海岛礁测绘技术

海岛（礁）测绘技术

国家测绘地理信息局重点实验室

科技发展2013年度综述

一、所属学科及研究领域发展概述

我国拥有多达18000千米的海岸线、广阔的大陆架和300多万平方千米的海洋疆土，合理开发和利用海洋资源、科学保护海洋环境是实现我国经济可持续发展战略的重要基础。我国已经制定并逐步实施蓝色经济战略，沿海各省市区也加大海洋投入，也是经济转型的重要一环。海岛（礁）测绘不仅统一陆海测绘基准，为陆海地理信息共享和应用奠定基础，而且开展海岛（礁）基础测绘工作，提供海岛（礁）位臵、地形地貌等基础地理信息，这对海岛（礁）开发利用、海洋经济发展、国防建设等具有举足轻重的作用。

随着3S（GNSS、RS和GIS）技术、卫星通讯技术、信息技术、数据处理技术、地球科学等领域的发展,包括海岛（礁）的海洋测绘逐步进入以数字式测量为主体、以信息化技术为支撑、以智能化技术为代表的现代海洋测绘的新阶段。

二、国内外发展现状及趋势

1.海洋测绘基准研究

海洋测绘基准理论研究不仅包括全球、区域和局部基准的建立、维持和更新，而且包括数据采集的方法和数据处理与分析，建立无缝海洋测绘基准，实现陆海基准统一，提供不同基准之间的转换和传递。为此，国际上重点对数据采集方法和技术进行研究，尽可能多的高精度采集相关数据，如验潮、船载重力、航空重力、卫星重力、卫星测高、地形测量、海洋测深、GNSS、水准测量等，研究多源数据融合处理方法，将传统的大地测量边值问题进行拓展。

我国于2011年8月发射了首颗测高卫星HY-2A，已经采集了丰富的海洋数据，其研究主要集中在：（1）HY-2A卫星精密定轨，集成星载GPS、DORIS和SLR等技术实现了厘米量级的精密径向轨道；（2）对0级数据进行处理，获得了高精度的GDR数据，构建了我国HY-2A 测高数据的精确处理系统；（3）建立了HY-2A校标系统，初步形成了我国的卫星测高检校技术；（4）开展了我国HY-2A数据在物理海洋等领域的应用。国际上目前在轨的测高卫星主要有美国Jason-1/2、ESA 的EnviSat、CRYOSAT-2等。2013年2月，印度与法国合作发射了SARAL 测高卫星。

2.海底探测

由于海底范围广袤，依靠水下摄影、拖网、抓斗取样等方式获得大面积的海底底质和地层结构分布情况，效率极低，借助声学调查手段实现海底参数反演和自动分类是目前国际上最为有效的方法。

重磁震等地球物理勘探成果的联合反演是解决复杂地质问题所用的综合地球物理解释方法，是目前可信的定量的综合地球物理解释技术。自上世纪80年代以来，地球物理场联合反演技术已经取得了长足发展，发展了两两地球物理参数之间互为约束的反演技术及更高精度的联合反演计算方法。随着重磁三维技术的发展，现已发展到三维基础上的联合反演综合研究。

在我国，海底声学特性的研究比较薄弱，在海底参数的数据收集和分类理论模型的建立等方面与国外的差距仍然很大。由于实验设备、实验方法等限制，国内对海底沉积物声学分类技术的研究大都仅限于基础方面，或是针对特定的海域，或是针对特定的沉积物类型，或仅针对一至二种设备，实用性不太高。由于海底环境的复杂性，基于单一声学设备或技术进行参数反演和分类很难达到理想效果。

近十多年以来，多波束声纳技术得到迅速发展，设备波束数已达到上千个，测深精度和成像分辨率逐渐提高，硬件体积逐渐减小，浅水多波束已推出便携式产品，已逐渐成为大范围海底地形地貌、底质分类、目标探测广泛采用的声探测设备。

3.GNSS在海岛（礁）测绘中的应用

目前，GNSS在海岛（礁）测绘方面的应用，主要体现于海岛（礁）

区域的大地控制网布设、空间信息采集技术、海底地形信息采集的手段、大地基准面的精化和深度基准的确定。

目前，我国已经利用GPS基准站的观测数据建立了CGCS2000坐标系，为海岛（礁）测绘提供了新的参考系统；已经建立了覆盖全国80海里以内的近海岛（礁）包括770个大地控制点的国家海岛（礁）大地控制网，以及6400个主要海岛（礁）精确定位等工作。下一步GNSS定位技术在此发挥更重要的作用。

对于沿海岸线或沿海陆路区域，通常采用基于GNSS实时动态作业模式的RTK技术和基于CORS的RTK技术；较远的海区则较多采用GNSS 接收机与其他设备联合定位。在信息采集方面，随着遥感信息的采集和发展，GPS辅助与信息采集的测量平台也由单一船载向与机载、星载相结合转化。海岛（礁）测绘研究者先后利用TM多光谱资料和SPOT 资料在岛礁定位、岸滩监测、岸线确定、浅海测深、海图修测等方面做了大量的工作。武汉测绘科技大学利用卫星遥感手段提取了南极中山站附近冰面的高程信息，绘制成冰面地形图。在利用TDPEX/印SEIDON卫星测高数据研究中国海域及太平洋西北部海域海面地形方面，我国也取得较大进展。

4.遥感在海岛（礁）测绘中的应用

我国拥有面积大于500平方米的海岛6500多个，无人岛多、有人岛少, 近岸岛多、远岸岛少。由此，遥感技术以其优势成为海岛保护与规划利用的主要技术手段。尤其是高空间分辨率的影像在海岛自然资源、环境方面的监测，已趋常态化，2013年４月20日国土资源部

20日公布《2012年中国国土资源公报》称，中国已建立以航空监测为主要手段，卫星、无人机、船舶巡航等作为辅助的国家海岛监视监测体系，完成4406个海岛的航空遥感监测。

基于World View2数据，对海南蜈支洲岛进行光谱分析与信息提取。利用多时相遥感资料，叠合海图，集成遥感和地理信息技术，实现海岛礁动态变化检测，例如江苏东沙的动态变化，长江口冲积沙岛的冲淤变化，江苏西太阳沙长期的稳定性及其演变规律，上海九段沙的岸线变迁过程及其变化趋势，罗斗沙岛的动态变化等。

利用遥感影像也可以实现海岛礁土地利用分类，集成人工智能、地理信息技术和光谱特征，实现高精度的海岛礁土地利用及其变化检测，如西门岛土地利用分类、镆铘岛土地利用分类、广东省海岛海岸带土地利用变化及其驱动因子、浙江洞头县海岛岸线及填海造地的土地类型变化监测等。

集成多源遥感数据研究海岛礁生态环境，开展海岛礁灾害评估。中国复旦大学赵斌等人应用三套陆地卫星LANDSET TM 和 ETM 遥感数据集对中国崇明岛东海岸 1990-2000 年这 10 年内生态系统服务功能价值变化的分析，给出了研究区域生态系统服务功能价值的等级评价，得出了该区域生态系统服务功能下降了 62％的结论。近年来开始有学者结合遥感及景观生态对海岛生态系统健康进行评价。林明太等（2010）在RS和GIS技术支持下,利用1993和2005年遥感资料, 选取景观斑块数、多样性指数、均匀度、优势度、分维数、破碎度等反映景观空间格局的指数, 对福建省旅游型海岛典型代表湄洲岛的