簡(jiǎn)介:測(cè)繪學(xué)概論,趙建虎,第六章海洋測(cè)繪,§61概述,海洋面積占地球總面積的70,是人類生命的搖籃、現(xiàn)代社會(huì)的交通要道,也是地球上的資源寶庫(kù)。隨著人口的增加,環(huán)境的惡化,陸上資源的逐漸枯竭,今天,海洋已成為人類生存和發(fā)展的重要空間。由于海洋的重要戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)地位,瀕海國(guó)家間爭(zhēng)奪海洋勢(shì)力范圍的斗爭(zhēng)日趨尖銳,各海洋大國(guó)相繼提出了海洋研究和開(kāi)發(fā)計(jì)劃,并投入了大量的資金發(fā)展海洋產(chǎn)業(yè),海洋事業(yè)出現(xiàn)了前所未有的繁榮景象。,611海洋與海洋測(cè)繪,我國(guó)是一個(gè)海洋大國(guó)。在東、南面有長(zhǎng)達(dá)18萬(wàn)公里的海岸線,與之相鄰有渤海、黃海、東海和南海,為西北太平洋陸緣海。按照聯(lián)合國(guó)海洋法公約,我國(guó)轄屬的內(nèi)水、鄰海、大陸架、專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的面積約為300多萬(wàn)平方公里,島嶼6500個(gè),還擁有許多優(yōu)良的港灣。因此,海洋開(kāi)發(fā)和利用對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有戰(zhàn)略性意義。,一切海洋經(jīng)濟(jì)、軍事或科研活動(dòng)(如海上交通、海洋地質(zhì)調(diào)查和資源開(kāi)發(fā),海洋工程建設(shè)、海洋疆界勘定、海洋環(huán)境保護(hù)、海底地殼和板塊運(yùn)動(dòng)研究等),均需要海洋測(cè)繪為其提供不同種類的海洋地理信息要素、數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)圖像。海洋測(cè)繪是一切海洋活動(dòng)的前提和基礎(chǔ)。,海洋測(cè)繪與陸地測(cè)繪中相關(guān)的理論和方法具有密切的聯(lián)系,但又有其獨(dú)特的一面;現(xiàn)代海洋測(cè)繪技術(shù)是建立在海洋物理知識(shí)基礎(chǔ)上的多學(xué)科的綜合;海洋測(cè)量環(huán)境相對(duì)陸地復(fù)雜,測(cè)量手段也比較獨(dú)特;現(xiàn)代海洋測(cè)繪已發(fā)展為潛載、船載、機(jī)載和星載測(cè)繪技術(shù)于一體的、多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科。,612海洋測(cè)繪的特點(diǎn),§62海洋測(cè)繪內(nèi)容,海洋測(cè)量包括海洋大地測(cè)量水深測(cè)量海洋定位海底地形地貌測(cè)量海洋工程測(cè)量海洋重力測(cè)量海洋磁力測(cè)量海洋水文測(cè)量,海洋信息管理包括海洋地理信息的管理、分析、處理、應(yīng)用以至數(shù)字海洋。,海洋測(cè)繪包括海洋測(cè)量、各種海圖的編繪及海洋信息的綜合管理和利用。,海圖繪制包括各種海圖、海圖集、海洋資料的編制和出版;,§621海洋大地測(cè)量,建立海洋控制網(wǎng),為水面、水體、水底定位提供控制點(diǎn)服務(wù)。海洋控制測(cè)量主要包括海上控制網(wǎng)的布設(shè)和施測(cè)。海上控制網(wǎng)包括海岸、島陸、島島控制網(wǎng)。海底控制網(wǎng)的布設(shè)和施測(cè),海上控制網(wǎng)的布設(shè)與測(cè)量,海岸控制網(wǎng)主要包括島嶼與島嶼、島嶼與陸地間控制網(wǎng),這些控制網(wǎng)的布設(shè)與陸地基本相同,但選點(diǎn)時(shí),需要考慮海洋測(cè)繪的具體要求。海岸島礁、島嶼島嶼GPS控制網(wǎng)的布設(shè),可方便的將陸地平面基準(zhǔn)及坐標(biāo)引入遠(yuǎn)離陸地的島嶼。目前,海岸控制網(wǎng)的施測(cè)主要采用GPS來(lái)實(shí)現(xiàn)。,,海底控制網(wǎng)的布設(shè)主要采用三角形和正方形圖形結(jié)構(gòu)。,海底控制網(wǎng),海底控制網(wǎng)的控制點(diǎn)為海底中心標(biāo)石。聲波在海水中具有很好的傳播特性,因而,觀測(cè)目標(biāo)的照準(zhǔn)標(biāo)志通常采用水聲照準(zhǔn)標(biāo)志(如水聽(tīng)器或應(yīng)答器),而觀測(cè)手段采用聲學(xué)測(cè)距技術(shù)。,雙三角錐測(cè)量,海底控制網(wǎng)測(cè)量和計(jì)算思想雙三角錐測(cè)量是首先利用正三角錐測(cè)量,獲得浮標(biāo)或者船體的平面位置,即通常的GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量,依目前的定位技術(shù),采用非差單點(diǎn)定位,可獲得分米甚至厘米級(jí)的平面定位精度。