第一章 海洋调查和探测技术(part2).
海洋探测与调查课程教学大纲
海洋探测与调查课程教学大纲课程代码：69121070课程中文名称：海洋探测与调查课程英文名称：Ocean Exploration and Survey学分：3.0 周学时：2.5-1.0面向对象：预修要求：大学物理、高等数学、海洋技术导论、海洋实验技术一、课程介绍（一）中文简介本课程旨在介绍在海洋探测与调查中常用仪器及方法。
课程内容主要由四部分组成：（1）传感与测量基础知识和基本概念，（2）多种传感器的原理、信号转换及应用，（3）海洋调查的主要原理方法、仪器设备，（4）海洋调查数据的处理和分析方法。
（二）英文简介The purpose of this course is to introduce knowledge on target detection and survey in ocean. The curriculum mainly consists of four parts: (1) basic knowledge and basic concepts on sensors and measurement, (2) working principles of different sensors, signal conversion and the applications, (3) main principles, apparatus, equipment for ocean hydrographic survey, (4) marine survey data processing and analysis.二、教学目标（一）学习目标海洋探测与调查技术是海洋技术的重要组成部分，主要包括传感与检测技术、海洋调查方法两大方面内容。
传感与检测技术是自动化学科的重要组成部分。
通过相关内容的学习，学生应该掌握工程检测中常用的传感器、以及运用这些传感器测量诸如压力、温度、位移、物位、转速和振动等参数的方法。
海洋探测技术
海洋探测技术人类用科学方法进行海洋科学考察已有100余年的历史，而大规模、系统地对世界海洋进行考察则仅有30年左右。
现代海洋探测着重于海洋资源的应用和开发，探测食油资源的储量、分布和利用前景，监测海洋环境的变化过程及其规律。
在海洋探测技术中，包括在海洋表面进行调查的科学考察船、自动浮标站，在水下进行探测的各种潜水器，以及在空中进行监测的飞机、卫星等。
科学考察船建造专用科学调查船始于1872年的英国“挑战者”号。
该船长226英尺，排水量2300 t,使用风力和蒸汽作为动力。
从1872年起，历经4年时间环绕航行，观测资料包括洋流、水温、天气、海水成分，发现了4700多种海洋生物，并首次从太平洋上捞取了锰结核。
1888~1920年,美国的“信天翁”号探测船测东太平洋。
1927年德国的“流星”号探测船首次使用电子探测仪测量海洋深度,校正了“挑战者”号绘制的不够准确的海底地形图。
据统计,70年代初全世界总共有科学考察船800多艘,10年后增加到1600艘,其中美国300多艘原苏联200多艘,日本180多艘。
日本海洋科学技术中心最近宣布，它们研制的无人驾驶深海巡航探测器"浦岛”号，在30 0 0米深的海洋中行驶了3518米，创造了世界记录。
"浦岛"号全长9.7米、宽1.3 米、高1.5米、重7.5吨，水中行驶速度为4节，巡航速度为3节，最大潜水深度是3 5 0 0米，是这家海洋研究机构的主要设备之一。
"浦岛”号上安装着高精度的导航装置及观测仪器,使用锂电池作动力。
这艘无人驾驶的深海探测器,使用无线通信手段向海面停泊的母船"横须贺"号上传送了用水中摄像机拍摄的深海彩色图像。
日本海洋科学技术中心认为,这一装置在世界上居领先地位。
以这次航行试验成功为基础,海洋科学技术中心还计划开发性能更高的无人驾驶深海探测器,并且使用燃料电池作动力源。
海洋科学调查船担负着调查海洋、研究海洋的责任,是利用和开发海洋资源的先锋。
海洋科学领域中的探测技术研究
海洋科学领域中的探测技术研究一、前言海洋科学涉及到的领域非常广泛，其中最关键的一点就是水下探测。
只有通过水下探测技术的不断进步，才能更好地了解海底的地貌、生态、气候等各个方面的情况。
因此，探测技术在海洋科学领域中扮演着十分关键的角色。
在本文中，我将会介绍一些当前在海洋科学领域中使用的探测技术，以及它们的发展趋势。
二、声纳技术声纳技术是一种利用声波生成影像的探测技术，主要应用于水下的测量和探索。
由于声波在水中传播时受到水的密度、压缩率等等因素的影响，因此使用声纳技术可以对水下物体、岩层等等进行非常精确的测量。
声纳技术最初是用于军事目的的，但是现在也被广泛应用于其他领域，例如海底石油勘探、海底地形勘测、海底生态监测等等。
在未来，声纳技术仍然有着广泛的应用前景。
随着技术的不断进步，探测精度将会得到进一步提高。
此外，还有一些新型声纳技术正在研究之中，例如三维声纳影像和水下超声波技术等等，这些新技术有望在未来广泛应用于海洋科学领域。
三、水下通信技术水下通信技术是另一个在海洋科学领域中广泛应用的技术。
水下通信技术是指使用一些特殊的设备，在水下进行信息传输的技术。
由于水的介质特性比空气要更加复杂，因此水下通信技术相对来说比空中通信技术要更加困难。
但是随着技术的不断发展，水下通信技术已经越来越成熟，并广泛应用于海洋科学、海底能源开发等众多领域。
