海洋测绘

武汉大学测绘学院（十）、海洋测绘考试基本要求1.根据工程要求按海洋测绘进行项目分类，依据项目分类，选择测量方法，制定测量方案。2.依据海道测量定位、测深原理和使用仪器的实际情况，分析水深定位方法的可行性及其对水深测量成果的影响。3.根据测区已有深度基准面资料情况，确定深度基准面联测和传递方案;依据潮汐理论和测区潮汐变化情况，分析潮波传播规律；分析各相关因素对数据采集质量的影响，分析数据处理和数据检查方法对成果质量及判断的影响。4.根据实际情况，提出提供成果的形式和要求；按照制图原理，结合海图实际确定制图原则。按照大纲要求，本次培训内容分如下四个部分：第一部分：海洋测绘内容第二部分：水下地形测量第三部分：海洋垂直基准第四部分：成果呈现3大纲内容：根据工程要求按海洋测绘进行项目分类，依据项目分类，选择测量方法，制定测量方案。判读：海洋测绘的内容？采用的仪器设备？作业方式？，对应的作业方法？存在哪些规范？相应的项目实施方案？海洋测绘的主要内容有：海洋大地测量；海洋工程测量；水深测量及水下地形测量；障碍物探测；水文要素调查；海洋重力测量；海洋磁力测量；海洋专题测量和海区资料调查；各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版；海洋地理信息的分析、处理及应用。6根据海洋测量工作的目的不同，可把海洋测量任务划分为科学性任务和实用性任务两大类：1、科学性任务一、为研究地球形状提供更多的数据资料。二、为研究海底地质的构造运动提供必要的资料。三、为海洋环境研究工作提供测绘保障。72、实用性任务关于海洋测量的实用性任务，主要指的是对各种不同的海洋开发工程，提供它们所需要的海洋测量服务工作。主要包括：海洋自然资源的勘探和离岸工程；航运、救援与航道；近岸工程；渔业捕捞；其它海底工程。8根据不同的工作内容，可将海洋测量分成如下8种：海洋重力测量；海洋磁力测量；水文测量；大地控制与海底控制测量；定位；测深；海底地形勘测制图等。9海洋重力测量海洋重力测量的目的在于研究地球的形状和内部构造、勘测海洋矿产资源和保证远程导弹发射提供海洋重力数据。海洋重力测量可分为：海底(沉箱式)重力测量；船载重力测量；机载重力测量；卫星重力测量。10海洋磁力测量海洋磁力测量是测定海上地磁要素的工作，是研究地球物理现象，海洋资源勘探以及海底宏观地质构造的有力手段之一。海洋磁力测量的主要目的在于寻找与石油、天然气有关的地质构造和研究海底的大地构造。船基在航磁力测量；机载磁力测量卫星磁力测量11海水面的测定包括海面形态的测定和平均海水面的确定。前者对海洋测量和海洋科学的研究有着重要意义，而后者却对大地测量有着重要的意义。(1)卫星测高(2)潮位站验潮12海洋控制网测量和海底控制网测量海洋大地控制网布设和测量与以往所用的理论和原理相同；而海底控制点的布设一般使用3个或4个一组的应答器通过声学测距的办法来建立海底控制。片形海洋控制网浮标/船测次k测次k+1测次k+2QjQj+1Qj+2双三角锥水下GPS定位定位精确地确定海洋表面，海水中和海底各种标志的位置称为海洋定位。在海洋中对航行中的船舶的定位主要采用GPS卫星定位的方法。GPS定位：单点定位信标定位精密定位RTKPPKPPP测深目前所用方法有：船载在航水深测量单波单、双束测量多波束测量机载激光系统LIDAR卫星水深遥感测深一般采用回声测深获得深度。15海底地貌及底质测量海底地形测量是测量海底起伏形态和地物的工作。特点是测量内容多，精度要求高，显示海底地物、地貌详细。海底地质探测是对海底表面及浅层沉积物性质进行的测量。地貌测量——多采用侧扫声纳测量底质测量——底质采样深层底质测量——浅底层剖面仪16水文测量获取海洋温度、盐度、透明度、水色、潮汐、潮流等水文要素的策略。温度采用：表层温度计、颠倒温度计盐度：通用的阿贝折射仪、多棱镜差式折射仪、现场折射仪等透明度：透明度仪、光度计潮汐：潮位站验潮潮流：ADCP、流向仪障碍物探测确认障碍物，探明其位置。