行業(yè)資訊
基于海洋測繪的水深測量研究
水深測量是指測定水底點(diǎn)至水面的高度和點(diǎn)的平面位置的工作。是海道測量和海底地形測量的中心環(huán)節(jié)，目的是為船舶航行提供航道深度和確定航行障礙物的位置、深度和性質(zhì)。本文首先寫其內(nèi)容，隨后對海洋水深測量產(chǎn)生誤差的因素進(jìn)行了分析，最后對如何提高海洋水深測量精準(zhǔn)度提出了方法措施，希望能促進(jìn)水深測量測繪新技術(shù)的發(fā)展。
海洋測繪，對于海上航行的保證以及海洋事業(yè)的發(fā)展具有重要作用，而海洋測繪的研究成果，不僅體現(xiàn)在海洋事業(yè)的發(fā)展，還體現(xiàn)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)以及科學(xué)研究的方方面面。對于我國來說，從新中國的成立至今，海洋測繪的發(fā)展也從弱走向強(qiáng)，從小做到大，并且有了驕人的成績。而海洋測繪成果體現(xiàn)在那一萬四千米的島嶼岸線1 800km的大陸岸線以及300多萬平方千米和6500多個(gè)島嶼的管轄海域。對于我國的海洋測繪事業(yè)而言，海軍的測繪力量開創(chuàng)時(shí)間最早，隨著海洋測繪事業(yè)的發(fā)展，我國成立了國家海洋局，國家海洋局對我國的海洋進(jìn)行調(diào)查、規(guī)劃以及實(shí)施，使得海洋測繪事業(yè)有了蓬勃的發(fā)展。下文將對基于海洋測繪水深測量的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行論述。
一、水深測量的內(nèi)容
水深測量的內(nèi)容主要包括以下兩方面的內(nèi)容：
1.測深點(diǎn)的深度測量
測量水深所使用的工具和儀器一般有測深桿、測深錘和測深儀等。為連續(xù)測得水深，必須選擇適當(dāng)?shù)臏y深線間隔和方向。測深線間隔一般取為圖上 1-1.5厘米，測點(diǎn)間距一般為圖0.5-0.7厘米。測得水深后，必須進(jìn)行水位改正。就是把在瞬時(shí)水面上測得的深度歸算到由深度基準(zhǔn)面起算的深度。
2.測深點(diǎn)的定位
在水深測量工作中，還要精確地測定深度點(diǎn)的平面位置，這項(xiàng)工作簡稱為定位。用測深儀測深時(shí)，深度點(diǎn)的平面位置是換能器的平面位置;用測深桿、水砣測深時(shí)，深度點(diǎn)的平面位置是測深桿、測深桿或水砣繩與水面垂直相交時(shí)的平面位置。
二、海洋測繪水深測量誤差的影響因素
水深測量誤差主要有儀器誤差、聲速誤差、潮位觀測因素、船速因素和船只因素等。
(1)儀器誤差指的是在進(jìn)行測量的過程中，由于測量儀器的性能而產(chǎn)生的誤差或者因裝配探測儀等相關(guān)設(shè)備所導(dǎo)致的誤差。因?yàn)樘綔y儀自身性能產(chǎn)生的誤差指的是在使用探測儀的過程中，或者在多次使用探測儀的過程中，因?yàn)殡妷弘姵氐膿Q擋和降低、元器件老化等因素導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速和聲速的變化，進(jìn)而對水深測量的精度產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)，因?yàn)樾吞柌煌奶綔y儀和使用程度不同的探測儀，對反射聲波接受的敏捷程度也有所不同，在和水草、雜物、泥漿等介質(zhì)進(jìn)行碰撞的過程中，會產(chǎn)生虛假的水深，對測量的真實(shí)性和精度產(chǎn)生了影響。
(2)聲速誤差指的是走航式水深測量依據(jù)聲波對深度進(jìn)行測量，因?yàn)槁暡ㄔ谒袀鞑サ乃俣葧λ罹鹊臏y量產(chǎn)生一定的影響，在進(jìn)行測探之前，應(yīng)該對測深器的數(shù)值進(jìn)行測定，因?yàn)樵O(shè)置聲速值的水平會對測深數(shù)據(jù)的精確性產(chǎn)生較大的影響，一旦出現(xiàn)了聲速值設(shè)置不合適的問題，很容易使測深的結(jié)果變淺或者變深，如果沒有通過其它的方式進(jìn)行檢驗(yàn)，很難對系統(tǒng)誤差進(jìn)行發(fā)掘。