在未来，随着无人潜水器和其他智能探测设备的普及应用，水下通信技术将会越来越重要。
水下通信技术不仅可以用于传输数据和图像，也可以用于遥控和传输指令，未来水下通信技术的发展前景应该是非常广阔的。
四、生物光学技术生物光学技术是指利用物质对光的吸收、散射、折射等等规律，对水下生物进行观察和研究的技术。
由于水下环境的光线强度比地表要弱得多，因此要进行光学探测十分困难。
但是随着生物光学技术的不断发展，现在可以利用一些特殊的设备和材料，将光线进行聚集和放大，以便对水下生物进行观测和研究。
海洋技术概论
二.对海洋资源广泛调查阶段
•
1947一1948年瑞典的“信天翁”号调查船 的热带大洋调查，被海洋学家誉为“近代海 洋综合调查的典型”。此次调查历时15个 月，总航程达13万千米，在大西洋、太平 洋、印度洋、地中海和红海共布设测点403 个，重点在三大洋赤道无风带进行，主要 是热带深海调查和深海底的地质采集。
• 潜水器--• 目前世界上各种载人潜水器有200余艘，作 • •
业深度达6000m。 1989年日本 深海-6500 L9.5m，25t，乘3 人，水下连续6h以上。 无人潜水器---美国，运动速度4节，200m 深水作业。
• 船舶》2008年第2期摘录 • 旧式Alvin潜水器可以每秒上下30米，最快
sun
2013.12.13
bing
海洋技术概论
主讲人：孙冰 sunb88@ TEL:84725275
参考书目
• 1. 《海洋技术概论》，许肖梅，科学出版社， • • • •
2000。 2. 《海洋技术教程》, 陈鹰 等 ,浙江大学出版社 2012 2. 《海洋科学导论》，冯士笽等，高等教育出版 社，2003。 3. 《海洋技术》，朱大奎，江苏科学技术出版 社，1993。 4. <海洋调查技术及应用> 杨鲲，吴永亭等，武 汉大学出版社，2009。
•Байду номын сангаас
阿波罗17号 拍摄的地球
海洋的重要性
•地表的70.8% •生命的摇篮 •未充分开发 的最后疆域 •最大的资源 仓储 •最主要的气 候调节器
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地球海水资源包括： 1.生物资源 2.矿产资源 3.化学资源 4.动力资源
（一）海洋形态
• 洋----海洋的主体 • 四大洋---• • • •
海洋调查与监测2课件
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对于大洋，因其温度分布均匀，变化缓慢， 观测准确度要求较高，即±0.02℃；
对于一般水文要素分布变化剧烈的海区，水 温观测准确度为±0.1℃。
对于那些有特殊要求，如水团界面和跃层的 微细结构调查，以及海洋与大气小尺度能量交 换的研究等，应根据各自的要求确定水温观测 准确度，二级为±0.05℃，三级为±0.2℃。
用倾角器测出倾角之后，仪器沉放的实际深度 可按下式计算：
Z＝Lcosa-h 式中：L是经计算器差校正后的钢丝绳放的实际 长度；a是倾角；h是计数器滑轮到海面的高度。
实际工作中常把上式变成改正式：
△Z＝L-(Z+h)＝L(1-cosa)
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回声测深仪测深
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深海调查深度订正方法的比较
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一、对长江口及其邻近海域无机营养盐，各形 态溶解有机碳、氮及溶解有机磷进行了测定。
二、通过对赤潮海水进行的的营养盐加富培养 实验，考察了在藻类生长消亡过程中各无机营养 盐、各形态溶解有机碳、氮等营养物质。
三、通过对中国对虾培养系统进行了现场昼夜 连续观测，测定了无机营养盐、各形态溶解有机 碳、氮、磷等营养物质。
按提供资料的特点，可以分为三种： 点式的；线式的；面式的。
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南森采水器
采集预定深度的水 样和固定颠倒温度表 的器具，又称颠倒采 水器、南森瓶。
“采水器上端脱开
绳子倒转180°，这
时采水器的重力使两
端的活门同时关闭”。
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平台
平台是观测仪器的载体和支撑，也是海 洋调查工作的基础，在海洋调查系统中平台 是一个重要的环节。
海洋调查方法 第一章 绪论
1. 绪论
1.1 海洋调查定义及其意义 1.2 海洋调查发展简史 1.3 全球大尺度研究计划 1.4 海洋调查方法
1.1海洋调查定义及其意义
海洋调查 用各种仪器、仪表对海洋中能表征物理学、化学、生物学、地质学、 气象学及其他相关学科的特征要素进行观测和研究的科学。 海洋调查方法 在海洋调查实施过程中仪器的使用、站位设置、资料整理与信息分析 的方法和原则。
显著变化的
中尺度涡
叠加在海洋平均流 场上的、尺度从几 十公里至几百公里 的水平涡旋。
显著变化的 羽状锋
通常把河流向外海扩散的 形似羽毛状的冲淡水叫羽 状流水，外海水与羽状流 水的界面叫羽状锋。
传感器
点式的
线式的
传感器
面式的
观测平台
观测仪器的载体和支撑
固定平台
