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海洋测量技术发展现状与前景

2020-01-07 242 上传者：管理员

摘要：基于海洋测量技术，分析了当前应用的多波束测深技术和机载激光测深技术基本特点以及应用效果。结合以上内容，对海底地形地貌立体测量体系基本形成，水陆一体化测量技术的应用，拥有自主知识产权浅水多波束测深系统等未来海洋测量技术的发展方向进行了总结，以期通过分析总结能够为海洋测量技术的具体应用提供参考。

关键词：
水陆一体化测量
海底地形地貌
立体测量体系
自主知识产权
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海洋测绘是测绘科学和技术当中的一个分支，多数情况下是对占据地球表面71%的海洋和陆地水域进行研究。研究主要内容为水域地理情况等。当前，我国海洋测绘技术已经得到迅猛发展，但是仍旧存在一定不足。

一、传统海洋测量技术

传统海洋测量主要是用的是单波束测深技术，单波束测探仪具体测探过程中，主要使用的是换能器垂直向下的发射脉冲声波，这一脉冲声波如果遇到海底时则会反射，反射的声纳直接被换能器接收，水深值是通过声波在海底之间的双程旅行时间以及水介质平均声速确定的。单波束测深主要特点是，波束会垂直向下发射，然后接受相应的反射回波。当接收到反射波后，声波旅行中不会出现折射现象或者折射现象直接可以忽略。反射波的能量占据回波能量的大部分，其中回波信号检测具体方式仅需要借助振幅检测便可实现。单波束测深，主要是借助单点连续测量方式，其测深数据分布特点主要是沿着航迹，数据十分密集，在相应测线之间没有数据。

二、海洋测量技术发展现状

（一）多波束测深技术

多波束测深技术应用效率较高，同时精度以及分辨率均比较高，和传统单波束测深技术相比，多波束测深技术的所测量的范围相对较大，速度快，该技术能够将测深技术从原有点线状进一步扩展到了面状，经过进一步发展后，进入到立体图以及自动成图。伴随着多波束测深技术的广泛应用，逐渐得到更多技术人员的青睐，同时人们对这一技术也提出了越来越高的要求。为了促使人们的要求得到满足，相应研究人员深入研究深海测量技术，高精度测量技术等。经过了二十多年的技术发展，仪器设备不管是在结构上还是设计上，还是在观测精度上，均可以达到比较成熟阶段。多波束测深技术对数据进行处理过程中，和多种多波束测深系统配套之后，发现其自成体系，相互之间互不相干，这就给多波束测深的统一管理带来的困难。因此，当前人们在设计开发一种可以对多种波束原始数据进行采集的接口，然后在这一基础上，开发一种较为规范化的多波束数据处理软件，逐渐成为多波束技术产业发展的必然要求[1]。图1多波束测深技术测量示意图

（二）机载激光测深技术

该技术的产地为上海，系统主要是通过光测深子系统、动态定位子系统、数据采集和控制系统等几部分组成的。不同系统的主要技术指标如下所示：①激光器重复频率200Hz；②测量航高500m；③飞行速度60～70m/s；④测深点网格密度10m×10m；⑤测线带宽240m；⑥测深能力2～50m；⑦测深精度±0.3m。其中数据后处理以及自动成图技术在载激光测深系统当中，是十分重要的组成部分。对这一系统进行研制期间，我国相应技术人员对载体姿态进行适当改正，同时对海洋潮汐和涌浪进行适当调整，针对测深数据质量进行有效控制，获得了较为理想的计算效果，并且达到预期目的。该种技术也是浅水海道测量技术当中的一种补充，将其和传统声学方式进行结合应用，需要技术人员未来研制过程中，不断寻找两者结合的最佳方式[2]。图2机载激光测深技术

三、海洋测量技术未来发展

（一）海底地形地貌立体测量体系基本形成

借助船载方式，进行海洋测量，始终是海洋地理空间信息获取的主要方式。而对于传统电线式海底地形测量模式而言，其已经发展到了全面覆盖作业形式。当前机载激光测深系统得到广泛应用，而这一类型的高精度效率机载水深测量作业方式在50m深以下水域中逐渐得到广泛应用。借助大量卫星测高数据，能够在全球海域，以船载水深测量数据为依据，其中的相相对精度优于反演水深的7%，而可见光遥感以及微波遥感也是水深反演手段之一。其中航空摄影和相应的遥感技术，是传统实地测量的补充，其逐渐成为海岸带地形测量的常规方式。对于水下隐蔽形式测量手段来说。船载以及机载水陆一体化测量技术逐渐得到广泛应用。对于这些航天、航空以及地面、水面等方式而言，全要素多平台海洋测量体系逐渐形成。