正三角錐測(cè)量是聲學(xué)測(cè)量,利用超短基線或長(zhǎng)程超短基線確定各個(gè)水聽(tīng)器之間的距離,進(jìn)而獲得水底水聽(tīng)器的位置。正倒三角錐測(cè)量實(shí)際上利用了GPS測(cè)量技術(shù)和超短基線定位技術(shù)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)海底控制點(diǎn)的確定。測(cè)量和計(jì)算思想仍為傳統(tǒng)的邊交會(huì)。,海底控制點(diǎn)的解算原理,OUVW地固坐標(biāo)系。在測(cè)定GPS接收機(jī)與衛(wèi)星間距離RIJ的同時(shí)測(cè)量浮標(biāo)或船載聲納設(shè)備到水下水聽(tīng)器之間的距離RJM,并組建如下方程,上述數(shù)學(xué)模型為1測(cè)次倒三角錐和正三角錐的模型求解。當(dāng)1測(cè)次包含的衛(wèi)星數(shù)或應(yīng)答器多于4個(gè),這樣的解具有很好的圖形強(qiáng)度。當(dāng)方程組隨著IJ和JM的增大而增大時(shí),通過(guò)最小二乘將獲得不同水聽(tīng)器位置的解。,水深測(cè)量經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)展階段測(cè)繩重錘測(cè)量(點(diǎn)測(cè)量)單頻單波束測(cè)深(點(diǎn)測(cè)量)雙頻單波束測(cè)深(點(diǎn)測(cè)量)多波束測(cè)深(面測(cè)量)機(jī)載激光測(cè)深(面測(cè)量),§622水深測(cè)量,(1)測(cè)繩重錘測(cè)量(點(diǎn)測(cè)量),安裝在測(cè)量船底的發(fā)射換能器垂直向水下發(fā)射一定頻率的聲波脈沖,以聲速C在水中傳播到水底,經(jīng)反射返回,被接收換能器所接收,若往返傳播時(shí)間為△T。則水深H為,(2)單頻單波束測(cè)深(點(diǎn)測(cè)量),,,(3)雙頻單波束測(cè)深(點(diǎn)測(cè)量),換能器垂直向水下發(fā)射高、低頻聲脈沖,由于低頻聲脈沖具有較強(qiáng)的穿透能力,因而可以打到硬質(zhì)層;高頻聲脈沖僅能打到沉積物表層,兩個(gè)脈沖所得深度之差便是淤泥厚度ΔH。,,,(4)多波束測(cè)深(面測(cè)量),多波束測(cè)深系統(tǒng)是從單波束測(cè)深系統(tǒng)發(fā)展起來(lái),能一次給出與航線相垂直的平面內(nèi)的幾十個(gè)甚至上百個(gè)深度。它能夠精確地、快速地測(cè)定沿航線一定寬度內(nèi)水下目標(biāo)的大小、形狀、最高點(diǎn)和最低點(diǎn),從而較可靠地描繪出水下地形的精細(xì)特征,從真正意義上實(shí)現(xiàn)了海底地形的面測(cè)量,,,多波束測(cè)深系統(tǒng)主要由發(fā)射器基陣、發(fā)射子系統(tǒng),信號(hào)接收系統(tǒng)及聲納處理系統(tǒng),圖形處理及顯示子系統(tǒng),后處理工作站等組成。,多波束測(cè)深儀的換能器基陣精密安裝在船底或拖曳在船尾。因?yàn)槠錅y(cè)深的聲線是斜距,聲速剖面的精確性和船航行時(shí)的搖擺、升降對(duì)觀測(cè)精度影響特別大。因此多波束測(cè)深儀要配置姿態(tài)傳感器或涌浪濾波補(bǔ)償儀及聲速剖面儀。姿態(tài)傳感器能測(cè)出橫滾、俯仰、偏航參數(shù),采用這些參數(shù)對(duì)水深值和位置進(jìn)行改正,涌浪濾波補(bǔ)償儀能對(duì)因波浪運(yùn)動(dòng)而引起的誤差源進(jìn)行校正補(bǔ)償,輸出數(shù)據(jù)包括涌浪、未校正深度、校正后深度和可選擇的橫擺、縱擺數(shù)據(jù)。,聲速剖面儀能測(cè)出海水沿垂直方向的分層聲速,進(jìn)而可對(duì)聲線彎曲進(jìn)行改正。以獲得波束腳印的船體坐標(biāo)。設(shè)換能器在船體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為X0,Y0,Z0,則波束腳印的船體坐標(biāo)X,Z為,,,激光測(cè)深的原理與雙頻回聲測(cè)深原理相似,從飛機(jī)上向海面發(fā)射兩種波段的激光,一種為紅光,波長(zhǎng)為1064NM,另一種為綠光,波長(zhǎng)為523NM。紅光被海水反射,綠光則透射到海水里,到達(dá)海底后被反射回來(lái)。這樣,兩束光被接收的時(shí)間差等于激光從海面到海底傳播時(shí)間的兩倍,由此可算得海面到海底的深度。,,(5)機(jī)載激光測(cè)深(面測(cè)量),,,,激光測(cè)深系統(tǒng)目前測(cè)深能力一般在50M左右。測(cè)深精度在03M左右。機(jī)載激光測(cè)深具有速度快、覆蓋率高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。有廣闊的應(yīng)用前景。缺陷是對(duì)水質(zhì)的要求比較高,一般適合于近岸海域。