的海洋测绘数据，给后续海洋资源的开发与保护提供较好的数据支撑。下面也以此为切入点，谈一谈遥感技术在海洋测绘领域中的具体应用。 + i2 d4 h$ Z4 \: |6 j

1、国外无人船集群相关军事演习

1.1 技术原理

遥感技术是指使用无人机等空中载体，布设相应的遥感设备，通过电磁波信息开展一系列探测工作。遥感技术在具体应用中，分为信息采集、信息处理和信息整合等多个环节，可以提供全面完善的信息内容，给环境工作带来较好的支撑。在海洋测绘领域中，遥感技术可以分为 2大类，即使用光电为信息载体和使用声波为信息载体。前者在测绘领域比较常见，主要是通过发射激光等方式获取海洋测绘信息，完成相应的测绘工作，在陆地测绘等事务中也可以取得较好的使用效果。后者则是使用声学遥感技术获取测绘信息，通常仅用于海洋测绘领域，比如海底地形测量、海洋动力现象观测和海底地形剖面测量等。 $ P7 m" g/ W6 Y2 m

1.2 技术特点

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海洋遥感测绘技术具有多个方面的特点，使得这项技术相较于其他技术来说具有较多不同。

第一，海洋遥感技术可以较好地反映地物变化。这是因为遥感探测能够对同一片区域进行周期重复观测，在提取遥感测绘数据的同时，也能够展示阶段性的动态变化情况。这也给海洋遥感技术应用于海洋天气、自然灾害、军事目标观测等多项事务，带来了较好的支撑。第二，海洋遥感技术可以获得综合性的数据信息。海洋遥感测绘活动获得的数据信息基本上都为同一时间段的大范围数据，数据种类与数量比较多，可以综合展现测量范围内地物关系和人文现象，明确各个事物之间的关联。这种综合性的数据信息可以较好提高海洋测绘的质量，拓展海洋测绘的应用范围。 $ d: O) ?: M3 F$ U

1.3 技术优势

海洋遥感测绘技术也具有较为显著的优势，这里也从几个方面入手进行综合阐述。第一，测绘覆盖面大。海洋遥感测绘技术在使用过程中可以同时覆盖很大范围的测绘面。比如使用航天飞机进行遥感测绘时，飞机飞行高度达到了 10 km，可以辐射较多的海洋区域。而使用陆地卫星时，卫星轨道高度达到了 910 km，这也使得陆地卫星遥感测绘覆盖范围超过了 3 万 km2。第二，信息获取速度比较快。海洋遥感测绘技术可在短时间内获得大量的遥感信息，并且能够结合不同测绘任务，选择相应的设备与波段完成信息采集工作。这种高效的信息获取方式使得海洋遥感测绘技术具有较为突出的应用成效，充分保证了测绘工作的开展质量。第三，动态分析能力较强。海洋遥感测绘技术在实践应用过程中，还能够通过对原本资料的对比分析，实现动态监测，这也是其他很多测绘手段无法实现的。

1.4 应用现状

在二十世纪六十年代，遥感技术开始在陆地信息收集与测量工作中发挥作用。在七十年代时，随着激光技术、多光谱扫描、摄影技术等多项技术的创新更迭发展，遥感技术开始进入海洋测绘领域，使得海洋遥感测深技术有了更好的发展。目前海洋遥感测绘技术主要可以分为主动遥感测深、被动遥感测深和主动被动相结合的遥感测深。其中，主动遥感测深依托于激光技术，计算激光到达海面与到达海底的时间，测量海水的深度，并完成水下环境测绘等工作。而被动遥感测深则使用多光谱扫描等技术扫描水下断面影像。主动被动相结合的遥感测深技术使用了脉冲激光器等设备，不仅可以测定水深数值，同时也能够获得不同深度的影像图形，获得更加详尽的海底地形资料。目前这三类技术在海洋测绘领域中都已经取得了较好的应用效果，同时在未来时间里也具有较为广阔的发展前景。

