海洋测绘的现状与发展

文章编号:049420911(2001)0620007203

中图分类号:P 229 文献标识码:B

海洋测绘的现状与发展

翟国君,黄谟涛,欧阳永忠,管　铮

(天津海洋测绘研究所,天津300061)

The Presen t and Future of Hydrograph ic Survey i ng and Charti ng

ZHA I Guo 2jun ,HUAN G M o 2tao ,OU YAN G Yong 2zhong ,GUAN Zheng

摘要:随着卫星、通讯、计算机、数据处理等技术的发展,海洋测绘出现了自动化、智能化、集成化、数字化、多种作业平台、多种产品

模式、多种技术融合、多种保障方式的特点。海洋的特殊环境导致了与陆上测量不同的作业方式和不同的产品模式。本文从外业测量的技术手段、仪器装备、数据处理方法、服务模式、数字图产品的生产和应用、数据库的建设等方面,对海洋测绘的发展现状和趋势进行了综合论述。

关键词:海洋测绘;海洋测量;海图;测量仪器

收稿日期:2001204229;修回日期:2001205213

作者简介:翟国君(19612),男,山西临汾人,天津海洋测绘研究所高工,博士,主要从事卫星测高、海洋重力和海洋测量等数据处理方面的

研究。

一、引　言

海洋测绘作为测绘科学技术的一个重要分支,在科学研究、国民经济建设和国防建设等方面,起着重要的作用。随着卫星技术、通讯技术、计算机技术、数据处理技术等的发展,可以说现代科学技术的成就,导致海洋测绘经历了一次跨时代的转变,突破了传统海洋测绘的时空局限,进入以数字式测量为主体、以计算机技术为支撑、以3S (GPS ,G IS ,R S )技术为代表的现代海洋测绘的新阶段。建立多尺度的海洋测绘信息基础数据库以及数据交换和数字海图的生产,目前已初具规模。3S 技术在海洋测绘中已经得到广泛的应用。RBN 2

D GPS 沿岸20个差分台站将于年底全部建成,GPS 技术已

成为控制测量、海岸地形测量和海上定位不可缺少的手段。

G IS 技术已被应用于海洋测绘数据库的建设和信息共享,R S

技术在维护国家主权和领土完整方面发挥了重要作用,海岸地形航空摄影测量已经启动。目前海洋地理信息系统正在建设当中,数字海图已形成了较完善的生产、管理和发布体系,电子海图系统的应用也具备了相当的规模。我国海洋测量仪器的研制出现了崭新的局面,数字化、自动化和智能化的测深仪、验潮仪已经出现,侧扫声纳和剖面仪已经研制成功,机载激光测深系统正在加紧研制。多波束测深系统在水深测量中占的比重越来越大,海洋测量数据处理和内业成图的应用也越来越普遍。

当前,以信息技术为主要标志的科技进步日新月异,“数字海洋”基础框架的构建更标志着传统的海洋测绘事业正发生革命性的变革。可以预料,海洋测绘与“数字海洋”的建设密不可分。小型化、自动化、数字化和智能化将是海洋测量仪器的发展方向,以船只、飞机和卫星为平台的立体测量框架将是未来海洋测量的发展模式,综合要素的测量会成为主要的测量方式,测量数据的内业处理与成图将会更加完善和标准化,海洋测绘数据库的建设将更具有现势性和完善性,数字海图的生产体系、质量控制体系和发布体系将更加健全,地理信息系统和电子海图的应用将变得越来越普遍。

二、20世纪海洋测绘的进展

20世纪我国的海洋测绘,主要有以下几个方面的进展:1.实现了数字化、自动化的测绘作业模式。相当长一段

时间,我国的水深测量主要靠单波束回声测深仪,采用模拟记录方式,然后由人工从记录纸上量取,费时费力,劳动强度大,作业效率低。经过海测工作者最近20多年的努力,水深测量经历了模拟记录、模数转换、手工定位、人工绘图的阶段后,目前已经发展到数字测深仪测深、自动化导航定位和数据采集、内业计算机处理为一体的外业内业综合测量与处理体系。更为引人注目的是,多波束测深系统以其快速高效宽覆盖式的测深方式,已有取代单波束测深仪之势。可以预测,在今后的水深测量作业中,多波束测深系统所占的比重会越来越大,单波束测深仪应用的场合将越来越少。