,按照定位的對(duì)象,海洋定位可分為海面定位水下定位,623海洋定位,(1)海面定位,海面定位目前可采用如下定位方式天文定位陸基無(wú)線電定位GPS及其他衛(wèi)星定位局域差分GPSRTK、偽距差分、相位平滑偽距廣域差分GPSWASGPS非差PPP定位,2)水下定位,水聲定位系統(tǒng)測(cè)定聲波在海水中傳播的時(shí)間及相位變化,計(jì)算出水下聲標(biāo)到載體的距離或距離差,從而解算出載體的位置。按照定位距離的長(zhǎng)短可分為長(zhǎng)基線定位;短基線定位;超短基線定位,長(zhǎng)基線定位,,長(zhǎng)基線定位原理是船底換能器發(fā)射詢問(wèn)信號(hào),同時(shí)接收布設(shè)在水下的3個(gè)以上相距較遠(yuǎn)的聲標(biāo)應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行測(cè)距,進(jìn)而計(jì)算出船位。如測(cè)4條以上聲距,用間接平差可求出船位坐標(biāo)(XU,YU,ZU),其中ZU為水深。如只觀測(cè)了三條聲距,換能器深度ZU已知,可列出三個(gè)方程,從而解出平面坐標(biāo)XU,YU。長(zhǎng)基線法定位的精度取決于測(cè)距的精度和定位的幾何圖形,目前精度一般為5~20M。,,短基線定位短基線定位系統(tǒng)的船上設(shè)備除控制、顯示設(shè)備外,還在船底安置一個(gè)水聽(tīng)器基陣和一個(gè)換能器,在水下部份僅需一個(gè)水聲應(yīng)聲器,其工作原理是測(cè)定聲脈沖到不同水聽(tīng)器之間的時(shí)差或相位差,從而計(jì)算出船位。,超短基線定位超短基線系統(tǒng)與短基線系統(tǒng)的區(qū)別僅在于,船底的水聽(tīng)器陣以彼此很短的距離(小于半個(gè)波長(zhǎng),僅幾厘米)按直角等邊三角形布設(shè),裝在一個(gè)很小的殼體內(nèi),測(cè)量海底起伏形態(tài)和地物的工作。是陸地地形測(cè)量在海域的延伸。按測(cè)量區(qū)域可分為海岸帶、大陸架和大洋三種海底地形測(cè)量。特點(diǎn)是測(cè)量?jī)?nèi)容多,精度要求高,顯示海底地物、地貌詳細(xì)。測(cè)量?jī)?nèi)容包括海底地貌、各種水下工程建筑、底質(zhì)、沉層厚度、沉船等人為障礙物、海洋生物分布區(qū)界和水文要素等。通常對(duì)海域進(jìn)行全覆蓋探測(cè),確保測(cè)圖比例尺所能顯示的各種地物和地貌,是為從事各種海上活動(dòng)提供重要資料的海洋基本測(cè)量。,§624海底地形地貌測(cè)量,水下地形測(cè)量是利用聲納技術(shù)、激光技術(shù)和攝影技術(shù),獲得海底的地形特征?,F(xiàn)有的主要手段有(1)船載聲納設(shè)備水下地形測(cè)量(船載)(2)機(jī)載激光水深測(cè)量(機(jī)載)(3)水下機(jī)器人測(cè)量(潛載)(4)激光雷達(dá)三維水下地形測(cè)量(岸載)(5)遙感反演海底地形(星載),無(wú)論采用何種手段,海底地形測(cè)量通常需要如下幾個(gè)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)首先,進(jìn)行海岸或海底平面、高程控制測(cè)量。其次,野外探測(cè)/掃測(cè)海底地物、地貌及其相關(guān)信息,并采集潮位等輔助測(cè)量信息。該步處理獲得載體坐標(biāo)系下的相對(duì)地形地貌、瞬時(shí)基準(zhǔn)和反映瞬時(shí)基準(zhǔn)與固有平面和垂直基準(zhǔn)間關(guān)系的參數(shù)等。最后,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,即對(duì)瞬時(shí)測(cè)量信息進(jìn)行質(zhì)量控制、獲取測(cè)量深度,再根據(jù)瞬時(shí)基準(zhǔn)與固有基準(zhǔn)間的關(guān)系,獲得海底地形地貌在固有基準(zhǔn)下的表達(dá)。,傳統(tǒng)水下地形測(cè)量模式(有潮模式)定位采用GPS差分定位技術(shù)(僅獲取平面位置)測(cè)深單波束、多波束潮位驗(yàn)潮站潮位測(cè)量及時(shí)空內(nèi)插船位處水位(傳統(tǒng)方法)現(xiàn)代水下地形測(cè)量模式(無(wú)潮模式)定位采用RTK/PPK/PPP技術(shù)(獲取平面和高程坐標(biāo))測(cè)深單波束、多波束,(1)船載聲納設(shè)備水下地形測(cè)量,常規(guī)水下地形測(cè)量,,(2)機(jī)載激光水下地形測(cè)量,類似于船載聲納設(shè)備水下地形測(cè)量系統(tǒng)。水深由機(jī)載激光提供水面高程基準(zhǔn)由潮位測(cè)量來(lái)提供平面位置由DGPS提供,,(3)水下地形測(cè)量機(jī)器人(AUV/ROV),,由機(jī)器人深潛水下,在接近水底時(shí)用水下攝影的方式獲得水下目標(biāo)的圖像。