沿海观测站 海上定点水文气象观测浮标 海上石油井架
多参数浮标和波浪浮标
南天龙号吊运钻井平台
海洋环境监测站
观测平台
活动平台
海洋调查船 水下潜动装置 漂流浮标 观测卫星
argo表面漂流浮标
鱼鹰一号深潜器
东方红2号海洋调查船
海洋二号卫星
施测方法
随机方法 定点方法
台站观测 大面观测 断面观测 连续观测 浮标站观测 走航方法 轨道扫描方法---海洋卫星遥感
定点观测
对海洋气象和水文要素进行定时观测的站点。 设置方式有固定式（海岸边、岛屿与灯塔上） 和浮动式（船舶或浮动平台）。
系统工程
海洋调查的目的
获取海洋环境要素资料 揭示并阐明其时空分布和变化规律 为海洋科学研究、海洋资源开发、海洋工程建设、航海安全保证、海洋环境 保护、海洋灾害预防提供资料和科学依据
海洋调查与监测技术实验课--学生讲义
海洋调查与监测技术讲义海洋与气象学院一、实验室规章制度（1）禁止穿拖鞋和凉鞋进入实验室，以防试剂和玻璃容器等的潜在危险危及个人安全（2）出入实验室注意水电安全，离开实验室要关闭水电，实验过程中用电时插头一定要保证干燥，用电时远离水源，用水时远离电源，实验过程中尤其是加热实验时人员不能离开实验室和实验台。
（3）禁止在实验室内进食和饮水，以防受到或是误食试剂尤其是挥发性气体和有毒试剂污染而发生人身安全事故（4）实验室内禁止大声喧哗和嬉戏（5）酸碱以及挥发性和强氧化性的试剂要戴手套并在通风橱内进行（6）拿取试剂时要通过老师的批准，精密仪器不宜随便触摸。
（7）标签遵循详细清晰的原则，务必记录完整相关信息。
Cruise-Station-Cast-Niskin No.-Depth-Date-Sampler例如：973-A01-1-1-20131112-WB（8）维持好个人实验桌面卫生情况，值日生及时清除垃圾并清扫地面二、实验要求1、实验报告（100分制，占总实验成绩的50%）：（1）思路清晰、条理清楚、图表并茂、书写整洁、简明扼要；（2）实事求是，采用真实的原始数据，不可使用编改数据；（3）实验目的（5分）、实验原理（10分）、实验仪器与试剂（10分）、实验步骤（20分）、实验数据的处理（20分）、实验数据的分析与讨论（根据自己在实验课中的实际操作来判断实验结果的好坏，并结合实际的操作分析所得结果误差的来源，同时讨论涉及的误差对结果影响的大小）（20分）、实验注意事项（5分）、思考题（5分），卷面完整以及整洁（5分）3、实验操作（100分制，占总实验成绩的50%）（1）操作规范占60分、数据记录占20分（数据记录表主要记录原始数据以及实验过程中出现的现象，需要修改时双线划掉在其上方重新记录。
原始数据是整个实验结果的判定以及分析讨论的依据，在一个实验当中占据极其重要的位置，因此数据以及现象要记录清晰并且不要涂抹）、实验纪律占10分（迟到早退5分、饮食喧哗嬉戏5分）、实验卫生清洁与维持（包括小组个人和值日生）（10分）（2）必须经任课老师审阅实验数据后方能离开实验室，否则算作操作零分。
海洋调查与监测
加强国际合作与交流，共同应对全球海洋挑战
共同应对全球挑战
加强国际合作，共同应 对全球性海洋挑战，如 气候变化、海洋污染、 生物多样性保护等。
建立国际合作平台
推动建立全球性的海洋 调查与监测合作平台， 促进各国之间的信息共 享和技术交流。
促进国际政策协同
推动国际社会在海洋调 查与监测方面的政策协 同，加强法律法规的制 定和执行，促进全球海 洋可持续发展。
目的
为保护海洋环境、维护海洋生态平衡 、促进可持续发展提供科学依据和决 策支持。
海洋调查与监测的重要性
海洋是人类生存和发展的重要资源，对全球气候、生态系统和人类生活等方面具有 重要影响。
海洋调查与监测是了解和掌握海洋环境状况的基础，对于预防和应对海洋环境问题、 保护海洋生态系统和资源、促进可持续发展具有重要意义。
提高海洋调查与监测的效率与精度
优化调查方案与技术手段
针对不同调查需求，制定更为科学、高效的调查方案，并 采用先进的调查设备和技术手段。
强化数据质量控制
建立完善的数据质量管理体系，确保海洋调查数据的准确 性和可靠性。
深化多学科交叉融合
加强海洋科学、地球科学、物理学、化学等多学科的交叉 融合，提高海洋调查与监测的综合性和精细化程度。
全球海洋观测系统（GOOS）
GOOS是一个国际性的、跨学科的全球观测系统，旨在提供全面、及时的海洋环境信息， 支持全球气候监测、预测和减灾。
海洋生物多样性保护公约（CBD）
该公约旨在保护和可持续利用海洋生物多样性，促进全球海洋生态系统的健康和可持续 发展。
国际海洋调查与监测技术交流
海洋调查与监测技术的国际研讨会和展览
04 海洋调查与监测的挑战与 解决方案
海洋地球物理探测技术ppt课件
精品课件
1.3 多波束测深技术在近海工程中的应用
Applications in Offshore Engineering
（2）多波束测深技术在 考古调查中的应用
为了探测千岛湖水下古 城－狮城的确切位置、建 筑物现状以及地形地貌， 2002 年 7 月 利 用 Simrad EM3000 多 波 束 测 深 系 统 对 水下古城所在湖域进行了 为期一周的外业勘查，获 得了古城的三维影像图。 从图中可以看出古城墙、 街道和建筑物都有清晰的 显示，为古城的开发、研 究和保护提供了基础资料 和数据。
精品课件
(海洋)地球物理
是利用岩石物理性质的差异，解 决地质问题的方法。
