海洋测绘的应用和发展

海洋测绘的应用和发展

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摘要：海洋测绘是测绘学的一个分支学科。从这个分支学科的名称，我们就可以清楚地知道，海洋测绘的对象是海洋。海洋测绘不仅要获取和显示这些要素各自的位置、性质、形态，还包括他们之间的相互关系和发展变化，如航道和礁石、灯塔的关系，海港建设的进展，海流、水温的季节变化等。它也是一项基础性和超前性工作,一切海上活动都离不开海洋测绘保障,特别是在大力开发海洋、利用海洋的今天,海洋测绘的作用愈来愈重要。由于海洋区域与陆地区域自然现象的重要区别在于分布有时刻运动着的水体，使它的测绘方法与陆地测绘方法有明显的差别，因此陆地水域江河湖泊的测绘，通常也划入海洋测绘中。

关键字：早期发展 海洋 海洋测绘 海上定位 海洋大地测量水下地形测量 海道测量海洋重力场 磁力场测量 航空摄影测量 卫星遥感测量 海图制图 GPS定位 新进展

海洋测绘是测绘学的一个分支学科。从这个分支学科的名称，我们就可以清楚地知道，海洋测绘的对象是海洋。尽管大海一片汪洋，由于海洋是由各种要素组成的综合体，因此海洋测绘的对象可以分解成各种现象。这些现象可分成两大类，就是自然现象和人文现象。自然现象是自然界客观存在的各种现象，如曲曲折折的海岸，起伏不平的海底，动荡不定的海水，风云多变的海洋上空。用科学名词来说，就是海岸和海底地形，海洋水文和海洋气象。它们还可以分解成各种要素，如海岸和海底的地貌起伏形态、物质组成、地质构造、重力异常和地磁要素、礁石等天然地物，海水温度、盐度、密度、透明度、水色、波浪、海流，海空的气温、气压、风、云、降水，以及海洋资源状况等。人文现象是指经过人工建设、人为设置或改造形成的现象，如岸边的港口设施——码头、船坞、系船浮简、防波提等，海中的各种平台，航行标志——灯塔、灯船、浮标等，人为的各种沉物—一沉船、

水雷、飞机残骸，捕鱼的网、栅，专门设置的港界、军事训练区、禁航区、行政界线—一国界、省市界、领海线等，还有海洋生物养殖区。这些现象，包含有海洋地理学、海洋地质学、海洋水文学和海洋气象学等学科的内容。

海洋测绘不仅要获取和显示这些要素各自的位置、性质、形态，还包括他们之间的相互关系和发展变化，如航道和礁石、灯塔的关系，海港建设的进展，海流、水温的季节变化等。

由于海洋区域与陆地区域自然现象的重要区别在于分布有时刻运动着的水体，使它的测绘方法与陆地测绘方法有明显的差别，因此陆地水域江河湖泊的测绘，通常也划入海洋测绘中。

海洋测绘的早期发展

海洋测绘大致可分3个阶段：①20世纪30～50年代中期，开始对海洋进行地球物理测量，包括海洋地震测量、海洋重力测量等。这阶段利用回声探测数据绘制海底地形图，揭示了海洋底部的地形地貌；利用双折射地震法获取大洋地壳的各种地球物理性质，证明大洋地壳与大陆地壳有显著的差异。②1957～1970年，实施了国际地球物理年（1957～1958）、国际印度洋考察（1959～1965）、上地幔计划（1962～1970）等国际科学考察活动，发现了大洋中条带磁异常，为海底扩张说提供了强有力的证据，揭示了大洋地壳向大陆地壳下面俯冲的现象，观测了岛弧海沟系地震震源机制。③70年代以后，广泛应用电子技术和计算机技术于海洋测绘中。

海洋测量的特点

海洋测量的对象是海洋，而海洋与陆地的最大差别是海底以上覆盖着一层动荡不定的、深浅不同的、所含各类生物和无机物质有很大区别的水体。

由于这一水体的存在，使海洋测量在内容、仪器、方法上有如下明显不同于陆地测量的特点：

由于这一水体，使目前海洋测量只能在海面航行或在海空飞行中进行工作，而难以在水下活动。因而在海洋水域没有居民地，也没有固定的道路网，除浅海区外，也没有植被。因此海洋测量的内容主要是探测海底地貌和礁石、沉船等地物，而没有陆地那样的水系、居民地、道路网、植被等要素，而且海底地貌也比陆地地貌要简单得多，地貌单元巨大，很少有人类活动的痕迹。但这并不是说海洋测量比陆地测量要简单得多，相反，海洋测量在许多方面比陆地测量要困难。