隨著海洋光學(xué)的研究及其技術(shù)的發(fā)展,不斷有水下攝影系統(tǒng)、海洋探測(cè)激光雷達(dá)系統(tǒng)的產(chǎn)品應(yīng)用于水下工程測(cè)量。水下電視攝像系統(tǒng)、水下數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)是目前獲取在水下環(huán)境清晰圖像的主要方法,掃海測(cè)量中,配置水下數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)有助于障礙物性質(zhì)的判斷,提高掃測(cè)能力。水下攝影系統(tǒng)對(duì)水域環(huán)境要求較高。在水質(zhì)渾濁,水流較急的地方適用性差。同時(shí)由于水下機(jī)器人的平面位置和高程難以準(zhǔn)確確定,因而,這種方法僅適合于特定目標(biāo)形狀的獲取,難以應(yīng)用于大面積的地形測(cè)量。,,,,(4)測(cè)掃聲納,側(cè)掃聲納測(cè)量是現(xiàn)階段掃海測(cè)量、應(yīng)急測(cè)量、掃測(cè)障礙物的重要手段。它具有分辨率高反映海底地形徹底等單波束、多波束設(shè)備所不具備的優(yōu)點(diǎn),是目前尋找水下障礙物最有效的方法之一。,,,傳統(tǒng)的側(cè)掃聲納有兩個(gè)缺點(diǎn)首先,它正下方附近的測(cè)深精度很差;其次,當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上由不同方向同時(shí)到達(dá)的回波入射到聲納陣列上時(shí),它不能正常工作。因此只能得到二維的回波聲納圖,測(cè)深側(cè)掃聲納的作用距離、測(cè)量精度不高。隨著聲學(xué)、干涉技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在出現(xiàn)了新型測(cè)深側(cè)掃聲納,它能夠測(cè)量出海底的高分辨三維成像,能夠測(cè)量海底地形地貌的細(xì)微構(gòu)造,可以同時(shí)獲得等深線圖和地貌圖的兩大類內(nèi)容,可應(yīng)用于海洋工程、海洋開(kāi)發(fā)、海上油田區(qū)域和海底油管敷設(shè)路徑的海底地形測(cè)量,航道和港灣水下地形測(cè)量。配置足夠的先進(jìn)的側(cè)掃聲納測(cè)量系統(tǒng),并整合其它測(cè)量手段,是提高應(yīng)急掃測(cè)能力的關(guān)鍵。,,,(5)遙感海底地形測(cè)量,空間遙感技術(shù)應(yīng)用于海底地形測(cè)量是20世紀(jì)后期海洋科學(xué)取得重大進(jìn)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。遙感海底地形測(cè)量具有大面積、同步連續(xù)觀測(cè)及高分辨率和可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)。微波遙感器還具有全天候的特點(diǎn),這些都是傳統(tǒng)的測(cè)量手段所無(wú)法比擬的。遙感設(shè)備包括可見(jiàn)光多譜掃描儀、成像光譜儀、紅外輻射計(jì)和微波輻射計(jì)以及高度計(jì)、散射計(jì)和成像雷達(dá)。這些遙感器能夠直接測(cè)量的海洋環(huán)境參數(shù)有海色、海面溫度、海面粗糙度和海平面高度。在這些參數(shù)的基礎(chǔ)上可以反演或計(jì)算出若干其他海洋環(huán)境參數(shù),其中包括葉綠素和懸浮粒子濃度、上混合層溫度、海面風(fēng)場(chǎng)、有效波高、海浪方向譜、海流、潮汐、波動(dòng)(包括內(nèi)波)、峰面、渦波、上升流、鹽度、海冰、海洋降水、海底地形、海洋重力場(chǎng)和海洋污染等。,,水深遙感的基本思路,水深遙感的物理基礎(chǔ),衛(wèi)星傳感器接收水體信息示意圖,在大氣和水體中,光線以指數(shù)形式衰減,,,水深遙感的計(jì)算機(jī)遙感圖象處理,,,上海市,崇明島,研究區(qū)域,長(zhǎng)江口位置圖(TM4,5,1假彩色合成圖象,1995),長(zhǎng)江口南支數(shù)字化水下地形圖,為海洋工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)進(jìn)行的測(cè)量。海洋工程是與開(kāi)發(fā)利用海洋直接有關(guān)的所有工程的總稱。早期的海洋工程多指碼頭、堤壩等土石方工程。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,海洋工程的內(nèi)容不斷擴(kuò)大,可分為海岸工程、近海工程、深海工程、水下工程等。按照用途又分為海港工程、堤壩工程、管理工程、隧道工程、疏浚工程、救撈工程以及采礦、能源綜合利用工程。海洋工程測(cè)量仍以海洋定位、測(cè)深等手段為基礎(chǔ),在不同海洋工程勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工和管理階段所進(jìn)行的測(cè)量工作,例如,海上鉆井的鉆頭歸位,港口、碼頭的施工放樣,等等。