第一章——海洋与海洋测绘(测绘工程)

海洋测绘吉林大学地球探测与科学技术学院张旭晴前言•随着陆地资源的匮乏，人类将资源开发和利用的重点转向了海洋。•21世纪是海洋世纪，我国已经制定了21世纪海洋强国策略。•海洋测绘：海洋测量与海图绘制，是对海洋及其邻近陆地和江河湖泊进行测量和调查，获取海洋基础地理信息，编制各种海图和航海资料，为航海、国防建设、海洋开发、管理和海洋研究服务。海洋测绘内容•海洋大地测量•水深测量•海洋工程测量•海底地形测量•障碍物探测•水文要素调查•海洋重磁力测量•各种海洋专题测量•海区资料调查第一章海洋与海洋测绘1.1海洋•1.海洋的含义海洋是地球表面包围大陆和岛屿得广大连续的含盐水域，是由作为海洋主体的海水水体、溶解和悬浮其中的海洋生物、邻近海面上空的大气、围绕海洋周缘的海岸和海底等部分组成的统一体。2.海洋：海洋的中心部分为洋，边缘部分为海。洋占89%，平均深度3000m以上，其温度、盐度等水文要素不受大陆的影响。有独立的风、潮汐和洋流系统。1.1.1海洋概述地球表面海陆分布极不平衡，海陆面积之比南北半球海洋和陆地占全球面积的比例见下表：海洋比例/%陆地比例/%北半球60.7（42.1）39.3（66.1）南半球80.9（57.9）19.1（33.9）地球上有四大洋：即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋洋面积（KM2）体积(KM3)平均深度(m)大西洋1796807237004028太平洋933603385233626印度洋749102919243897北冰洋13100157201200四大洋•太平洋：亚洲大洋洲美洲，其东部通过巴拿马运河与大西洋相同，西面马六甲海峡与印度洋连同•印度洋：亚洲、大洋洲、南极洲，大部分在赤道附近•大西洋：欧洲、美洲、非洲之间，南至南极洲北连北冰洋•北冰洋：欧洲亚洲、北美大陆之间。以北极为中心海：大洋周围的边缘部分。•深度一般在2000-3000米以下，甚至几十米，其温度、盐度等水文要素受大陆和季节的影响，变化较大。•共有49个海。•陆间海：介于大陆之间。地中海•内陆海：深入大陆内部。渤海•海湾：指洋或海延伸进入大陆部分的水域。•海岸：陆地与海洋相互作用、相互交界的地带。•海岸线：近似于多年平均大潮高潮的痕迹所形成的水陆分界线。•海岸带：海陆交互的地带，其外界应在15-20m等深线一带，内界为特大潮汐影响的范围。渤海杭州湾地中海海岸带海岸带2.海洋概貌•海洋地形通常分为海岸带、大陆边缘和大洋底三个部分。•海岸带：由海岸、海滩以及水下岸坡组成。•大陆边缘：是大陆与大洋连接的边缘地带。由大陆架、大陆坡、大陆隆构成及海沟构成。•大洋底：为大陆边缘底部狭长的部分，由大洋中脊和大洋盆地构成。大陆大陆架大陆坡大陆架•是大陆周围被海水淹没的潜水地带，是大陆向海洋的自然延伸，其范围从低潮线起以极其平缓的坡度延伸到坡度突然变大的地方为止。•平均坡度为0.1度，深度132m宽度75m。其沉积物主要来自大陆泥沙。海水营养盐及氧丰富，易形成良好渔场。大陆坡•是大陆架外缘陡倾的全球性巨大斜坡。坡度3-7度，宽度从几海里到几百海里不等，大陆坡表面主要是海底峡谷和深海平坦面，大陆坡水域离大陆较远，水文要素分布比较稳定。大陆隆大陆隆•是从大陆坡下界向大洋底缓慢倾斜的地带。•表面坡度平缓，水深2500-4000m，沉积物深厚，形成深海扇形地貌，富含有机质，蕴藏有巨大的海底油气资源。大陆边缘-大陆架冲绳海槽海沟的形成海沟•是大陆边缘底部狭长的海底陷落带，深度通常大于6000m，多分布于太平洋四周大洋底是大陆边缘之间得大洋全部部分，由大洋中脊和大洋盆地构成（1）大洋中脊是贯穿世界四大洋、成因相同、特征相似的巨大海底山脉系列。长65000公里，高出大洋底1-3公里，有的出露成为岛屿。是世界上规模最大的环球山脉。（2）大洋盆地是大洋中脊和大陆边缘之间得宽广海底。深度6000米，分布有海槽、海底谷等地形。海洋资源及其与人类生存和发展的关系海洋控制着自然界得水循环，对地球上的生态环境产生绝对的影响。