首先，水体具有吸收光线和在不同界面上产生光线折射及反射等效应，在陆地测量中常用的光学仪器，在海洋测量中使用很困难，航空摄影测量、卫星遥感测量只局限在海水透明度很好的浅海域。海洋测深主要使用声学仪器。但是超声波在海水中的传播速度随海水的物理性质，如海水盐度和温度等的变化而不同，这就增加了海洋测深的困难。

其次，由于水体的阻隔，肉眼难以通视海底，加上传统的回声测深只能沿测线测深，测线间则是测量的空白区，海底地形的详测需要进行加密，或采用全覆盖的多波束测深系统，这就会大量地增加测量时间和经费。

再次，由于海水是动荡不定的，这为提高海洋测量的精确性造成极大的困难。

最后，目前海洋测量的载体主要是船舶，而船舶的续航力很有限，出测又受到天气和

海况的限制，全球海域又如此广大，因此详测全球海域需要漫长的时日。

在航海图上，不以平均海面时的海陆交界线作为海岸线。因为这条线在高潮时淹没在水中，低潮时虽露出水面，但其痕迹被大潮高潮时的海水所冲刷，在实地上很难判别其位置。而海岸线上的某些特征，如岬角、特殊颜色等又是航海时确定船位和方向的重要目标。确定有明显痕迹的位置作为海岸线，对航海是极有用处的。根据分析研究得知，平均大潮高潮时的海陆交界线，常常有明显的痕迹。如在陡岸上，一般都留有海水侵蚀过的痕迹；有植被的海岸地段，有不被海水浸泡的陆地植被的生长界线；平坦海岸上，有海浪活动的最上痕迹和水生植物枝叶的堆积；通常海水浸泡和冲刷过的岩石和沙土的颜色不同于未经海水浸泡过的颜色等。根据上述种种痕迹，首先在实地上确定海岸线的位置，然后用地形测量的方法，就可将其测绘在图上。

海洋工程测量与陆地工程测量类似，在工程建设前和建成后都要进行测量。现以比较典型的海洋工程测量项目——港口工程测量为例予以介绍；

港口工程建设前，需要进行选址、总体规划和技术设计等工作。其中码头选址不仅需要陆地地形图，还需要许多海洋测量资料。因为码头打桩或开挖填筑基础，需要水深、底质、地质构造、地震等资料；为了减轻建成后海浪冲击和泥沙淤积，需要有海流、波浪等水文资料；为确定码头高度，还要潮汐、甚至于历史上的大潮和风暴潮的资料；另外，进出港航道、泊地的选址，船坞、防波堤的建设，助航标志、系船浮筒的设置等都需要有大比例尺的水深测量资料。由于港口大都建在河口、海湾等易变海区，建港所需的资料通常都需建港前实测。

卫星定位系统在海洋测绘中的应用及定位

1. 概述

海洋测绘主要包括海上定位、海洋大地测量和水下地形测量。海上定位通常指在海上确定船位的工作。主要用于舰船导航，同时又是海洋大地测量不可缺少的工作。海洋大地测量主要包括在海洋范围内布设大地控制网，进行海洋重力测量。在此基础上进行水下地形测量，测绘水下地形图，测定海洋大地水准面。此外海洋测绘的工作还包括海洋划界、航道测量以及海洋资源勘探与开采（如海洋渔业、海上石油工业、大陆架以及专属经济区的开发）、海底管道的敷设、近海工程（如海港工程等）、打捞、疏浚等海洋工程测量、平均海面测量、海面地形测量以外，还有海流、海面变化、板快运动以及海啸等测量。

海上定位是海洋测绘中最基本的工作。由于海域辽阔，海上定位可根据离岸距离的远近而采用不同的定位方法，如光学交会定位、无线电测距定位、GPS卫星定位、水声定位以及组合定位等。

2. 用GPS定位技术进行高精度海洋定位

为了获得较好的海上定位精度，采用GPS接收机与船上的导航设备组合起来进行定位。例如，在GPS伪距法定位的同时，用船上的计程仪（或多普勒声纳）、陀螺仪的观测值联合推求船位。

对于近海海域，还可采用在岸上或岛屿上设立基准站，采用差分技术或动态相对定位技术进行高精度海上定位。如果一个基准站能覆盖150KM范围，那麽在我国沿海只需设立三到四个基准站便可在近海海域进行高精度海上定位。经多年研究，不断成熟的广域差分技术（WASGPS），可以实现在一个国家或几个国家范围内的广大区域进行差分定位。2000年之后，将利用建成的纯民间系统GNSS进行全球范围内的导航定位。