侧扫声纳海底地貌探测和浅地层剖面测量也经历了类似的过程,即从模拟记录发展到了数字记录方式。

测量时的定位由过去人工在绘有双曲线的作业图板上手工定位,逐渐发展到无线电自动化定位,现在已经广泛采用卫星定位技术。GPS 的出现为海洋定位提供了先进的手段,我国于20世纪90年代中期开始组织实施的沿海无线电指向标 差分全球定位系统(RBN 2D GPS )已逐步投入使用,到2001年,覆盖整个中国沿海的RBN 2D GPS 台链将全部开放,提供服务,为海洋测量提供了更优越的条件。

海岸地形测量,也经历了小平板测量、电子平板测量,现在已经出现了应用R T K D GPS 测地形的作业方法,海岸地形航空摄影测量也已经大规模启动。

以传统的海图制图原理为基础,以计算机及其外围设备为工具,采用数据库技术和图形数据处理技术,实现海图数据信息的获取、变换、传输、识别、存储、处理、显示和绘图的机助制图,目前已经取得极大进展。海图数据库已经建成,数字海图的生产已经相当成熟,并且已经大量配发使用单位。

2.测量方式实现了由点测量到面测量的飞跃。可以说,

水深测量的最早阶段是进行的点状式测量,20世纪50年代

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末使用回声测深仪以后才进入线状测量阶段。90年代中后期,我国海洋测量单位陆续引进了多波束测深系统,国产多波束测深系统的研制也进入成熟阶段。多波束测深系统的出现和应用实现了水深面状测量,大幅度提高了工作效率和水深测量密度。

机载激光水深测量系统利用高频激光器所发出的红光和绿光,对50m 以内的浅水区进行快速测量。激光器发出的光束经过高速转动的反射镜反射后,射向海面,红光经海面反射后返回接收器,绿光穿透水体,经海底反射后,返回到接收器。根据红绿光返回的时间差即可计算出海水的深度。由于反射镜的快速转动和飞机的高速前进,激光点在海面的排列与多波束的覆盖方式非常相似,因此,可以认为机载激光水深测量也是面状测量。

3.测量要素越来越多样化。可以说,20世纪80年代以

前,海洋测量的要素是非常单一的。由于仪器的限制,最常见的海洋测量就是水深测量。

20世纪80年代以来,可探测海底地貌的侧扫声纳投入

应用。重力测量也同水深测量同时进行。近年来,既可测量海底自然表面,又可测量海底硬质表面的双频测深仪开始崭露头角。这类测深仪可测量海底淤泥厚度,对于淤泥质海港的适航航道确定有重要实用价值。

进入20世纪90年代以来,我国的综合性测量调查船配备了先进的测量设备,使得80年代已经出现的多要素测量,在90年代发生了更大的变化,并将成为今后测量调查的发展方向。大的测量调查船上配备了水深测量设备、重力和磁力测量设备、侧扫声纳探测设备、浅地层剖面测量设备以及水文气象设备。只有在一个航次中,通过合理选择,尽可能地测量更多的要素,才能发挥综合测量船的效能。

4.测量平台由船载向与机载、星载相结合转化。传统的

海洋测量基本上都是以水面船只为测量平台的。20世纪80年代,随着国外卫星遥感信息的引入,我国使用遥感方法确定海洋环境要素的工作开始起步,并逐步引向深入。

航空摄影测量作为陆地地形测量的主要手段之一已应用多年,但直到20世纪90年代中后期才在海洋测量中真正应用,主要是进行船只无法到达海区的岛礁及浅水测量,结合高精度的潮汐预报成果确定岛屿高程与岛屿周围水深。