,§625海洋工程測(cè)量,海洋重力測(cè)量可歸屬于海洋大地測(cè)量。它為研究地球形狀,精化大地水準(zhǔn)面提供重力異常數(shù)據(jù)。為地球物理和地質(zhì)方面的研究提供重力資料。在軍事方面,可為空間飛行器的軌道計(jì)算和慣性導(dǎo)航服務(wù),提高遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的命中率。重力測(cè)量分為空中重力測(cè)量和海上重力測(cè)量??罩兄亓y(cè)量又可分為衛(wèi)星重力測(cè)量和航空重力測(cè)量;海上重力測(cè)量分海底重力測(cè)量和航海重力測(cè)量。,§626海洋重力測(cè)量,海底重力測(cè)量一般是離散的點(diǎn)狀測(cè)量,海面重力測(cè)量是連續(xù)的線狀測(cè)量。海底重力測(cè)量就是把重力儀用沉箱沉于海底,用遙控及遙測(cè)方法進(jìn)行,多用于沿海,其測(cè)量方法和所用儀器與陸地重力測(cè)量基本相同,測(cè)量的精度比較高,但必須解決遙控,遙測(cè)以及自動(dòng)水平等一系列的復(fù)雜問(wèn)題,且速度很慢。,海面重力測(cè)量是將儀器安裝在船只上,在勻動(dòng)中連續(xù)進(jìn)行觀測(cè),因此儀器除了受重力作用外,還受船只航行時(shí)很多干擾力的影響。這些干擾力不僅超過(guò)了重力觀測(cè)誤差,有的達(dá)到了幾十伽,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力異常。為此必須進(jìn)行改正和消除。重力測(cè)量主要受6個(gè)方面的干擾力徑向加速度,航行加速度周期性水平加速度周期性垂直加速度,旋轉(zhuǎn)影響,厄缶效應(yīng)的影響,,近年來(lái)衛(wèi)星重力測(cè)量取得了較大的進(jìn)度。利用衛(wèi)星手段獲取海洋重力資料的精度和分辨率越來(lái)越高,與海洋重力儀所達(dá)到的精度和分辨率間的差距越來(lái)越小。未來(lái)海洋重力場(chǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu),可以利用衛(wèi)星測(cè)高、衛(wèi)星重力梯度測(cè)量和海洋重力測(cè)量相結(jié)合的方法獲得。,衛(wèi)星重力學(xué)是繼GPS之后,大地測(cè)量學(xué)研究的又一重大科學(xué)進(jìn)展。利用衛(wèi)星重力資料將使確定地球重力場(chǎng)和大地水準(zhǔn)面的精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上,還可測(cè)定高精度的時(shí)變重力場(chǎng)。因此,對(duì)研究地球的形狀及演化及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制、地球參考系及全球高程系統(tǒng)、地球的密度及地幔物性參數(shù)、洋流和海平面變化、冰融和陸地水變化、地球各圈層的變化及相互作用等,有其他地球物理方法不可替代的作用,重力測(cè)量分絕對(duì)重力測(cè)量和相對(duì)重力測(cè)量。測(cè)定重力值可以利用與重力有關(guān)的許多物理現(xiàn)象,例如在重力作用下的自由落體、擺的擺動(dòng)、彈簧伸縮、弦振動(dòng),等等。由此,重力測(cè)量方法分為兩類一類是動(dòng)力法,它是根據(jù)物體受力后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)定重力;另一類是靜力法,它是根據(jù)物體受力后的平衡狀態(tài)測(cè)定重力。絕對(duì)重力測(cè)量測(cè)定重力場(chǎng)中一點(diǎn)的絕對(duì)重力值,一般采用動(dòng)力法。主要利用兩種原理,一種是自由落體原理(伽利略1590;另一種是擺的原理惠更斯1673。這兩種原理一直沿用至今。近幾年來(lái)由于激光干涉系統(tǒng)和高穩(wěn)定度頻率標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn),使自由落體下落距離和時(shí)間的測(cè)定精度大大提高,所以許多國(guó)家又采用激光絕對(duì)重力儀進(jìn)行絕對(duì)重力測(cè)量,其測(cè)定精度可達(dá)幾個(gè)微伽。,相對(duì)重力測(cè)量測(cè)定兩點(diǎn)的重力差值,可采用動(dòng)力法和靜力法?,F(xiàn)在普遍采用靜力法的彈簧重力儀測(cè)定重力差值。國(guó)際上對(duì)這種儀器研究甚多,發(fā)展很快,不論是測(cè)定精度還是使用的方便程度都已達(dá)到很高水平。一般精度可達(dá)幾十微伽,甚至幾微伽。野外工作時(shí),在一個(gè)測(cè)站只需幾分鐘就可觀測(cè)完畢。為了克服彈性重力儀因彈性疲勞而引起的零點(diǎn)漂移,1968年又出現(xiàn)了超導(dǎo)重力儀。