我国海洋测绘技术的新进展

姜超　张东华

【摘要】本文分析了海洋测绘技术的概念、学科体系建设以及测绘技术新进展，希望能够对读者提供一些借鉴和参考。

【关键词】海洋测绘；简介；学科体系；新进展

一、前言

海洋测绘技术在国防和经济建设中意义重大，随着信息技术的发展，海洋测绘技术也不断进步，在海洋事业中发挥重大作用。

二、海洋测绘简介

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。

海洋测绘的方法主要包括海洋地震测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海底热流测量、海洋电法测量和海洋放射性测量。因海洋水体存在，须用海洋调查船和专门的测量仪器进行快速的连续观测，一船多用，综合考察。基本测量方式包括：

1、路线测量。即剖面测量。了解海区的地质构造和地球物理场基本特征。

2、面积测量。按任务定的成图比例尺，布置一定距离的测线网。比例尺越大，测网密度愈密。在海洋调查中，广泛采用无线电定位系统和GPS技术。

三、海洋测绘的学科体系

1、海洋测绘的学科概念

海洋测绘是由测绘学、航海学、海洋学、水声工程、计算机原理、图形图像学、信息学等构成的一门交叉学科，是按照人类海洋认知和海上活动的需求，研究海洋及毗邻陆地的自然和人文等地理现象的抽象、控制、获取、描述、服务的一门科学和技术。早期的海洋测绘学科，只有海道测量和海图制图两个分支。20世纪初，声学测量设备的问世标志着海洋测绘进入了电子化、专业化时代，随后出现了航海图测绘、港口管理和工程测绘、内陆水域测绘、近海工业测绘、近海地震测绘和军事海道测绘等多个学科方向。近年来，随着卫星、通信、计算机、数据处理等科学技术的发展与应用，海洋测绘领域迎来了一场数字化、信息化的新变革，现代海洋测绘已涵盖海道测量、海洋大地测量、海底地形测量、海洋（重力、磁力、底质等）专题测量、海图编制、海洋地理信息系统等多个方向，多元、高精度和数字化的测绘信息已广泛应用于国防建设、国民经济建设和科学研究的各个方面。

2、海洋测绘的学科意义

海洋测绘是海洋测量和海图绘制的总称，即以海洋及毗邻陆地区域的自然现象、人文现象等作为研究对象，通过抽象、控制、观测、管理、加工和服务等技术手段和方法，形成海图等纸质或数字产品，从而全面表达海洋地理空间要素及其相关的人文要素，服务于人类认知海洋及海上活动的需要。海洋测绘学科主要有科学性和应用性两大任务，通过物理海洋测量和几何海洋测量等技术手段，获取海洋及其邻近陆地、江河湖泊等的基础地理信息，以及重力、磁力、海底地形、海底底质等海洋信息。海图及海洋地理空间信息是海洋测绘的最终产品，它们分别是地理科学的第二和第三语言。因此，现代海洋测绘的核心任务是提供海洋地理空间信息服务，通过海图、海洋地理空间信息告诉人们海洋地理空间的某一物体（目标）在某一时刻、某一地点发生的变化。21世纪被誉为“海洋的世纪”，人类面临陆地资源即将枯竭的问题，海洋将成为人类赖以生活的第二家园。海洋测绘技术及应用将为人类一切海上（航运、生产、科研）活动提供全方位、全过程、全时段、多时空、多层次、多环节的海洋地理空间信息服务与安全保障支持，是发展海洋经济，实现“海洋强国”战略决策的重要基础。