机载激光水深测量技术以快速高效、高密度、低消耗测量浅海水深的特点正日益受到海洋测量界的重视,国外已经成功应用,我国正在进行研究。

5.基础设施实现了从无到有的飞跃。海洋测量的基础

设施是为实施精确有序的海洋测量工作提供基础性保障的必要条件,主要由各种控制网和各种规范组成。

建国以来,在全国大地测量控制网建立的同时,在沿海建立的,为海洋测量提供基础条件的海洋大地测量控制网也初具规模。20世纪50～60年代海洋测量工作者进行过近海主要岛屿的平面和高程联测,受当时条件的限制,精度不算太高。后来,又进行了我国领海基点的测量,为我国行使主权作出了贡献。

20世纪80～90年代,我国建立了包括近海岛屿测点在

内的高精度GPS 控制网,改变了岛屿没有控制网点的状况,并将控制网推向了西沙群岛、南沙群岛等远离大陆的我国海域。目前,我国在南海岛礁上的大地测量控制网点已有十多个,并重新进行平差,提高了精度,初步完善了南海大地测量控制网。

长期以来,我国的海洋测绘没有国家颁发的统一标准。规范化文件也是基础设施的软件组成部分,20世纪90年代以来,先后出现了数部海洋测绘的国家标准,并由国家技术监督局作为强制性规范颁布执行。其中包括《海道测量规范》、《海洋调查规范》、《海洋工程地形测量规范》、《中国航海图编绘规范》、《海图编绘规范》、《中国航海图图式》、《中国海图图式》、《海图图式》、《海图印刷规范》等。在国家标准的带动下,一系列和海洋测绘作业、质量控制等有关的规范性文件也陆续由有关部门颁布执行。

6.基础理论与应用研究发展迅速。建国以来,尤其是20

世纪80年代以后,我国在海洋测绘基础理论研究与应用研究方面取得全面、迅猛的发展。

目前,由各出版社公开出版的海洋测绘方面的专著越来越多,国内外学术刊物发表海洋测绘方面的论文也与日俱增。我国在水深测量的基准方面提出了深度基准面分布形态曲面法和高程基准历元理论;在声速改正方面拟合出全球大于200m 水深各海区改正公式、建立中国近海各海区、各季节声速改正模型和改正公式;在水位改正方面提出时差改正法理论;在平均海面和海面地形研究方面提出了平均海面“稳定性”概念及计算方法,并建立了中国近海海面地形数学模型;在多波束测深系统信号处理和数据处理方面提出基于抗差估计理论的异常数据定位和处理方法;在海水温跃层对侧扫声纳声图的影响、TM 图像与SPO T 卫星图像的综合几何定位和配准、海图制图综合、数学形态学在海图制图中的应用、建立海岸带地区新的光谱融合模式和遥感方法、推导严密的双介质解析摄影测量公式和建立实用的双介质解析摄影测量数学模型等方面也做了深入研究和探索。

出版的海洋测绘著作主要有:《海面地形与高程基准》、《局部重力场逼近的理论与方法》、《海洋重力测量的理论、方法与应用》、《海图数学基础》、《海图学概论》、《海洋大地测量学》、《海道测量学》、《海洋潮汐学》、《卫星测高数据处理的理论与方法》、《机动测量手册》、《海洋工程测量》、《水下地形测量》、《航海图书出版指南》、《海图制图综合》、《海图编辑设计》等。

7.信息获取趋向实时化、规范化。长期以来,重力测量

总是以非实时获取信息的模式运行,在海洋上测得的重力场信息和位置信息、水深信息收测后在后处理阶段进行合成、计算。由于在测量现场得不到测量成果的质量信息,测区一般离大陆很远,后处理中出现质量问题也已无法再去补测,造成遗憾。此外,传统的海洋重力测量都在瞬时海面上进行,经过后处理,仍然归算到瞬时海面上,并不归算到规范的大地水准面上。由天津海洋测绘研究所研制的海洋重力测量实时处理系统已进入海试阶段,信息获取已向实时化、规范化转化。

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