這種重力儀對(duì)重力變化具有很高的分辨力,零點(diǎn)漂移極小,所以特別適合于固定臺(tái)站上的潮汐和非潮汐重力變化觀測(cè)。,是測(cè)量海上地磁要素的工作。海底下的地層是由不同的巖性地層組成。不同的巖性具有不同的導(dǎo)磁率和磁化率,因而產(chǎn)生不同的磁場(chǎng),在正常磁場(chǎng)背景下出現(xiàn)磁異常。主要采用海洋核子旋進(jìn)磁力儀或海洋磁力梯度儀,探測(cè)海底的磁力分布,發(fā)現(xiàn)構(gòu)造引起的磁力異常。海洋磁力測(cè)量主要目的是尋找石油、天然氣有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造和研究海底的大地構(gòu)造。此外,海洋工程測(cè)量中,為查明施工障礙和危險(xiǎn)物體,如沉船、管線、水雷等,也常進(jìn)行磁力測(cè)量發(fā)現(xiàn)磁性體。,§627海洋磁力測(cè)量,F為磁場(chǎng)總強(qiáng)度,H為磁場(chǎng)為水平強(qiáng)度,Z為垂直強(qiáng)度,X為H在北向的分量,Y為H在東向分量,D地理子午面與磁子午面之間的夾角,稱為磁偏角,I為磁傾角。F、H、Z、X、Y、D、I七個(gè)物理量稱為地磁要素。已知其中三個(gè)要素就可以求出其他的要素。在實(shí)際觀測(cè)中,目前只有I、D、H、Z和F的絕對(duì)值能夠直接測(cè)量。,海洋磁力測(cè)量測(cè)出的地磁要素,可以在地圖上繪制地磁要素的等值線,稱為分布圖。,通常利用拖曳于工作船后的質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀或磁力梯度儀,對(duì)海洋區(qū)域的地磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,將觀測(cè)值減去正常磁場(chǎng)值,并作地磁日變校正后得到磁異常。,海洋磁力測(cè)量成果有多方面的用途對(duì)磁異常的分析,有助于闡明區(qū)域地質(zhì)特征,如斷裂帶展布、火山巖體的位置等。磁力測(cè)量的詳細(xì)成果,可用于編制海底地質(zhì)圖。世界各大洋地區(qū)內(nèi)的磁異常,都呈條帶狀分布于大洋中脊兩側(cè),由此可以研究大洋盆地的形成和演化歷史。也是研究海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造的資料。磁力測(cè)量是尋找鐵磁性礦物的重要手段。在海道測(cè)量中,可用于掃測(cè)沉船等鐵質(zhì)航行障礙物,探測(cè)海底管道和電纜等。在軍事上,海洋地磁資料可用于布設(shè)磁性水雷,對(duì)潛艇慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行校正。用各地的磁差值和年變值編成磁差圖或標(biāo)入航海圖,是船舶航行時(shí),用磁羅經(jīng)導(dǎo)航不可缺少的資料。,海洋水文測(cè)量是觀測(cè)海水物理、動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)量活動(dòng)。海洋水文要素主要包括海水溫度、鹽度、密度、海流、潮汐、潮流、波浪等。海洋水文測(cè)量是為水下地形測(cè)量、水深測(cè)量以及定位提供必要的海水物理、化學(xué)特性參數(shù)的工作。,§628海洋水文測(cè)量,主要涉及的測(cè)量?jī)?nèi)容有波浪測(cè)量?jī)x器潮汐測(cè)量?jī)x器海流測(cè)量?jī)x器海水溫鹽測(cè)量?jī)x器海洋深度測(cè)量?jī)x器海冰測(cè)量?jī)x器水色及透明度測(cè)量?jī)x器綜合測(cè)量?jī)x器其他,1)海水溫度、鹽度、密度的測(cè)定,測(cè)定海水的溫度、鹽度、密度可以計(jì)算聲波在水中傳播的速度,為聲學(xué)測(cè)深系統(tǒng)、聲學(xué)定位系統(tǒng)提供聲速測(cè)量精度的保證。海水的溫度、鹽度、密度可以利用溫鹽深計(jì)通過(guò)物理或化學(xué)方法測(cè)定。,海水的溫度、鹽度、密度是確定水中聲速的重要參數(shù),同時(shí),聲速還可以通過(guò)直接測(cè)量的方式獲得。聲速剖面儀SVP(SOUNDVELOCITYPROFILE)可完成聲速的直接測(cè)量。,2)海水中聲速的直接測(cè)定聲速剖面儀,潮汐觀測(cè)值在水下地形測(cè)量中扮演著提供垂直參考面的重要角色。,3)潮位測(cè)量,驗(yàn)潮井,浮子式驗(yàn)潮儀可連續(xù)記錄江河、湖泊、水庫(kù)、潮汐及地下水水位變化的,適用于有水位測(cè)井的場(chǎng)合。,超聲波懸掛式驗(yàn)潮儀,超聲波懸掛式驗(yàn)潮儀一般固定于岸邊通過(guò)超聲波測(cè)距實(shí)施潮位測(cè)量。,4)流速流向測(cè)量,海水/河水中的流速流向可通過(guò)ADCP(ACOUSTICDOPPLERCURRENTPROFILE)來(lái)測(cè)量。