岩石物理性质差异包括密度差异、 磁性差异、声阻抗差异、电性差异和 放射性差异等。因此，地球物理方法 又可分为重力方法、磁力方法、地震 方法、电法和放射性方法等。
精品课件
1. 多波束测深技术
Multibeam Sounding
226500
227000
227500
海底沟谷
100000
100000
海底沙波
99500
99500
99000
99000
98500
98500
98000
F3断 裂 带
98000
225000
225500
226000
226500
227000
227500
精品课件
1.3 多波束测深技术在近海工程中的应用
Applications in Offshore Engineering
海洋地球物理探测技术及其 在近海工程中的应用
Marine Geophysical Techniques and Their Applications in Offshore Engineering
海洋技术 第一章
（2）漂流浮标：可以在海上随波逐流地收集 大面积有关海洋资料。
• 体积小、重量轻，没有庞大复杂的锚泊系统，ห้องสมุดไป่ตู้有简单、 经济之特点。有表面漂流浮标、中性浮标、各种小型漂流 器等。
• “阿尔戈”浮标 /
• “阿尔戈”是英语“Argo”一字的音译，而Argo又是英文“Array for Realtime Geostrophic Oceanography”的缩写，其中文含义为“地转海洋学实时 观测阵”。它如同陆地上有许许多多的气象站组成的气象观测网一样，“阿 尔戈”是在海洋上建立的海洋观测网的代称。此外，“阿尔戈”这一命名， 还体现了海洋观测网与由美国国家航空与航天局（NASA）和法国国家空间中 心（CNES）联合发射的新一代“杰森”（Jason）卫星高度计之间的特殊关 系。 • 传说“阿尔戈” （Argo）是希腊神话中的一艘神船，那些称呼“杰森” （Jason）的勇士们乘上这艘神船无往不胜，完成了其史诗般的海上航行。 现在人们用“阿尔戈”和“杰森”来比喻海洋观测网与卫星高度计之间的相 互关系，强调“杰森”卫星高度计需要先进的“阿尔戈”海洋观测网的配合 才能成功完成它的历史使命。
• “阿尔戈”计划 阿尔戈” 阿尔戈 • 1998年，美国和日本等国家大气、海洋科学家推出了一个全球性的海洋观测 计划，目的是要借助最新开发的一系列高新海洋技术（如Argo剖面浮标、卫 星通讯系统和数据处理技术等），建立一个实时、高分辨率的全球海洋中、 上层监测系统，以便能快速、准确、大范围地收集全球海洋上层的海水温度 和盐度剖面资料，有助于了解大尺度实时海洋的变化，提高气候预报的精度， 有效防御全球日益严重的气候灾害（如飓风、龙卷风、台风、冰暴、洪水和 干旱等）给人类造成的威胁。 • 该计划设想用3-5年的时间（2000－2004年），在全球大洋中每隔300公里布 放一个卫星跟踪浮标，总计为3000个，组成一个庞大的“阿尔戈”全球海洋 观测网。一种称为自律式的拉格朗日环流剖面观测浮标（简称“阿尔戈浮 标” ）将担当此重任。它的设计寿命为3－5年，最大测量深度为2000米，会 每隔10－14天自动发送一组剖面实时观测数据，每年可提供多达10万个剖面 （0－2000米水深内）的海水温度和盐度资料。由于其与“杰森”卫星高度计 之间的密切联系，故将其以“阿尔戈”计划相称。
第一章1(大连海事大学海洋科学专业课海洋技术概论课件)
第一章海洋调查和探测技术第一部分第一节海洋调查船1872年12月—1876年5月英国皇家学会组织了“挑战者”号在大西洋、太平洋和印度洋历时3年5个月进行环球海洋考察。
“挑战者”号为三桅蒸汽动力帆船，船长226英尺(68.9米)，2300吨级，航程12.6万公里挑战者人类历史上首次综合性的海洋科学考察“挑战者”号上的动物实验室“挑战者”号上的化学实验室第一节海洋调查船采集了大量海洋动植物标本和海水、海底底质样品，发现了715个新属及4717个海洋生物新种，其中甲壳类约1000种；发现大量深海动物，证明生物在深海可以生存，能够承受巨大水压；编制了第一幅世界大洋沉积物分布图；此外还测得了调查区域的地磁和水深情况。
第一次使用了颠倒温度表。
经过测量，了解到海洋深层水温的分布规律；根据海水分析结果，得到世界各海域海水化学成分恒定的重要结论；绘制了等深线图；首次在大西洋加那利群岛、太平洋塔希提岛和夏威夷群岛附近深海底采到了锰结核，并发现了深海软泥和红粘土。
第一节海洋调查船这些调查获得的全部资料和样品，经76位科学家长达23年的整理分析和悉心研究，最后写出了50卷计2.95万页的调查报告。
插图3000张。
被誉为“奠基性调查”第一节海洋调查船从生物综合性调查到海水物化性质和地质地貌地调查阶段1925一1927年德国“流星”号在南大西洋进行了14个断面的水文测量，1937一1938年又在北大西洋进行了7个断面的补充观测，共获得310多个水文站点的观测资料。
这次调查以海洋物理学为主，内容包括水文、气象、生物、地质等，并以观测精度高著称。
第一节海洋调查船这次调查的一项重大收获是探明了大西洋深层环流和水团结构的基本特征。
另外，第一次使用回声测仪探测海底地形，经过7万多次海底探测，结果发现海底也像陆地一样崎岖不平，从而改变了以往所谓“平坦海底”的概念。
新建海洋调查船大发展时期美国1962年首次使用计算机中国第一艘海洋调查船“金星”号，是1956年用一艘远洋救生拖轮改装而成的，适用于浅海综合性调查。
第一章 海洋调查和探测技术(part2).