2、国外无人船集群相关军事演习

遥感技术在海洋测绘领域中已经取得了较为显著的应用效果，可以用于多项海上业务，对我国海上事业的发展产生了较为显著的推动作用。这里也结合海洋遥感测绘技术的具体内容，结合多项海洋测绘工作展开深入全面的分析，探索遥感技术在海洋测绘实践活动中的有效应用方式。 % c/ a6 c$ V2 u* O. x; r4 N# f

2.1 海洋滩涂

我国海岸线是比较长的，很多沿海地区的地形情况比较复杂，无法进行控制点的测量，使用传统航拍方式很难完成测绘工作。与此同时，沿海浅滩的水位比较浅，不具备船只航行条件，导致很多海洋测绘技术都无法得到较好应用。在这种情况下，使用主动式遥感技术就可以取得较好的测绘效果。主动式遥感技术使用了激光测绘的原理，能够在薄雾、夜间等多种天气条件下完成测绘作业，同时也能够根据海洋潮汐情况选择航测时间。特别是在无地面基站的情况下，可以较好满足大部分沿海地区浅海测量的相关要求，同时测绘精度也有所保证。特别是在海岸线、堤坝的动态变化监测活动中，主动式遥感技术可以发挥较好的作用，在保证动态数据分析成果的同时，也能够提供高精度的数字高程模型（DEM）断面数据，给浅海地区海洋测绘工作提供较好的基础支撑。 " i( [. b" d9 i: ^2 y3 \& ^% ^5 a

2.2 海洋环境监测

在海洋测绘领域中，海洋环境监测也是一项重要工作，可以掌握海洋环境的变化情况，具体有大洋环流、海洋表层流场、近岸工程、海冰、浅滩地形、海洋气象、海洋动力和海洋污染等。在这些海洋环境监测项目中，遥感技术都可以发挥较好的作用，同时也成为了海洋环境监测与海洋带监测中的有效手段之一。在海洋环境遥感监测中，通常都要使用到遥感飞机。卫星遥感虽然具有全球性、连续性、大持续等多种优势，但是在周期短和尺度小的海洋环境监测中无法取得较好效果。而航空飞机则可以较好规避上述劣势，在海洋污染监测、海洋减灾等多种领域都可以发挥较好作用。在具体进行海洋环境监测的时候，需要保证遥感设备的精准度，这是因为海洋作为时刻运动的水体，导致很多环境要素都是瞬息万变的，使得海洋遥感活动具有显著的时域特性。因此在海洋环境遥感测绘时，需要相关人员保证遥感测绘的动态性，才能够充分提高海洋环境监测的质量。 2 g, W! y. l' i6 z$ e

2.3 海洋要素观测

海洋要素观测也是海洋测绘领域的重要工作，可以明确海洋要素的变化情况。在具体使用遥感技术时，结合需要观测的海洋要素选择合适的传感器，通过远程感应探索的方式，可以获得相对完整的海洋要素数据。接着通过对这些数据的深层次处理，再使用高质量的人机交互方式，就能够使用图表直观呈现这些信息。海洋本身就会朝着四周辐射电磁波，根据这个原理就可以引入一些特定的传感器，配合空中载体，接受这些电磁波信号。接着使用特定软件对这些数据进行加工处理，得到高质量的海洋图像与数据资料。海洋要素观测的内容比较多，测绘人员需要明确不同海洋要素所对应的测绘工具与方式，同时还要使用一些高精度的测绘设备。与此同时，测绘人员还要充分保证传感器设备的智能化水平，能够自动处理多种海洋元素数据，充分保证海洋要素的丰富性与整体质量。 7 O. K/ p2 U6 m& C