巨大的太阳能吸收器、分配器、调节器。随着陆地资源的逐步枯竭，海洋开发越来越得到重视。海洋中储存的海洋能、矿物资源和生物资源大致如下：（1）海洋能海潮得涨落、潮流和由风引起得波浪中都蕴藏着巨大的能量。（2）海洋矿物资源海洋矿物资源是指海水中包含的矿物资源、海底表面沉积的矿物资源和海底各种地质构造中埋藏得矿物资源的总称。其中有各种金属矿物、石油、天然气和锰结核矿等。（3）海洋生物资源海洋中有大量的鱼类和海藻类植物可供人类食用。世界海洋新格局•1982年11月《联合国海洋法公约》牙买加，蒙德哥湾。•1.内海内海亦称内水，指领海基线以内的水域。国家对其享有完全的排他性主权•2.领海为沿海国的主权及于其陆地领土及其以外邻接得一带海域，在群岛国情形下则及于群岛水域以外邻接的一带海域，称为“领海”。12海里•3.大陆专属经济区为领海以外并邻接领海，介于领海与公海之间，具有特定法律制度的国家管辖水域。领海基线•量算领海的宽度要有一条•起点线。•这条起点线在海洋法•中被称为“领海基线”。•4.大陆架指沿海国陆地向内海的自然延伸部分。•5.公海指沿海国内水、领海、专属经济区和群岛国的群岛水域以外不受任何国家主权管辖和支配的全部海域。•6.国际海底区域国家管辖海域范围以外的海底、洋底及其底土。•7.毗连区为一种毗连国家领海并在领海外一定宽度的、供沿海国行使关于海关、财政、卫生和移民等方面管制权的一个特定区域。1.1.3中国近海概况渤海是一个半封闭内海，辽东半岛的老铁山与山东半岛蓬莱角的连线为渤海与黄海的分界线。黄海也是半封闭的陆架浅海，长江口北角启东至济州西南角连线为黄海与东海的分界线，山东半岛的成山头与朝鲜西安的长山串的连线为南黄海与北黄海的分界线东海为太平洋边缘海，西北接黄海，东北从济州岛至五岛列岛与朝鲜海峡为界，东面与琉球群岛与太平洋相连，南面自福建东山岛至台湾南端与南海相通。南海东北经台湾海峡与东海相通，东面接菲律宾、巴拉望、加里曼丹等与太平洋分隔，南面接马来半岛、纳土纳群岛、加里曼丹等与印度洋分隔。1.1.4我国海洋开发的历史与现状海洋开发历史：•早在春秋时代，我国就曾经大规模地利用海滩晒盐，并发展了沿海捕鱼事业。•在战国时代，就对海洋总结出“千里之远，不足举其大，千仞之高，不足极其深”，这是对海洋之深大的科学认识•西汉与日本往来频繁•晋代法显从西域到印度，海路回国，经南海、南洋群岛•唐宋时代，有世界最大的海船和商队•明代郑和1404-1433七次到西洋到达马达加斯加法显和尚郑和下西洋海洋开发具有代表性的技术•航运：百万吨级油轮•深潜：10000米深度•深水钻探：•定位：gps•海底成像：海底电视水下相机、多波束技术等蛟龙号1.2海洋测绘•1.2.1涵义、地位及作用海洋测绘是海洋测量和海图绘制的总称，其任务是对海洋及其邻近陆地和江河湖泊进行测量和调查，获取海洋基础地理信息，编制各种海图和航海资料，为航海、国防建设、海洋开发和海洋研究服务。•海洋测绘的主要内容有：海洋大地测量、水深测量、海洋工程测量、海底地形测量、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；以及各种海图、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。现代海洋测绘在已有海洋测绘定义的基础上，更加突出其现代特色。主要体现为：1、测绘内容更加广泛。2、采用的技术手段更加先进。1.2.2特点及精度要求•海洋测量的主要目的是在给定的坐标参考系中确定船舶的位置，或者在给定的坐标参考系中确定海底某点的位置。其特点为：•1、由于船舶是浮在不断运动着的海水表面上的，所以他的位置也在不断地变化之中•2、海底的点，则是被海水所包围，其点位无法直接测定，只有通过船舶来测定。海洋测量的特点•（1）海洋测量中垂直坐标是和船体的平面位置同步测定的。•（2）在海洋中设置控制点相当困难。•（3）海上测站点处在动态中，所以其观测精度也不如陆上的观测精度高。•（4）在海水中应采用声波作信号源，这时声速受到海水温度、盐度和深度的影响。