（二）侧扫声纳
• 又称“旁视声纳”或“海底地貌仪” • 侧扫声纳的水平波束角极窄 , 般只 有 1.5°-2.5°, 垂直波束角为 10° - 30° • 组成：拖曳体 、拖缆、绞车收放装 置、发 射接收系统及终端记录装 置组成。
侧扫声纳拖曳体
侧扫声纳示意图
• 发射机与换能器基阵相对应，分左右两个 发射机，统一于主控同步触发脉冲，产生 的振荡脉冲分别送入左右换能器阵列，转 换成声波脉冲向两侧海底辐射 。 • 为补偿回波随时间（距离）增大引起的声 波衰减，接收机设有时间增益控制，放大 倍数随着声波传播时间变化。
• 拖鱼上的两个换能器, 在与船迹垂直方向上 分别发射一个扇形声 波束,在水平面中波束 宽度一般是1° -2 °, 在垂直面内一般为 20 °-30°, 并且相对水 平面倾斜 10 °
• 侧扫声呐换能器收到海底 各点回波的时间有先后之 分,故记录器在将一次声 波脉冲发射过程中的各点 回波记录时,是按先后次 序依次记录在一条横线上 的。 • 如图所示,0 为零位线,M 为海面线, 它是从海面M 反射回来的回波信号记录 线,OM为换能器吃水深度; A为海底回波信号记录 线,OA(Hf)为换能器至海 底的深度;c为礁顶。
• 颠倒温度计测温记录的整理 • (1) 利用颠倒温度计测标准层水温时, 温度 计读数须作器差订正。 • 闭端温度计还原订正值
• T--经器差订正后的主温表读数;t 经器差订正后的 補温温表读数 , Vo --闭端颠倒温度计的主温表自 接受泡至刻度0℃处的水银容积 , 以温度度数表示。
• （2） 开端颠倒温度计还原订正值 K'
d海底地貌的起伏、海底底 质的性质等有关外,还与传播路径的远近有关。 • 海底有一障碍物 (如暗礁、沉船等)：从a至b 这一段海底基本是平坦的,由于接收机时间增益控 制电路的补偿作用,α至b线的黑度是均匀的。而 隆起物正面b至c一段海底,由于声波的掠射角增大, 反向散射回波强,记录bc段的黑度就加深了。过了 C点以后,由于Oc和Od的斜距有一个突变,因而就有 一段时间内没有回波信号, 直到d点为止,cd 段在 记录纸上就没有记录。再向前,de 段又是平坦海 底。回波记录与 ab 段又一样。
海洋调查与监测
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使用无人浮标站取得全天候的连续资科
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固定浮标是用锚将观测浮标固定在一定的海域内，用 水上、水下仪器监视天气和水体的变化，包括温度、盐度、 海流及水面波浪的变化。
自由漂移浮标(包括水上漂流浮标)，能随波逐流地自 由运动，可以测旦不同位置的天气、温度和海浪，它漂移 的轨迹可以描述海流空间的变化。
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海洋遥感技术时期
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航空遥感和航天遥感有许多共同点，也各有所长和 缺乏，它们是相辅相成的。
飞机可以空投XBT测量海温垂直剖面，进行海水取 样；用专门的浮标装置直接测量海流利海浪；投弃式声学 浮标探测海水声学持性和进行水下声学监测；机载气象传 感器可直接测量大气参数等。
飞机上的海洋遥感器受大气和其他环境因素影响小， 测量结果比航天遥感器准确可靠，是卫星遥感器试验、开 展和地面校准所必不可少的。
如果这种能力得到海洋相大气锅台模式的证实，就 为现今的观测系统和数据系统，以及预报的设计提供了科 学依据。
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世界大洋环流实验(WOCE)
开展对气候变化有用的模式，搜集检验 模式所必需的数据；
确定WOCE特殊数据及表示海洋长期特 性的代表；
寻找测定大洋环流长期变化的方法。
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极地方案
海洋调查一般是在选定的海区、测线和测点上布设和 使用适当的仪器设备，获取海洋环境要素资料，揭示并说 明其时、空分布和变化规律，为海洋科学研究、海洋资源 开发、海洋工程建设、航海平安保证、海洋环境保护、海 洋灾害预防提供根底资料和科学依据。
海洋调查一般分为综合调查和专业调查两大类。
精品PPT
单船调查时期
17【海洋开发与环境保护】海洋减灾防灾之海洋调查探测技术与预报-2011
三、海洋遥感技术
海洋遥感技术可以解决大面积海区同时而又系 统的调查和观测问题。把传感器装在人造卫星、宇 宙飞船、飞机、地面等工作平台上，对海洋进行远 距离非接触观测，取得海洋景观和海洋要素的图像 或数据资料。包括遥感：工作平台、传感系统、信 息处理和应用四部分。 历史：始于二战，发展最早的是河口海岸制图 和近海水深测量中利用航空遥感技术。 1.遥感工作平台 ①地面工作平台 工作平台在地面上，如地面遥感站、车载雷达 等。弱点只能进行定点或局部的观测。
