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我國海洋測繪技術的新進展

發(fā)布日期： 2015-08-03 發(fā)布：  

  2015年17期目錄       本期共收錄文章20篇

　　【摘要】本文分析了海洋測繪技術的概念、學科體系建設以及測繪技術新進展，希望能夠對讀者提供一些借鑒和參考。
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　　【關鍵詞】海洋測繪；簡介；學科體系；新進展
　　一、前言
　　海洋測繪技術在國防和經(jīng)濟建設中意義重大，隨著信息技術的發(fā)展，海洋測繪技術也不斷進步，在海洋事業(yè)中發(fā)揮重大作用。
　　二、海洋測繪簡介
　　海洋測繪是指測量海洋底部的地球物理場的性質及其變化特征，繪制成不同比例尺的海圖和專題海圖，是對海洋水體和海底為對象所進行的測量和海圖編制工作。主要包括海道測量、海洋大地測量、海底地形測量、海洋專題測量，以及航海圖、海底地形圖、各種海洋專題圖和海洋圖集等的編制。
　　海洋測繪的方法主要包括海洋地震測量、海洋重力測量、海洋磁力測量、海底熱流測量、海洋電法測量和海洋放射性測量。因海洋水體存在，須用海洋調(diào)查船和專門的測量儀器進行快速的連續(xù)觀測，一船多用，綜合考察�；緶y量方式包括：
　　1、路線測量。即剖面測量。了解海區(qū)的地質構造和地球物理場基本特征。
　　2、面積測量。按任務定的成圖比例尺，布置一定距離的測線網(wǎng)。比例尺越大，測網(wǎng)密度愈密。在海洋調(diào)查中，廣泛采用無線電定位系統(tǒng)和GPS技術。
　　三、海洋測繪的學科體系
　　1、海洋測繪的學科概念
　　海洋測繪是由測繪學、航海學、海洋學、水聲工程、計算機原理、圖形圖像學、信息學等構成的一門交叉學科，是按照人類海洋認知和海上活動的需求，研究海洋及毗鄰陸地的自然和人文等地理現(xiàn)象的抽象、控制、獲取、描述、服務的一門科學和技術。早期的海洋測繪學科，只有海道測量和海圖制圖兩個分支。20世紀初，聲學測量設備的問世標志著海洋測繪進入了電子化、專業(yè)化時代，隨后出現(xiàn)了航海圖測繪、港口管理和工程測繪、內(nèi)陸水域測繪、近海工業(yè)測繪、近海地震測繪和軍事海道測繪等多個學科方向。近年來，隨著衛(wèi)星、通信、計算機、數(shù)據(jù)處理等科學技術的發(fā)展與應用，海洋測繪領域迎來了一場數(shù)字化、信息化的新變革，現(xiàn)代海洋測繪已涵蓋海道測量、海洋大地測量、海底地形測量、海洋（重力、磁力、底質等）專題測量、海圖編制、海洋地理信息系統(tǒng)等多個方向，多元、高精度和數(shù)字化的測繪信息已廣泛應用于國防建設、國民經(jīng)濟建設和科學研究的各個方面。
　　2、海洋測繪的學科意義
　　海洋測繪是海洋測量和海圖繪制的總稱，即以海洋及毗鄰陸地區(qū)域的自然現(xiàn)象、人文現(xiàn)象等作為研究對象，通過抽象、控制、觀測、管理、加工和服務等技術手段和方法，形成海圖等紙質或數(shù)字產(chǎn)品，從而全面表達海洋地理空間要素及其相關的人文要素，，服務于人類認知海洋及海上活動的需要。海洋測繪學科主要有科學性和應用性兩大任務，通過物理海洋測量和幾何海洋測量等技術手段，獲取海洋及其鄰近陸地、江河湖泊等的基礎地理信息，以及重力、磁力、海底地形、海底底質等海洋信息。海圖及海洋地理空間信息是海洋測繪的最終產(chǎn)品，它們分別是地理科學的第二和第三語言。因此，現(xiàn)代海洋測繪的核心任務是提供海洋地理空間信息服務，通過海圖、海洋地理空間信息告訴人們海洋地理空間的某一物體（目標）在某一時刻、某一地點發(fā)生的變化。21世紀被譽為“海洋的世紀”，人類面臨陸地資源即將枯竭的問題，海洋將成為人類賴以生活的第二家園。海洋測繪技術及應用將為人類一切海上（航運、生產(chǎn)、科研）活動提供全方位、全過程、全時段、多時空、多層次、多環(huán)節(jié)的海洋地理空間信息服務與安全保障支持，是發(fā)展海洋經(jīng)濟，實現(xiàn)“海洋強國”戰(zhàn)略決策的重要基礎。
　　四、海洋測繪技術的新進展
　　1、水下綜合定位與導航技術