2.4 海洋活动监测

海洋是国家或地区开展经济与军事活动的重要场所，而在这类活动进行过程中需要对海洋现场数据进行有效、全面的记录。遥感技术在海洋活动监测中具有探测面积大、探测距离远及全天候探测等优点，目前已经取得了较好的应用效果。特别是基于高频低波雷达的遥感技术，可以在海洋经济活跃的区域发挥较好作用。但是在海洋活动监测过程中，需要监测人员结合具体的监测内容，针对性使用差异化设备与技术。比如在海洋重力场、海洋大地水准面等监测过程中，可以考虑使用卫星高度计获取相应资料。在海底地形、海底内波等监测过程中，可以考虑使用合成孔径雷达获取相应资料。在构建海洋风场分析模型时，则需要使用光学和微波遥感信息配合多源信息复合技术获取相应资料。 . l1 Z1 R' w; C4 k* ?5 x' e" W7 S

2.5 海洋动力监测

海洋动力主要是指潮流、风力和波浪等元素，综合展现了海洋环境中的各种力。通过遥感技术可以较好捕捉海洋动力信息，给各类海洋活动提供较好的数据支持。比如在监测海洋风场变化时，使用遥感技术可以获得海平面 20 nm 位置的海面风变化情况，这些数据可以给台风预报和波浪预报等活动提供较好的参考。除此之外，在海浪监测过程中，可以使用合成孔径雷达对波浪方向谱进行反演，或者使用对应的动力模式进行表面波长问题的处理。总体来看，由于海洋中的洋流会受到风力、引潮力多种因素的影响，测绘活动通常都需要使用雷达高度计等设备，必要时也可以借助于卫星定位装置和海流浮标工具，提供更高质量的观测数据。 2 }/ |* c3 d3 h: X+ K4 s: N

2.6 海洋灾害监测

使用遥感技术可以获得海洋环境中的多种信息，在对这些信息进行综合处理以后，就能够形成针对于海洋灾害的完备监测体系，给后续进行海洋灾害处理提供较好的参考与指引。目前遥感技术已经在这个领域取得了较为显著的应用效果，显著提高了海洋灾害的处理效率。在实践应用中，这类技术可以分为 5 大类。 ; {" N. C6 Y2 B) `

第一，海浪遥感监测。即通过微波波段对海洋表面的波动情况进行实时观测，在发现较大风浪和涌浪时发出预警，给航运、港口等多个领域提供较好的支撑，避免海浪带来不可挽回的损失。

第二，赤潮遥感监测。赤潮是指在特定海洋环境中，部分浮游植物或细菌呈现爆发式增长，并在海域中高度聚集引发水体变色的生态灾害。这类灾害会给海洋渔业、旅游业等多个产业的发展带来直接打击。鉴于赤潮水体的光谱特征和水温特性，可以使用卫星遥感技术获取大范围海面的赤潮灾害信息。比如我国使用 GF-1 卫星数据配合遥感技术，发现了广东阳江市南部海湾的赤潮灾害。

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第三，绿潮遥感监测。绿潮跟赤潮比较类似，主要是指特定海洋环境中大型绿藻的爆发性增长并集中聚集的现象。目前我国海域绿潮灾害的主要藻类就是浒苔。绿藻本身无害，并且繁殖过程中还能够起到水质清洁的作用，但是绿藻在近海死亡后会腐烂发臭，影响海水水质。针对于绿潮灾害的遥感监测跟赤潮类似，主要通过卫星光学遥感技术就可以取得较好效果。

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第四，海冰遥感监测。海冰是指气温降低导致海面结冰的灾害现象，同时也包括河冰、湖冰等。海冰灾害会导致航运中断等多种问题，给沿海地区的生产活动带来较大影响，同时还会造成人员伤亡。通过卫星遥感技术可以快速观测海水结冰情况，同时也可以在较长时间内连续观测，在发现海冰灾害时及时预警，给海上安全生产与海上交通提供相应信息。