2.被动声纳 被动声纳只处于被动接收状态工作（无源声 纳）。这类声纳根据水中目标所辐射的噪声（如潜 艇螺旋桨的噪声、鱼类噪声等）或声源（如载在鱼 体上作为生态跟踪的小型声源，声信标、爆炸声等） 所发出的声信号，由此判断发声体的位置和特性。 由于潜艇的主要特点和优势就在于它的隐蔽性，主 动声纳工作要发出声脉冲，容易被敌人发现，因此 在潜艇上用途最大的水声设备是被动声纳。海洋中 不少动物能够发声，故可利用被动探测系统监视鱼 群的回游特性，为海洋捕捞提供有价值的数据；利 用深海水听器系统，能准确地测出水下地震、水下 火山爆发的位置和强度等。
3.遥感信息处理 遥感信息处理的目的是： ①把用户看不懂或很难懂的信息转换成用户很 容易看懂的形式，如把照片或计算机用磁带转换成 图。 ②把照片中不明显的信息显示出来。 ③把照片的灰阶（黑白程度）数字化，以便进 行定量测量和计算。 目前，遥感信息处理的方法一般来说有二种： 一是电子光学影像增强技术，即利用电子光学技术 处理遥感照片，使照片中的信息更加突出明显；另 一种是计算机信息处理技术。
2. 调查船特点 ① 低速操纵性：调查作业多以低速行进，要求 船要有灵活的操纵性。 ②导航设备：应用新的无线电导航设备、卫星 导航系统，可进行全球、全天候导航定位。 ③实验室、作业区布局和调查设备：宽大的工 作甲板和实验室空间； ④调查船新型船壳设计：吃水浅、稳定性好。 ⑥动力定位系统：定位要求高的已用此系统。 ⑤计算机网络化：采用计算机网络设计，提高 调查船操纵、动力定位、采样自动化、数据处理等 性能。
【海洋生物资源调查技术】第1章 绪论
2） 管理要求： a) 应通过检查，符合适航标准和安全检查条例； b) 船长及船员应具有相应职位的资质证书； c) 应保证调查人员的必要工作条件和生活条件；
d) 备航和安全检查、教育工作，能按时出海作业；船舶的行动 应尊重首席科学家的意见； e) 应按调查任务的需要准确地操纵船舶，保证航行安全； f) 凡属船上固定的调查设备，均需经常保持良好状态。
d) 应有周密、可靠、有效的安全、消防措施及设备； e) 可在不同航速下连续航行； f) 应有准确可靠的测深、导航定位系统和通讯系统；
海洋生物资源调查与评价
g) 远洋调查船应有较大续航力和自持力,并配有全球导航定 位系统；
h) 海洋生物调查船应有满足需要的拖网绞车，船尾适于拖 网作业；
i) 海洋声、光调查船应噪声低，有较好的防电磁干扰能力； j) 极地考源自船应具有相应的抗风暴和破冰、抗冰能力。
海洋生物资源调查与评价
学科负责人: a) 应取得上岗资质证书，具备中级以上专业技术职称；
应掌握本学科调查基础理论、专业知识与主要要素的操作 技能，能正确处理调查作业中出现的问题；
b) 负责本学科海上作业的顺利完成，返航后负责样品 分析和数据处理等内业活动的圆满完成，负责向调查 项目负责人提交完整调查资料；
d) 应建立仪器设备的管理制度 e) 认真检查水、电、热供应设施是否处于正常开关状态； f) 应建立三废处理制度； g) 保持对有特殊要求实验室的环境条件测试记录； h) 应保持实验室洁净、整齐、有序。
海洋生物资源调查与评价
2、调查船 1）一般要求： a) 应具有适应海洋调查用的甲板及机械设备； b) 应有满足调查作业的实验室； c) 应有调查需要的电源；
海洋生物资源调查技术
海洋调查与观测技术讲义1剖析
生物部分第一节前言1、基本定义1.1 海洋监测marine monitoring在设计好的时间和空间内，使用统一的、可比的采样和检测手段，获取海洋环境质量要素和陆源性入海物质资料，以阐明其时空分布，变化规律及其与海洋开发、利用和保护关系之全过程。
1.2 基线调查baseline investigation对某设定海区的环境质量基本要素状况的初始调查和为掌握其以后间隔较长时间的趋势变化的重复调查。
1.3 常规监测ordinary monitoring在基线调查基础上，经优化选择若干代表性测站和项目，进行以求得空间分布为主要目的，长期逐年相对固定时期的观测。
1.4 定点监测fixed-point monitoring在固定站点进行常年更短周期的观测。
其中包括在岸（岛）边设一固定采样点，或在固定站附近小范围海区布设若干采样点两种形式观测。
1.5 应急监测emergency monitoring在海上发生有毒有害物质泄放或赤潮等灾害紧急事件时，组织反应快速的现场观测，或在其附近固定站临时增加的针对性观测。
1.6 专项调查specific survey为某一专门需要的调查。
如：废弃物倾倒场，资源开发，海岸工程环境评价等进行的调查。
2、监测内容2.1 海洋环境质量监测要素：—海洋水文气象基本参数；—水中重要理化参数、营养盐类，有毒有害物质；—沉积物中有关物理参数和有毒有害物质；—生物体中有关生物学参数生物残毒及生态；—大气理化参数；—放射性核素。
2.2 项目选定原则除水文气象项目必测外，其他项目的选定原则是：—基线调查应是多介质且项目要尽量取全；—常规监测应选基线调查中得出的对监测海域环境质量敏感的项目；—定点监测为海水的pH、浑浊度、溶解氧，化学耗氧量、营养盐类；沉积物的粒度、有机质、氧化还原电位；生物的体长、重量、年龄、性腺成熟度等；—应急监测和专项调查酌情自定。