多波束侧扫声纳磁力仪浅地层剖面仪其他探测设备海洋工程为海洋工程的稳定性服务。工程结构的稳定性及形变监测海床的稳定性；水文特征及其规律地形地貌特征底质及地质结构海图绘制海图以海洋及其毗邻的陆地为描绘对象的地图，其描绘对象的主体是海洋，海图的主要要素为海岸，海底地貌，航行障碍物，助航标志，水文及各种界线。海图是通过海图编制完成的。作业过程通常分为编辑准备、原图编绘和出版准备三个阶段。20海洋地理信息系统（MGIS）MGIS的研究对象包括海底、水体、海表面及大气及沿海人类活动5个层面。一般GIS处理分析的对象大都是空间状态或有限时刻的空间状态的比较；MGIS则主要强调对时空过程的分析和处理，这是MGIS区别于一般GIS的最大特点。21大纲：依据海道测量定位、测深原理和使用仪器的实际情况，分析水深定位方法的可行性及其对水深测量成果的影响。解读:水下地形测量的作业环节（定位、测深、声速、姿态）设备组成（定位、测深及辅助设备）；设备性能、精度及对水下地形测量的影响；掌握作业过程、数据处理过程分析各个因素对水下地形测量的影响，进行精度评估。23按照大纲要求，该部分包括如下内容：一．定位原理及设备二．测深原理及设备三．水下地形测量四．水下地形测量误差源及精度评估24海洋定位测量是海洋测量的一个重要分支。在海洋测量工程中无论测量某一几何量或物理量，如水深、重力、磁力等，都必须固定在某一种坐标系统相应的格网中。是海洋测绘和海洋工程的基础.海洋定位手段包括：天文定位光学定位陆基无线电定位空基无线电定位水声定位25鉴于GNSS在海上测量中的广泛应用，目前主要讲述GPS定位模式：GPS动态定位动态定位的类型（方法）常用的GPS动态定位精度1、GPS动态定位GPS动态定位（测量），是利用GPS信号，测定相对于地球运动的用户天线的状态参数，这些状态参数包括三维坐标、三维速度和时间等七个。导航，是测得运动载体的状态参数，并导引运动载体准确的运动到预定的后续位置。27定位原理划分单点动态定位相对动态定位差分动态定位实时性划分实时动态定位后处理动态定位定位的载体伪距动态定位载波相位动态定位差分GPS差分GPS的类型各类差分GPS简介误差源及其特征：卫星轨道误差：影响大小与测站位置有关，距离较近时，影响大小相近（误差的空间位置相关性）卫星钟差：影响大小与测站无关（时间相关性）大气折射（电离层、对流层折射）：影响具有空间位置相关性多路径：与测站有关，测站间无关基本思路：利用设于坐标已知的参考站，计算各类改正数、影响GPS测量定位的误差.30差分GPS系统的构成基准站（Reference/BaseStation）流动站（Mobile/RoverStation）差分改正数31位置（坐标）差分与距离（伪距）差分位置改正数位置改正数的确定缺陷–要求参考站和流动站所观测的卫星完全相同距离改正数距离改正数的确定：计算距离–观测距离32局域差分与广域差分局域差分GPS（LADGPS–LocalAreaDGPS）基准站作用距离：数百公里特点：计算出广域差分GPS（WADGPS–WideAreaDGPS）基准站作用距离：数千公里特点：将各项误差分离出来，建立误差与位置的关系分离出的误差：卫星轨道、卫星钟差建立误差与位置的关系模型：大气折射增强型的差分GPS系统伪卫星（Pseudolites）LAAS–局域增强系统LocalAreaAugmentationSystem应用领域：机场，着陆系统WAAS–广域增强系统WideAreaAugmentationSystem33系统构成参考站流动站数据链特点高精度动态测量，提供厘米级的平面和垂直定位解应用大比例尺水下地形测量无验潮模式下的水下地形测量GPS潮位等高精度测量。34系统构成参考站流动站特点高精度动态测量，事后提供厘米级的平面和垂直定位解应用大比例尺水下地形测量无验潮模式下的水下地形测量GPS潮位等高精度测量。