利用差分GPS技术可以进行海洋物探定位和海洋石油钻井平台的定位。进行海洋物探定位时，在岸上设置一个基准站，另外在前后两条地震船上都安装差分GPS接收机。前面的地震船按预定航线利用差分GPS导航和定位，按一定距离或一定时间通过人工控制向海底岩层发生地震波，后续船接收地震反射波，同时记录GPS定位结果。通过分析地震波在地层内的传播特性，研究地层的结构，从而寻找石油资源的储油构造。根据地质构造的特点，在构造图上设计钻孔位置。利用差分GPS技术按预先设计的孔位建立安装钻井平台。具体方法是在钻井平台上和海岸基准站上设置GPS系统。如果在钻井平台的四周都安装GPS天线，由四个天线接收的信息进入同一个接收机，同时由数据链电台将基准站观测得数据也传送到钻井平台的接收机上。通过平台上的微机同时处理五组数据，可以计算出平台的平移、倾斜和旋转，以实时检测平台的安全和可靠性

海洋测绘学的新进展

全国政协十一届二次会议7日下午3时举行第二次全体会议，全国政协港澳台侨委员会副主任陈明义在发言中呼吁，要像抓航天事业那样，大力推进海洋的探测与开发，我国的航天事业已取得举世瞩目的成就，我们要像抓航天事业那样，大力推进海洋的探测与开发，做大做强海洋产业，努力建设海洋强国。 我们要努力去进展新的方向：

（一）海道测量。在海洋测深过程中，为解决回声测深仪波束角效应使记录的测深图像失真问题，提出了波束角效应的改进模型及其改正算法。针对多波束测深数据集，采用改进的距离反比权重算法和多细节层次模型技术来建立海底数字地形模型（DTM）。应用双频GPS动态后处理高精度定位技术建立了一套完整的GPS无验潮海洋深度测量作业模式，显著提高了水深测量成果的精度。

（二）海洋重力场与磁力场测量。有关海洋重力的确定，首先研究了建立我国陆海新

一代平均重力异常数字模型问题：基于重力场的频谱理论，给出了扰动引力在全球平均意义下的功率谱表达式；推导了垂线偏差同大地水准面差距偏导数的转换公式；推导了水平重力梯度边值问题的级数解。

对海洋磁力测量的研究，从磁偶极子磁场出发，推导出一个简单的测线间距计算公式。基于磁力线定义和均匀磁化球体周围的磁场分布，推导出一个简单的磁力线簇公式。以陆用地磁日变站为基础，结合DGPS系统和浮标技术，自行设计开发数据实时采集与传输系统。采用布设海底地磁日变观测锚系的技术方法，解决了远海区磁测日变改正观测资料问题。

（三）空基海洋测绘技术。首先是重点研究了利用有理函数模型实现高分辨率卫星CCD影像的单片定位的方法；其次是提出了一种遥感图像半自动提取建筑物的方法；第三是提出了一种基于多分辨率小波高频特征系数的高光谱遥感影像亚像素目标识别方法；第四是针对IKONOS高分辨率卫星影像处理中的不适应性，提出一种更为精确细致的图像融合方法——自适应小波包分析法；第五是从测高卫星飞行轨道的规律出发，提出了采用“距离加权平均”计算正常点海面高的新方法；第六是研究了观测卫星的选择对基线解算质量的影响，提出了提高基线解算质量的人工选星的基线处理方法。

（四）海图制图与海洋地理信息工程。首先是提出了基于Circle原理和“优胜劣汰”思想的地图综合新算法；其次是探讨了数字测图中的坐标变换方法，总结了一套作业思路和方法；第三是提出了基于Flash技术制作多媒体电子地图的解决方案及实现过程；第四是研究了一种由计算机自动生成Delaunay三角网的增点生长构造法；第五是实现了MapInfo图形数据在IE中的显示与浏览，从而验证了用VML实现地理空间数据可视化的

可行性。

参考文献：

1.《海洋测量学》——淮海工学院

2.《GPS定位与应用》——淮海工学院

3. 海洋测量特点——国家测绘局国土司2007-09-24

4. 中国经济网2009年03月07日

5. 海洋重力测量发展的新阶段 —— 国外地质科技 - 章敏

6．中国测绘学科发展蓝皮书（2006）•测绘科学技术学科发展综合报告