　　電磁波在海水中的衰減較快，穿透數(shù)米就丟失能量，所以陸上定位以及導航技術在海洋測繪中無能為力。不過，聲波可以傳播數(shù)百公里而不會出現(xiàn)明顯損失，因此可以使用聲學系統(tǒng)進行水下的定位以及導航，根據(jù)聲基線距離可以將聲學系統(tǒng)分成超短基線系統(tǒng)（USBL/SSBL）、長基線系統(tǒng)（LBL）以及短基線系統(tǒng)（SBL）。其中USBL/SSBL由3個以上的相距2cm的單元來構成水聽器基陣，分析測量信號到達各個接收單元之間的相位差以及斜距來進行定位，其定位精度為2～3m。SBL則布設聲信標，在測量船下方安置3個相距較遠水聽器，分析聲信標到水聽器往返的距離以及時間差來進行定位，其定位精度是5m，現(xiàn)在一些海域測繪中已很少使用。LBL則在海底布設3個相距較遠的聲信標，分析測船換能器的聲信標到測船之間的距離來進行定位，其精度是2m左右。因為距離是由聲波傳播時間以及聲速來計算，所以為改善聲學定位的精度，需了解測區(qū)聲速結構。
　　2、AUV/ROV關鍵測繪技術
　　在海洋測繪技術的研究當中，水下航行器作為有效工具，伴隨水聲通信以及能源、導航等技術的發(fā)展而得到廣泛應用。水下航行器分為有纜遙控航行器（ROV）以及自主航行器（AUV）。其中AUV同ROV相比有著結構簡單、造價低以及重量輕等優(yōu)點，活動范圍更廣并且潛水深度大，可以勝任復雜的海洋測繪環(huán)境，并且不需要復雜的水面平臺支持，因而在一些海域測繪中得到重視。AUV在執(zhí)行水下測繪任務時需要導航、制導以及控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，導航系統(tǒng)提供位置以及姿態(tài)信息，而制導系統(tǒng)則考慮任務目標以及作業(yè)環(huán)境，來制定而合理的航路，控制系統(tǒng)則保證AUV根據(jù)制導系統(tǒng)的路徑航行。隨著水下導航定位技術的進步，基于AUV/R0V的水下精密測量成為可能。
　　3、海洋遙感信息技術
　　海洋遙感信息技術是根據(jù)地物電磁的輻射原理來獲取信息，其傳感器根據(jù)工作方式的不同可以分成主動式以及被動式，其中被動傳感器有多光譜掃描儀、水色掃描儀以及熱紅外輻射計等，而主動傳感器有微波散射計、雷達高度計以及合成孔徑雷達等，其中最常用的傳感器是陸地衛(wèi)星裝載多光譜掃描儀TM以及ETM，空間分辨率達到30m，可以繪制海岸線、沉積與侵蝕、監(jiān)測污染以及繪制水域水深圖等。此外紅外傳感器探測波段有著較強穿透力，輻射強度同發(fā)射物體的絕對溫度成正比，可以監(jiān)測海面溫度以及沿岸海流。目前在運用海洋遙感信息技術的過程中，主要監(jiān)測近岸海流、近岸工程、港灣水質、淺灘地形以及近岸工程等。隨著海岸帶以及海島遙感技術的發(fā)展，能夠跟蹤大尺度的洋流以及中尺度的渦流，提供海面的云圖、海平面以及大地水準面等方面的海面地形測高資。
　　4、多傳感器多源信息的融合技術研究
　　多傳感器多源技術是高效海底地形的測繪技術，在單波束測深儀的前提上改進而來的，利用安裝在測量船龍骨上的發(fā)射陣，通過向海底發(fā)射與龍骨方向相垂直的聲波束，利用安裝在船底的接收陣接收波束，測深系統(tǒng)完成完整發(fā)射接收之后，會形成一條由窄波束測點所組成的，在測量船正下方航向的測深剖面。因為各波束在空間呈現(xiàn)扇形排列，所以波束的指向角自中央向邊緣逐漸增大，回波信號也就從中央波束的反射波，逐漸過渡到兩側的散射波，然后使用振幅檢測法在波束測深儀中探測海底信號，原理是波束測深儀回波信號是反射波。在多源多傳感器系統(tǒng)當中，波束指向角逐漸增大時，其回波反射的波振幅將逐漸減小，而反射波尖脈沖也將逐漸模糊，波束的指向角減小反射波振幅同時能夠通過變振幅強度的方法來檢測，所以在多傳感器多源系統(tǒng)中除了振幅檢測法，還可以使用相位檢測法，通過相關原理來比較換能器的兩個接收單元間相位差來分析波束到達角，為后續(xù)計算提供數(shù)據(jù)。
　　五、結束語
　　綜上所述，人們對海洋環(huán)境的依賴程度越來越高，隨著信息技術的發(fā)展，海洋測繪技術也將不斷進步。
　　參考文獻
　　[1]劉雁春，暴景陽，李明叁，等.我國海洋測繪技術的新進展[J].測繪通報，20114（3）：1-7.
　　[2]趙建虎.現(xiàn)代海洋測繪[M].武漢大學出版社，2013（1）：17.

  本文關鍵詞：我國海洋測繪技術的新進展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。