海洋测绘技术的发展状况研究

黄卫勤

摘要：随着数字信息化技术的发展，近年来，我国海洋测绘发生了历史性的变革，进入了以数字式测量为主体、以计算机技术为支撑、以3S技术为代表的新阶段。以岸基、舰船、飞机和卫星为平台的立体测量框架及综合要素探测已成为海洋测绘的主要模式。

关键词：海洋测绘；数字化；测深系统

1.引言

我国海洋面积广阔，做好海洋的测绘工作有着深远的意义。以前的海洋测绘通常使用罗盘定位与六分仪、测深杆、测深绳、测深铅鱼等方法进行测量，耗时耗力且测量精度不高，测量出来的数据只能用作粗略的了解，无法得出高精度的数据。随着科技的发展，大量新技术应用于海洋测绘工作中，在测深方面，侧扫声呐和多波束测深系统，海洋遥感测深等技术可以得出精确的数据，应用卫星测高技术对海洋大地水准面、重力异常、海洋环流、海洋潮汐等问题进行了比较详细的探测。现今，数字信息化技术在海洋精密定位和水深测量中得到了广泛的使用，使海洋测绘从测量航海要素为主，发展到测量各种专题要素的信息和建立海底地形模型的全部信息，使海洋测绘向着更高效、高精度的方向发展。

2.海洋测绘技术的发展历程

海洋测绘是指测量海洋底部的地球物理场的性质及其变化特征，绘制成不同比例尺的海图和专题海图，是对海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制工作。主要包括海道测量、海洋大地测量、海底地形测量、海洋专题测量，以及航海图、海底地形图、各种海洋专题图和海洋图集等的编制。

常规或传统的海洋深度测量主要以水面船只作为测量平台。由于其测量精度高、探测详细，今后仍将为海洋测量的主要作业模式。随着卫星遥感技术的应用，应用卫星遥感手段在浅水区修编海图方面达到实用化阶段。机载激光水深测量技术在国外已经应用，我国正在进行研究，预计可实现浅于50m海区大面积快速测量。20世纪90年代，我国开始将航空摄影测量手段应用于海洋测绘，主要解决浅水区或岛礁附近海岸地形测量。在相当一段时期内，海洋测量的要素相对单一，最主要的为深度和底质测量。20世纪80年代，随着侧扫声纳、海洋重力仪的应用，海洋测量可同时获取海底地貌、海洋重力场数据。双频测深仪的应用，则可同时对深度、淤泥厚度和底质类型进行测量或判别，具有较好的实用性。20世纪90年代以后，新造测量船只配备的测量设备发生了很大的变化，可同时完成多个任务剖面，包括水深测量、海底地形地貌测量、重力与磁力测量、浅地层剖面测量，以及水文气象调查，可最大程度地发挥测量船的效能，获取海洋环境的综合要素信息，提高经济效益和军事效益。

日本、英国和美国等沿海发达国家早已形成了数字化的空间地理环境产品生产的技术体系。由于不同数字产品的一致性问题，不同数据源的融合问题现已引起了科研和管理部门的高度重视。美国于1996年把6大政府国家机构的影像技术部门，划归到国防部制图局，成立了美国国家影像与测绘局（NIMA），使得遥感影像、地形图、海图等不同空间信息的管理与出版取得了一致性。日本也于2001年4月把安全厅的水路部改名为海洋信息部，形成了与美国NOAA相似的，可同时完成海洋环境的调查、测量、评价与数字产品出版的技术体系。由此可见，数字地图、GIS到数字战场环境、数字地球，不只是名词与概念上的改变，它是地理信息科学与实践发展到了一个技术节点的必然反映，可引起空间信息技术与数字产品出版体系发生重大的技术变革。按照科学的方法论，考察、归纳沿海国家海洋测绘产品的生产体系，由于历史沿革、数据积累与技术条件的不同，不同的国家具有完全不同的海洋測绘产品的出版、分发与服务模式。

3.探测技术的新进展

3.1海洋测深空间的精细描述

刘雁春将海洋空间3维水深场测量结构细分为基本空间结构、瞬时测深空间结构、水位（潮汐）改正空间结构、稳态深度空间结构并研究了各空间结构的数据处理问题，提出了接近真实水深场的再现与推估及随船一体化海洋测深的新概念和新方法，在国际上建立了高精度海洋测深的空间结构及其数据处理的理论。

3.2海洋测深网平差理论与方法的建立

在国家自然科学基金的资助下，刘雁春等成功地将海洋测深数据按测线组网进行整体平差，建立了海洋测深数据的平差理论，完成了海洋测深数据的系统误差补偿和精度评定。

3.3测深效应的研究

测深效应是指测深过程中的影响因素及对测深的作用效果，是高精度海洋测深必须研究的关键问题。近年来这方面取得突破的有波束角效应的影响、波束角效应和波浪效应的耦合机制及其改正、系统延时效应、测线布设方向的平滑效应与伸缩效应、深水浅报效应、船姿效应，为高精度水深测量提供了改正模型和改正方法。

3.4异常测深数据的探测研究

海洋动态环境易导致异常水深数据，探测并消除异常数据是保证海洋测深数据质量的基础工作。这方面的研究有抗差回归分析法来抵制测深粗差的污染、抗差Kal-man滤波、序统计滤波等，这些方法均有一定的优点和适应性。

3.5多波束测深系统的研究

多波束测深的效率高的优越性使其成为海洋测深的主要技术，这方面的研究主要包括：多波束归位计算模型和过程的建立、多波束测深系统中的安装校准误差影响规律研究、多波束相位差序列模型的建立、多波束测深的声速改正、多波束的信号检测、多波束水深数据和侧扫图像融合处理、多波束图像生成、多波束海量数据的三维建模、基于多波束数据的海底底质的自动分类识别和多波束数据后处理软件的研制等。

3.6机载激光测深方面的研究

机载激光测深技术适合我国局部海域，这方面的进展有：建立了顾及波浪和潮汐影响的机载激光测深的深度归算模型，建立了顾及姿态变化的机载激光测深的位置归算模型。

3.7严密的海洋测绘垂直框架

翟国君等探讨了建立海洋测绘基准的必要性和具体方法。暴景阳等探讨了建立理论深度基准面中浅水改正和长周期潮改正的合理性，指出：①一年或更长时间尺度的潮汐序列经调和分析计算海图深度基准面的稳定性在中国沿岸处于厘米级；②中国沿岸长期站的深度基准面之间的差异是算法不同所致；③为保证分潮表达最低潮面合理性，建议浅水分潮订正宜采用区间订正法，长周期分潮订正宜直接按年周期分潮振幅订正；④精化海图基准面的任务不在于改变模型，在于精化算法。劳顺根等研究了长江口近代历史海图各深度基准面的推算数学模型。黄辰虎等研究了采用最小二乘潮位拟合法推算海上定点验潮站未来时刻潮位值的方法，吴中鼎研究了潮波数值模型用于海道测量水位改正的适用性。

4.结语

海洋测绘是我们认知海洋重要的一步，新技术在海洋测绘方面的应用能够更好的提高测绘的精度，现代数字化信息技术其自身卓越的性能和巨大的优势在海洋测绘方面有着广阔的前景，应该加快对于现代化信息技术如GPS等在海洋测绘方面的研究，使其不仅能够在海洋测绘方面发挥作用，更能够在内陆的水域与近海海洋的测绘中发挥重要作用。

参考文献：

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