35传统RTK：RTK技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。网络RTK特点:线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代，即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。用户收到的不是某个实际参考站的观测数据，而是一个虚拟参考站的数据，和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据，这就是VRS技术。36虚拟参考站技术（VRS）是GPS网络RTK中一种比较成熟的、可实时提供高精度导航定位信息的技术。它主要是利用网络内所有基准站原始观测数据，在流动站附近实时模拟一组参考站数据，实现对“参考站数据的模拟和重建”。•覆盖范围更广•成本更低•精度和可靠性更高•应用范围更广•改进了OTF初始化时间37参考站之间的模糊度解算（一般认为已知）；参考站之间的改正数的解算，包括电离层和电离层；VRS改正数的生成，包括目前各种网络数据生成；推导出VRS观测值；流动站用户定位.38+VRS–VirtualReferenceStation作业模型类似RTK原理利用基准站网计算出用户附近某点（虚拟参考站）各项误差改正，再将它们加到利用虚拟参考站坐标和卫星坐标所计算出的距离之上，得出虚拟参考站上的虚拟观测值，将其发送给用户，进行实时相对定位。特点精度和可靠性高属网络RTK39类型精度适合对象GPS导航仪30-50m海上航行导航信标GPS接收机1-3m中小比例尺水上测量RTK、PPK厘米级大比例尺水下地形测量40回声测深原理多波束测深系统高分辨率测深侧扫声纳基于水下机器人的水下地形测量机载激光测深（LIDAR）测线布设测深精度水位改正测量数据质量与管理41海底地形测量是测量海底起伏形态和地物的工作。是陆地地形测量在海域的延伸。按照测量区域可分为海岸带、大陆架和大洋三种海底地形。特点是测量内容多，精度要求高，显示内容详细。水深测量经历了如下几个发展阶段：测绳重锤测量（点测量）单频单波束测深（点测量）双频单波束测深（点测量）多波束测深（面测量）机载激光测深（面测量）水下地形测量的发展与其测深手段的不断完善是紧密相关的。42单频单波束测深（点测量）安装在测量船下的发射机换能器，垂直向水下发射一定频率的声波脉冲，以声速C在水中传播到水底，经反射或散射返回，被接收机换能器所接收。设经历时间为t，换能器的吃水深度D，则换能器表面至水底的距离(水深)H为：43•单波束测深系统•四波束扫海测深仪。•多波束测深系统•高分辨率测深侧扫声纳•水下机器人•激光测深44为了求得实际正确的水深而对回声测深仪实测的深度数据施加的改正数称为回声测深仪总改正数。回声测深仪总改正数的求取方法主要有水文资料法和校对法。前者适用于水深大于20米的水深测量，后者适用于小于20米的水深测量。水文资料法改正包括：吃水改正△Hb、转速改正△Hn声速改正△Hc。•声速改正数对总改正数△H影响最大45(1)测线布设为能够采集到海区内足够的海底地形测量数据，以能够反映海底地形地貌起伏状况，提高发现海底特殊目标的能力以及考虑到测量仪器载体的机动性和测量的效率、费用、安全等因素，在海底地形测量之前需要设计和布设测线。测线是测量仪器及其载体的探测路线，分为计划测线和实际测线。海底地形测量测线一般布设为直线。海上测线又称测深线。测深线分为主测深线和检查线两大类。确定测线布设的主要考虑因素是测线间隔和测线方向。46（2）测深线的间隔测深线的间隔是主要根据对所测海区的需求、海区的水深、底质、地貌起伏的状况，以及测深仪器的覆盖范围而定的。总之，以满足需要又经济为原则。国内外具体处理方法一般有两种，一种是规定图上主测深线的间隔为10毫米的情况下，根据上述原则确定海区的测图比例尺：另一种是根据上述原则