•（5）海水面经常受到潮汐、海流和温度的影响，因此所测定的水深也受到这些因素的影响。•（6）在海上，测量工作必须在不断运动着的海面上进行，就某点而言，无法进行重复观测。海洋测量的精度要求•海洋测量采用两种精度指标来衡量定位精度的，其一是相对精度，其二是绝对精度。•对于测定海底扩张提出了3维坐标均应达到±0.1m，而大地水准面在高程方面的测定精度也应达到±0.1m，控制点的3维坐标均应达到±1m等高精度要求。1.2.3海洋测量与其他学科的关系•（1）海洋测量与陆地测量的有关理论和方法是有密切关系。•（2）现代海洋测量技术的基础是无线电电子学和计算机科学•（3）海洋测量与航海技术和导航技术有关。•（4）海洋遥感学也成为目前一个热门领域。•（5）海洋测量工作所处的空间是在广阔的海洋上，必须掌握海洋学知识。1.2.4海洋测绘任务、内容及技术要求1、科学性任务一、是为研究地球形状提供更多的数据资料。二、是为研究海底地质的构造运动提供必要的资料。三、是为海洋环境研究工作提供测绘保障。2、实用性任务•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。•服务对象主要有：海洋资源勘探和离岸工程；航运、救援与航道；近岸工程；渔业捕捞；其他海底工程；海上划界等。海洋测量工作者的主要内容：（1）海洋重力测量重力测量即在海上测量重力加速度的工作。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。（2）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。。海底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。（3）海水面的测定海水面的测定包括海面形态的测定和平均海平面的确定。前者对海洋测量和海洋科学的研究有着重要意义，而后者对大地测量有着重要的意义，因为平均海水面的形状，就是地球等位面的形状。（4）大地控制和海底控制测量在沿海和一些岛屿上安设必要的控制点，是建立海洋大地控制网的一个重要的组成部分。（5）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。（6）测探在船体上进行海底地形测量，主要问题是如何测出水体的深度。目前根据海水的物理特性，一般采用以船上发射声波，使其传递到海底再反射回来，在船上接收，以获得测量成果。（7）海底地形测量及地貌、底质探测海底地形测量是测量海底欺负形态和地物的工作，是陆地地形测量在海域的延伸。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（8）海图编制海图是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。（9）海洋地理信息系统1.2.5海洋测量的发展史以及现状•13世纪后，中国发明的指南针传到西方，才开始实用罗盘进行海洋测量•18世界，欧洲相继成立了海道测量机构，同时六分仪、天文钟等测量用的仪器设备的研制成功。•从19世纪中叶起，汽船开始代替帆船，船的吃水量随着增加，进行了大量的水深测量。•第一次世界大战期间，研制成功了潜水艇，发展利用水声学的原理探测潜艇的技术。•二战后，海洋开发、研究海洋促进海洋测量发展。海洋测绘的高新技术主要表现在如下几个方面：•卫星定位•水深测量技术•卫星测高技术•GIS地理信息系统1.2.621世纪建设海洋强国的内涵及其对测绘保障的需要1.海洋强国的内涵及意义21世纪是海洋世纪，把我国建设称为世界级的海洋强国是新世纪我国海洋中长期发展规划的总目标，是时代赋予我们的历史使命。2.海洋强国战略的主要任务•海洋强国战略的主要任务可概括为发展海洋经济，全面建设小康社会和建立强大的国防、保卫海疆和维护国家海洋权益。海洋强国的战略任务包括：海洋经济区域建设、发展海洋产业和海洋技术研究、加强海上力量建设、维护国家海洋权益和利益等。•3.海洋强国战略的测绘保障测绘范围