它是利用海流/河流與ADCP幾個(gè)超聲波聲柱的DOPPLER效應(yīng)而計(jì)算流速的。同時(shí)根據(jù)34個(gè)聲柱的位置計(jì)算流向的。根據(jù)作業(yè)方式不同,ADCP又可分為靜置式和走航式。,靜置式,海洋水文測(cè)量主要提供海洋水文圖。具體表示各海洋水文要素水平分布和垂直分布的一般規(guī)律,顯示各要素隨時(shí)間變化的一般性質(zhì)或該要素的基本特點(diǎn)。,海洋鹽度分布,鹽度剖面,ADCP剖面,流場(chǎng)分布,潮汐變化,海圖以海洋及其毗鄰的陸地為描繪對(duì)象的地圖,其描繪對(duì)象的主體是海洋,海圖的主要要素為海岸,海底地貌,航行障礙物,助航標(biāo)志,水文及各種界線。海圖還包括為各種不同要素繪制的專題海圖。海圖是海洋區(qū)域的空間模型,海洋信息的載體和傳輸工具,是海洋地理環(huán)境特點(diǎn)的分析依據(jù),在海洋開(kāi)發(fā)和海洋科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域都有著重要的使用價(jià)值。海圖是通過(guò)海圖編制完成的。,§629海圖編制,海圖編制是設(shè)計(jì)和制作海圖出版原圖的工作。作業(yè)過(guò)程通常分為編輯準(zhǔn)備、原圖編繪和出版準(zhǔn)備三個(gè)階段。編輯準(zhǔn)備階段是根據(jù)任務(wù)和要求確定制圖區(qū)域的范圍、數(shù)學(xué)基礎(chǔ);確定圖的分幅、編號(hào)和圖幅配置;研究制圖區(qū)域的地理特點(diǎn);分析、選擇制圖資料;確定海圖的內(nèi)容、選擇指標(biāo)與綜合原則、表示方法;制定為原圖編輯和出版準(zhǔn)備工作的技術(shù)性指導(dǎo)文件。,原圖編繪階段是根據(jù)任務(wù)和編輯文件進(jìn)行具體制作新圖的過(guò)程,使海圖制作的核心。包括數(shù)字基礎(chǔ)的展繪;制圖資料的加工處理。當(dāng)基本資料比例尺與編繪原圖比例尺相差較大時(shí),須作中間原圖,資料復(fù)制及轉(zhuǎn)會(huì);各要素按綜合原則、方法和指標(biāo)進(jìn)行內(nèi)容的取舍和圖形的概括(綜合),并按照規(guī)定圖例符號(hào)和色彩進(jìn)行編繪;處理各種圖面問(wèn)題,包括資料拼接、與鄰圖接邊、接幅,圖面配置等。編繪方法按照海圖內(nèi)容的繁簡(jiǎn)、制圖技術(shù)、設(shè)備條件而選定,有編稿法、連編帶繪法、計(jì)算機(jī)編繪法等。為保證原圖的質(zhì)量,在正式編繪前作試編原圖或草圖。運(yùn)用傳統(tǒng)方法進(jìn)行圖形編繪后還需作清繪或刻繪原圖的工作,即出版前的準(zhǔn)備工作。,出版準(zhǔn)備階段是將編繪原圖復(fù)制加工成符合圖式、規(guī)范、編圖作業(yè)方案和印刷要求的出版原圖;制作供制版、印刷參考的分色樣圖和試印樣圖。隨著制圖技術(shù)的進(jìn)步,原圖編繪和出版準(zhǔn)備工作可在電子計(jì)算機(jī)制圖系統(tǒng)上完成。,水下地形色澤填充、等值線圖,水下地形三維立體圖,,海圖,§6210海洋地理信息系統(tǒng)MGIS,一個(gè)海洋地理信息系統(tǒng)MGIS(MARINEGEOGRAPHICINFORMATIONSYSTEM)可以為遙感數(shù)據(jù)、GIS和數(shù)字模型信息提供協(xié)調(diào)坐標(biāo)、存儲(chǔ)和集成信息的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。另外,它也可以提供工具來(lái)分析數(shù)據(jù)、可視化變量之間的關(guān)系和模型。,由此看來(lái),MGIS是一個(gè)集成系統(tǒng)的概念,需集成GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)用數(shù)字模型,對(duì)空間海洋信息進(jìn)行輸入、查詢、分析、表達(dá)和管理等,具有友好人機(jī)交互環(huán)境,大大提高工作效率的綜合系統(tǒng)。,海岸帶管理最初的一些研究者只是簡(jiǎn)單的把GIS直接應(yīng)用海洋數(shù)據(jù)的管理上,如前文提到的的一些研究。隨著MGIS技術(shù)的發(fā)展和研究的深入,其在海岸帶管理方面應(yīng)用也越來(lái)越廣泛和深入,尤其是在專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)EXCLUSIVEECONOMICZONE的管理上。美國(guó)的夏威夷大學(xué)的太平洋制圖中心為開(kāi)發(fā)、管理和發(fā)展美國(guó)太平洋島嶼的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)而設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一個(gè)集成的海洋信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)著重開(kāi)發(fā)了空間海洋數(shù)據(jù)的處理、GIS和制圖系統(tǒng)的集成、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、海洋數(shù)據(jù)的模擬和動(dòng)態(tài)顯示等功能。