四、海洋测绘技术的新进展

1、水下综合定位与导航技术

电磁波在海水中的衰减较快，穿透数米就丢失能量，所以陆上定位以及导航技术在海洋测绘中无能为力。不过，声波可以传播数百公里而不会出现明显损失，因此可以使用声学系统进行水下的定位以及导航，根据声基线距离可以将声学系统分成超短基线系统（USBL/SSBL）、长基线系统（LBL）以及短基线系统（SBL）。其中USBL/SSBL由3个以上的相距2cm的单元来构成水听器基阵，分析测量信号到达各个接收单元之间的相位差以及斜距来进行定位，其定位精度为2～3m。SBL则布设声信标，在测量船下方安置3个相距较远水听器，分析声信标到水听器往返的距离以及时间差来进行定位，其定位精度是5m，现在一些海域测绘中已很少使用。LBL则在海底布设3个相距较远的声信标，分析测船换能器的声信标到测船之间的距离来进行定位，其精度是2m左右。因为距离是由声波传播时间以及声速来计算，所以为改善声学定位的精度，需了解测区声速结构。

2、AUV/ROV关键测绘技术

在海洋测绘技术的研究当中，水下航行器作为有效工具，伴随水声通信以及能源、导航等技术的发展而得到广泛应用。水下航行器分为有缆遥控航行器（ROV）以及自主航行器（AUV）。其中AUV同ROV相比有着结构简单、造价低以及重量轻等优点，活动范围更广并且潜水深度大，可以胜任复杂的海洋测绘环境，并且不需要复杂的水面平台支持，因而在一些海域测绘中得到重视。AUV在执行水下测绘任务时需要导航、制导以及控制系统的协调，导航系统提供位置以及姿态信息，而制导系统则考虑任务目标以及作业环境，来制定而合理的航路，控制系统则保证AUV根据制导系统的路径航行。随着水下导航定位技术的进步，基于AUV/R0V的水下精密测量成为可能。

3、海洋遥感信息技术

海洋遥感信息技术是根据地物电磁的辐射原理来获取信息，其传感器根据工作方式的不同可以分成主动式以及被动式，其中被动传感器有多光谱扫描仪、水色扫描仪以及热红外辐射计等，而主动传感器有微波散射计、雷达高度计以及合成孔径雷达等，其中最常用的传感器是陆地卫星装载多光谱扫描仪TM以及ETM，空间分辨率达到30m，可以绘制海岸线、沉积与侵蚀、监测污染以及绘制水域水深图等。此外红外传感器探测波段有着较强穿透力，辐射强度同发射物体的绝对温度成正比，可以监测海面温度以及沿岸海流。目前在运用海洋遥感信息技术的过程中，主要监测近岸海流、近岸工程、港湾水质、浅滩地形以及近岸工程等。随着海岸带以及海岛遥感技术的发展，能够跟踪大尺度的洋流以及中尺度的涡流，提供海面的云图、海平面以及大地水准面等方面的海面地形测高资。

4、多传感器多源信息的融合技术研究

多传感器多源技术是高效海底地形的测绘技术，在单波束测深仪的前提上改进而来的，利用安装在测量船龙骨上的发射阵，通过向海底发射与龙骨方向相垂直的声波束，利用安装在船底的接收阵接收波束，测深系统完成完整发射接收之后，会形成一条由窄波束测点所组成的，在测量船正下方航向的测深剖面。因为各波束在空间呈现扇形排列，所以波束的指向角自中央向邊缘逐渐增大，回波信号也就从中央波束的反射波，逐渐过渡到两侧的散射波，然后使用振幅检测法在波束测深仪中探测海底信号，原理是波束测深仪回波信号是反射波。在多源多传感器系统当中，波束指向角逐渐增大时，其回波反射的波振幅将逐渐减小，而反射波尖脉冲也将逐渐模糊，波束的指向角减小反射波振幅同时能够通过变振幅强度的方法来检测，所以在多传感器多源系统中除了振幅检测法，还可以使用相位检测法，通过相关原理来比较换能器的两个接收单元间相位差来分析波束到达角，为后续计算提供数据。

五、结束语

综上所述，人们对海洋环境的依赖程度越来越高，随着信息技术的发展，海洋测绘技术也将不断进步。

参考文献

[1]刘雁春，暴景阳，李明叁，等.我国海洋测绘技术的新进展[J].测绘通报，20114（3）：1-7.

[2]赵建虎.现代海洋测绘[M].武汉大学出版社，2013（1）：17.