3、测站布设原则3.1 测站布设的基本要求3.1.1 依据任务目的确定监测范围，以最少数量测站，所获取的数据能满足监测目的需要。
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侧扫声纳描隆起物的情形
扫描声纳图像
• ( 三) 鱼探仪 • 在 20 年代初使用测深仪的时候 , 一些细心的航海 家仔细观 察了测深仪记录之后 , 发现在记录上除 了海底反射信号之外 , 还 出现星星点点的黑斑。 经过仔细研究, 发现这种黑斑原来是鱼的反射信号, 黑斑越多, 鱼就越多。所以垂直测深仪经过改进 , 就 成为专门的鱼探机。现代的鱼探机都已小型化 , 功能增强, 可利 用获得的鱼群回波, 大致判断出鱼 群的位置、范围和密集程度。 通常使用垂直探鱼 仪可以探测底层的鱼类; 水平探鱼仪能探测上层和 中层的鱼类, 估计鱼群的大小和范围。
• 四.水声通讯技术 • 水声通讯是无缆的水下信息传输设备， 利用海水介质以应答和自动方式实时的传 输各类传感器的输出数据至岸战、指挥船 或水面浮飘。 主要有水声通讯机、水下图像传输、水 声遥测遥控系统。
（一）水声通讯机 利用声波在水下传递信息的设备 分两种： 第一种：载波语言调制声波或直接辐射语 言声波 • 第二种：数字编码通讯 • • • •
（二）侧扫声纳
• 又称“旁视声纳”或“海底地貌仪” • 侧扫声纳的水平波束角极窄 , 般只 有 1.5°-2.5°, 垂直波束角为 10° - 30° • 组成：拖曳体 、拖缆、绞车收放装 置、发 射接收系统及终端记录装 置组成。
侧扫声纳拖曳体
侧扫声纳示意图
• 发射机与换能器基阵相对应，分左右两个 发射机，统一于主控同步触发脉冲，产生 的振荡脉冲分别送入左右换能器阵列，转 换成声波脉冲向两侧海底辐射 。 • 为补偿回波随时间（距离）增大引起的声 波衰减，接收机设有时间增益控制，放大 倍数随着声波传播时间变化。
• 拖鱼上的两个换能器, 在与船迹垂直方向上 分别发射一个扇形声 波束,在水平面中波束 宽度一般是1° -2 °, 在垂直面内一般为 20 °-30°, 并且相对水 平面倾斜 10 °
• 侧扫声呐换能器收到海底 各点回波的时间有先后之 分,故记录器在将一次声 波脉冲发射过程中的各点 回波记录时,是按先后次 序依次记录在一条横线上 的。 • 如图所示,0 为零位线,M 为海面线, 它是从海面M 反射回来的回波信号记录 线,OM为换能器吃水深度; A为海底回波信号记录 线,OA(Hf)为换能器至海 底的深度;c为礁顶。
水下探头部分
• 目前国内外广泛使用的 CTD 剖面仪有 Neil/Brown MarkⅢ型和 SeaBird 911 型。 MarkⅢ型CTD由水下部分和船上接受部分组成, 两 部分之间用绞车电缆连接。水下部分也称探头, 它用来感应需测量的物理量并将它们转换成移频 信号, 通过铠装电缆传送到船上的接受部分。 • 水下部分主要包括压强(D)、温度(T)和电导率(C) 传感器相应的接口、10KHZ 振荡器、精密的AC数 字化器、格式器、控制器及移频调节器等电子元 件器件和线路。
• 双频探测仪—同时高低频发射 • 低频深度Hlf，高频深度Hhf • 淤泥厚度
• 4.四波束扫海测深仪 • 四波束扫海测深仪具有安装灵活、操作方 便等优点。 • 在航道、港口及近岸地区大比例尺水下地 形测量及障碍物探测中得到了广泛应用 。 四波束扫海测深仪主要由四个收、发台的 换能器, 同步控制器和记录器组成。 安装方式有舷挂式和悬臂式两种
• ( 四 ) 声学多普勒海流计 • 用于测量海流速度的仪器。即以海底和海水作 为调查声源的参照物, 从船上向海中发射频率稳定 的声脉冲信号, 当声波到达海底, 相对运动船上的 声源, 就会产生多普勒频移, 由船上的接 收器接收 海中和海底的声散射信号, 通过计算机就可获得各 层海水流动的速度。在此基础上, 还研制了剖面海 流计。采用这些设备, 发现了大洋中有周期几十秒 到几十分钟的内波传播。
• Tw 闭端颠倒温度计经器差和还原订正后的主温表 读数 ( 即当场水 温 ); t ‘ --开端颠倒温度计的辅温 表经器差订正后的读数; T ’ --开端颠倒温度计的主 温表经器差订正后的读数； V0‘ --开端颠倒温度计 的主温表自接受泡至刻度0℃处的水银容积 , 以温 度度数表示
• 3）电子式温盐深自记仪 (CTD) 测温 • CTD 仪自 1974 年问世 后很快被用于海洋调查 中, 近年来在我国海洋调 查中也日益广泛地使用 CTD 仪。
• 原理： • 当投下使锤,击中释放器的撞击 开关, 于是挡钩张开, 仪器上端 离开钢丝绳,整个仪器以固定点 为中心, 旋转180°这时 , 通过 连接杆使上下活门 自动关闭。 当连接杆移动过圆锥体的金属 片之后, 上下活门自动关闭。 • 当仪器上端离开钢丝绳的同时, 使锤继续沿钢丝绳下落, 击中固 定夹体 上的小杠杆 , 使锤在钢 丝钩上的第二个击锤又沿着钢 丝绳下落, 击中下一个 采水器 的撞击开关, 使下一个采水器也 自动颠倒、采水。