（二）水陆一体化测量技术的应用

对海底地形进行测量，同时对海岸地形进行测量，在传统海洋测量工作中，一般是分开开展。其中前者借助船载方式，而后者则使用人工实地测量形式。当前，激光三维扫描仪出现，促使借助船载方式，同时通过塔载多波束测深深仪、GNSS接收机、激光三维扫描仪、姿态传感器等设备，就能够在海岸线附近，同时对海底地形以及海岸地形进行测量，这就能够对水陆进行一体测量。与此同时，借助存在海岸地形测量功能来说，机载激光的测深系统同样能够实现岸线附近一体化无缝测量，当下这项技术逐渐被发展成熟。而国产机载测深激光雷达已经被应用。借助气垫船，实施大面积浅滩地形测量，也获得较为理想的效果。这种情况下，能够有效解决船只吃水无法驶入滩涂的问题[3]。

（三）拥有自主知识产权浅水多波束测深深系统

经过长期发展，不管是深水还是浅水，对于多波束测深深系统始终依赖从国外引进，这就对沿岸水深全覆盖测量工作带来限制。而当前，浅水多波束测深技术得到了逐渐突破，而借助多脉冲发射技术以及双条幅检测技术，能够实现高密度信号采集和处理。技术人员使用Dolph-Tchebyshev屏蔽技术，能够避免垂直航迹方向出现旁瓣效应（第1旁瓣成像重叠效应。声源所发射的声束具一最大的主瓣，它一般处于声源的中心，其轴线与声源表面垂直，名为主瓣。主瓣周围具对称分布的数对小瓣，称旁瓣。旁瓣声轴与主瓣声轴间形成大小不同的角度），该种产品已经得到推广。深水中通常使用的是多波束系统或者侧扫声呐系统。

图3浅水多波束测深系统

（四）海底地形反演方法得到进一步发展

除了对单波技术测深仪进行应用之外，对于多波束测深深进系统以及机载激光测深系统进行应用之外，技术人员的还对卫星测高数据反演大尺度海底地形技术进行应用，该种技术是海洋测量领域当中热点问题。反演方式，除了对传统匹配滤波法、线性回归法进行应用之外，在我国还对反演方式作出进一步研究和改进。以地壳密度差作为基础，反演海底地形。将重力异常进行划分，分成长波参考场以及短波残差场，其中前者是通过已知海水深度以及重力异常控制点进行计算的，而后者则是在相应待求点上，借助重力异常将长波重力异常去掉，从而获得短波分量，此后结合短波分量对海洋深度进行反演。采用这种方式，已经得到比ETOPO1模型更高的精度[4]。

四、结束语

相应测量技术方面，需要对高新技术进行充分挖掘，对当前存在的测量系统精度以及可靠性进行重点解决。对数据进行分析和处理过程中，新技术手段越来越多，因此需要对现代数据处理方式进行有效应用，重点解决多元误差分离和多数据融合大呢方面的问题。在对基础设施进行具体建设过程中，尽量建立海陆统一行使的三维基准，相应单位应当高度重视海洋测量信息的科学管理，从而尽早对海洋空间数据进行科学协调，对数据进行有效交换。

参考文献：

[1]胡轶群,李冠宇,邱文博,徐俊臣,王亚丁,杜玉杰.基于北斗/海事卫星通信的船舶水文气象自动观测技术研究[J].集成电路应用,2018,35(11):90-92.

[2]李红雨,曹诚,李凤婷,孟兆海.航空､航海重力和重力梯度在海洋､未知陆地战略勘探的发展[J].地球物理学进展,2019,34(01):316-325.

[3]黎铈图.现代海洋测绘及通信技术在港口航道疏浚工程测量中的应用[J].中国水运,2018(10):41-42.

[4]张文涛,黄稳柱,李芳.高精度光纤光栅传感技术及其在地球物理勘探､地震观测和海洋领域中的应用[J].光电工程,2018,45(09):94-108.

余伟德.探析海洋测量技术的研究进展与展望[J].中国战略新兴产业,2019,(26):33,35.