這里搜集的海洋數(shù)據(jù)主要有海洋測(cè)深數(shù)據(jù)、重力數(shù)據(jù)和磁力數(shù)據(jù)等,數(shù)據(jù)量很大。該海洋信息系統(tǒng)是以ARC/INFOV70為軟件平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。,MGIS應(yīng)用,海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)隨著MGIS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,其在海洋環(huán)境的污染監(jiān)測(cè)和保護(hù)等方面的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。美國(guó)環(huán)境保護(hù)組織EPA派遣一個(gè)調(diào)查隊(duì)DACAREYETAL,1992,對(duì)ASSACHUSETTS海灣內(nèi)采礦現(xiàn)場(chǎng)的放射性和危險(xiǎn)廢料進(jìn)行調(diào)查。其研究就是建立在一個(gè)區(qū)域性的相關(guān)海洋地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上,對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行處理,從而得出相應(yīng)的規(guī)劃和管理決策。該數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于其在馬薩諸塞海灣MASSACHUSETTSBAY進(jìn)行的一次側(cè)視聲納調(diào)查。據(jù)該調(diào)查結(jié)果充分肯定了其海洋數(shù)據(jù)庫(kù)的作用。國(guó)內(nèi),也有研究者應(yīng)用GIS技術(shù)對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。如國(guó)家海洋局海洋環(huán)境保護(hù)研究所的趙玲等人1998,趙玲等在大連海域內(nèi)采用GIS技術(shù),通過(guò)開(kāi)發(fā)和利用海域資源綜合信息,解決了資源與環(huán)境的合理利用與保護(hù)方面的問(wèn)題,對(duì)海域環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。在該項(xiàng)研究中,是利用ARCVIEW軟件平臺(tái)提供的SCRIPT語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了模型的連接和評(píng)價(jià)結(jié)果與地理空間數(shù)據(jù)的綜合。,海洋漁業(yè)西班牙圣第亞哥大學(xué)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室利用專家知識(shí)建立有效的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和專家系統(tǒng),已初步完成了一個(gè)實(shí)用的漁業(yè)信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)已被一個(gè)政府支持的項(xiàng)目所證實(shí),系統(tǒng)預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際調(diào)查結(jié)果基本一致。該系統(tǒng)主要借助衛(wèi)星通過(guò)交通船提供信息服務(wù),用以獲取魚(yú)群活動(dòng)信息和環(huán)境變化信息,開(kāi)發(fā)和改善漁業(yè)策略,提高最終漁業(yè)的產(chǎn)量。,目前,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些研究單位在進(jìn)行嘗試性工作。例如,中科院地理所等單位周成虎等,1998,近年來(lái)在海洋863計(jì)劃818專題中,通過(guò)集成遙感、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、專題分析模型和專家系統(tǒng),來(lái)為海洋漁業(yè)開(kāi)發(fā)GIS平臺(tái)。該漁業(yè)GIS由幾個(gè)子系統(tǒng)組成,主要應(yīng)用在中國(guó)東
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