海洋观测仪器
• （1）海洋物理性质观测仪 • 1）颠倒采水器 • 结构：颠倒采水器是由一个具有活门的采水桶构 成 , 在上下活门的两端装有平行杠杆 , 通过连接 杆将平行杆连接在一起 , 使上下活门可以同时启 闭 , 通 过仪器下端的固定夹杆和上端的释放器及 穿索切口把颠倒采水器固定在直径不大于 5 mm 的钢丝绳上。
• 在离贮蓄泡不远的毛细管上 , 有一狭窄处 (9), 并从这里向贮蓄泡方面伸出一盲枝当温 度计被颠倒时 , 水银必须永远断在盲枝的分 枝处 , 这是决定温度计示数量确性的主要原 因。在盲枝上面不远的地方,有一个弯了一 圈的困环,整个圆环部分的毛线管部很彭大, 它是用来容纳在温度计颠倒后由于温度升 高而从贮蓄泡膨胀出来的水银。
—回声探测仪、侧扫声纳、鱼探器、声学多普勒海流计。
• • • •
被动声纳 声纳重入系统 水声遥测控制 水声通讯议
• 一.主动声纳
主动声纳工作原理框图
（一）回声探测仪（测深仪）
• 1.基本原理 • 声波在均匀介质 中做匀速 直线传播, 在不同介面上 产生反射, 利用这一原 理, 选择对水的穿透能力最佳、 频率在 1500Hz 附近的超 声波, 在海面垂直向海底 发射声信号, 并记录从声 波发射到信号由水底返回 的时间间隔, 通过模拟或 直接计算, 测 定水体的深 度。
• 颠倒温度计的结构和原理 • 颠倒温度计有闭端 ( 防压 ) 和开端 ( 受压 ) 两种 , 均需配在颠倒采水器上使用。前者用 于测量水温, 后者与前者配合使用，确定仪 器的沉放深度。
• 2）颠倒温度计 • 原理： • 将两支温度计--主要温度计 ( 简称主温 1) 和辅助温度计 ( 简称辅温 2) 一同装在 一个厚壁玻璃套 (3) 内。主温用于测量 水温, 辅温用于测量玻璃套管内的温度 以进行还原订正。主温与辅温互相倒置, 用两金属箍 (4) 和 (5) 固定在一起 , 并用 软木塞 (6) 及镶在金属箍上的弹簧片 (7) 固定在厚壁玻璃套管内 。 • 主温由贮蓄泡和与其相连的毛细管 (8) 构成 , 在贮蓄泡与外套管之间的间隙 里，为了消除空气的绝热作用而装有 银 , 并用软木塞 (6) 堵住使它不往外涌 , • 水银不能完全装满 , 以免温度计沉入后 贮蓄泡受到压力而破裂。
d e 侧扫声纳系统拖曳式工作方式
•
回波信号的强弱除与海底地貌的起伏、海底底 质的性质等有关外,还与传播路径的远近有关。 • 海底有一障碍物 (如暗礁、沉船等)：从a至b 这一段海底基本是平坦的,由于接收机时间增益控 制电路的补偿作用,α至b线的黑度是均匀的。而 隆起物正面b至c一段海底,由于声波的掠射角增大, 反向散射回波强,记录bc段的黑度就加深了。过了 C点以后,由于Oc和Od的斜距有一个突变,因而就有 一段时间内没有回波信号, 直到d点为止,cd 段在 记录纸上就没有记录。再向前,de 段又是平坦海 底。回波记录与 ab 段又一样。
回声探测仪原理图
• 水深的计算
• H：水深， C：声速（1500m/s） • D：换能器吃水深度
• 2.回声探测仪的组成
• 3.仪器的校正 小于20m，改正法 大于20m，水文资料改正法
改正法：直接测量，修正
• 水文资料改正法 吃水改正数 ΔHb 转速改正数 ΔHn 声速改正数 ΔHc 总改正数
第一章 海洋调查和探测技术
第二部分
第四节 水声探测技术
• 水下探测技术 • 电磁波不同波段的衰减问题 • 20赫到2万赫 • 1490年达.芬奇艺术家，闭口管听船音。 • “泰坦尼克”----英国科学家L.F.理查逊 两项 专利。美国科学家费森世界上第一台测量 水下目标的实用装置。
• 声纳系统通常包括： • 主动声纳
第五节 海洋观测仪器
一、海洋观测仪器的种类 按原理： 声学式仪器 光学式仪器 电子式仪器 机械式仪器 遥测遥感仪器
• • • • •
按操作方式： 投弃式 自返式 悬挂式 拖曳式
海洋观测仪器
• • • • • 按所测要素分类 （一）海洋物理性质观测仪 （二）海洋化学性质观测仪 （三）海洋生物观测仪 （4）海洋地质及地球物理观测仪
• 一.被动声纳 • 无源声纳---根据水中目标所辐射的噪声或 声源所发出的声音信号，判断所发声体的 位置和特性。
• （三）动态定位和井口重入技术 • 在海底放一个水声应答器作为基准点,同时在船 上布放三个水听器进行应答测距.在下钻作业时船 上向基准点应答器发出脉冲, 应答器收到信号之 后发出回答脉冲,这回答脉冲被船上的三个测距水 听器收到,这时可以测出三个水听器与基准应答器 的距离。当外界条件使船位移时,水声应答器测距 系统随即测出这三个距离的变化。将这些数据送 入计算机,计算出船位的水平移动量,再开动几个 可变螺距的推进器,使船复位,也就是使三个距离 和原来的一样。这样,船在不断运动中保持位置不 变.
• 颠倒温度计测温记录的整理 • (1) 利用颠倒温度计测标准层水温时, 温度 计读数须作器差订正。 • 闭端温度计还原订正值
• T--经器差订正后的主温表读数;t 经器差订正后的 補温温表读数 , Vo --闭端颠倒温度计的主温表自 接受泡至刻度0℃处的水银容积 , 以温度度数表示。