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第五，溢油遥感监测。溢油是指石油开发全过程中由于意外事故、操作失误等因素造成原油泄漏，在海面上形成油膜的灾害。通过使用卫星遥感技术，可以尽快获取大范围的溢油信息，跟踪油污的扩散方向，制定最合适的油污清除方案。与此同时，卫星遥感技术在应用过程中，可以结合实时信息引导船只进行执法监察，提高了溢油灾害处理的灵活性。

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3、遥感技术在海洋测绘领域中的应用保障措施

遥感技术在海洋测绘领域中可以取得较好的效果，但是大部分遥感技术都是比较专业的，在具体应用时需要关注多个方面的细节内容。这里也结合海洋遥感测绘技术的实践应用经验，从多个角度探索充分发挥海洋遥感测绘技术的有效措施，提高海洋测绘工作的质量。 , L: {: u! o, ~8 T8 c/ m

3.1 建立完善技术应用方案

测绘单位在使用海洋遥感测绘技术时，应该构建完善的技术应用方案，保证海洋测绘活动可以顺利进行。这也要求测绘团队可以结合测绘任务进行全面分析，并做好测绘区域的详尽调查，设计多个测绘技术应用方案。接着测绘团队立足于经济、技术及工期等多个角度进行方案评价，选出最合适的技术方案。在形成最佳方案以后，测绘单位的技术人员还要做好技术交底工作，保证测绘人员可以充分了解测绘技术方案的各项内容，并且在发生争议问题时提前进行处理，保证测绘技术方案的质量水平。

3.2 积极进行技术细节管控

海洋遥感测绘技术是比较复杂的，在具体应用过程中也应该做好细节管控工作。这也要求测绘单位可以结合技术应用内容，完成各项技术流程的质量管控。在海洋遥感测绘过程中，测绘单位也要做好全过程动态管控工作，明确每一个测绘人员的岗位工作情况，以及测绘数据的误差处理内容，保证各个环节的测绘活动都可以满足相应的质量要求标准。在遥感测绘完成以后，测绘单位还应该深入测定测绘结果的精度情况，保证遥感测绘技术可以取得预期效果。 8 G$ J3 d# o2 @; F9 U' s& e: @6 a

3.3 做好突发事件管理工作

海洋测绘工作进行过程中可能会发生一些突发情况，导致遥感技术方案很难正常实施，同时也有可能带来一些不必要的损失。因此测绘单位在应用海洋遥感技术时，也应该对可能发生的突发事件进行深入分析，并建立对应的应急预案体系。在突发事件发生以后，测绘单位可以结合应急预案体系快速介入其中，将突发事件的影响降到最低。 . P7 v/ s2 w5 D8 B8 U

3.4 全面推动技术创新更迭

在当前海洋测绘行业领域发展过程中，遥感技术处于高速发展与快速更新的阶段。因此各个测绘单位也要全面推动技术创新更迭工作，提高自身技术的先进性。这也要求测绘单位在平时应该积极关注海洋遥感测绘技术领域的发展动态，明确各类前沿技术的研发情况与应用效果，结合自身资源情况有针对性地引入一些先进技术。除此之外，测绘单位也要切实提高自身的技术研发能力，积极推动海洋遥感技术的创新拓展，使得各项新技术可以得到更加全面的应用。

4、结束语

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综合来看，遥感技术能够在海洋测绘领域发挥较好作用，能够获得高质量的海洋测绘数据，给多种海上事务提供相应的资料支持。对于测绘单位来说，也应该充分明确海洋遥感测绘技术的要点，并制定相对完善的技术应用方案，细化技术后续应用的各项制度内容，保证测绘活动可以顺利进行。除此之外，测绘单位还要积极推动海洋遥感测绘技术的创新拓展，加强这类技术的创新研发力度，并提高内部员工对于创新技术的掌握水平。这样以来，海洋遥感测绘技术就可以取得更好的成效，推动海洋测绘行业实现高质量发展。

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