(3)潮位觀測誤差指的是因?yàn)樗顪y量得到的結(jié)果是通過理論上該地區(qū)最低潮位的數(shù)值，因此，應(yīng)該將外業(yè)測量的結(jié)果計(jì)算到最低潮位面上，因此，在對潮位進(jìn)行測量的準(zhǔn)確性會對水深測量的精度產(chǎn)生影響。
(4)船只因素也會對測量的精度產(chǎn)生一定的影響，在對水深地形進(jìn)行測量的過程中，船型和船的大小會對測量工作產(chǎn)生很大的影響。如果船只太大，在工作的時(shí)候很容易擱淺，而且因?yàn)榇坏某运?，對淺水帶附近的數(shù)據(jù)無法有效的測量。如果船只太長，在運(yùn)行過程中的靈活性會受到一定的影響，很難按照預(yù)先設(shè)定的方式進(jìn)行測量。如果船只太短，船體進(jìn)行回旋的半徑很小，但是在拐彎和掉頭的過程中，有很大的靈活性。
三、海洋測繪水深測量相關(guān)技術(shù)
現(xiàn)如今常用于我國海洋測繪工作中的傳統(tǒng)工作方法包括：羅盤定位與六分儀、測深桿、測深繩、測深鉛魚等，這些傳統(tǒng)的工作方法測量精確度較低且效率不高，只能進(jìn)行粗略的海圖繪制，難以滿足高要求的探測工作的進(jìn)行。為了解決此類問題，在遙感探測、聲波探測、衛(wèi)星地位和激光探測等科學(xué)技術(shù)不斷成熟的今天，它們將逐步被應(yīng)用于海洋測繪過程中，隨著這些技術(shù)的使用，海洋測繪技術(shù)也將逐漸向高效率、高精度、高現(xiàn)代化邁進(jìn)。
四、提高水深測量精準(zhǔn)度的措施
為了最大限度的提高測量結(jié)果的精確性，測量前，先要確定測區(qū)范圍和測圖比例尺，設(shè)計(jì)圖幅，準(zhǔn)備圖板和展繪控制點(diǎn)，布設(shè)測深線和驗(yàn)潮站，以及確定驗(yàn)流點(diǎn)和水文站的位置。測量時(shí)，測量船沿預(yù)定測深線連續(xù)測深，并按一定間隔進(jìn)行定位，同時(shí)進(jìn)行水位觀測。測量中要確定礁石、沉船等各種航行障礙物的準(zhǔn)確位置，探清最淺水深及其延伸范圍。
1.修正測量誤差
對于采樣速率及延遲造成的誤差，可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測量結(jié)果計(jì)算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。船體搖擺姿態(tài)和動(dòng)態(tài)吃水的修正，可用電磁式姿態(tài)儀修正船的姿態(tài)，修正包括高程的修正和位置的修正。船的航向、縱擺和橫擺等參數(shù)都可以通過姿態(tài)儀輸出，借助專用的測量軟件可以修正這些參數(shù)。動(dòng)態(tài)吃水改正是船體自重下沉加上測深船的靜態(tài)吃水深度和顛簸的總和，得到的是一個(gè)不定值，往往都是平均值。
2.提高GPS在海洋測繪中的精度
GPS定位系統(tǒng)在大地高的測量中應(yīng)用較早，且測量結(jié)果較準(zhǔn)確，但在將大地高轉(zhuǎn)化為海圖高的精確度上卻并不高。由于海洋理論深度基準(zhǔn)面具有跳躍變化的不穩(wěn)定特點(diǎn)，因此，將大地高作為無縫垂直參考基準(zhǔn)應(yīng)用水對水深的測量，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對于數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確性的研究，以做到通過大地高的測量，能對海圖高的數(shù)值有比較準(zhǔn)確的測定，尤其在我國的遠(yuǎn)海領(lǐng)域，應(yīng)加大對GPS精確使用范圍并加快相應(yīng)技術(shù)研究，以不斷促進(jìn)海洋測繪技術(shù)的提高。
3.加快提高測深技術(shù)
在水深測量上，海洋測繪雖然在近些年的發(fā)展中取得了很大進(jìn)展，但由于受先進(jìn)的測量儀器價(jià)格昂貴、海洋測繪較之陸地測繪起步晚、在技術(shù)上相對較弱等原因的影響，在當(dāng)前我國的水深測繪中，仍然主要使用單波束測深儀，對于多波束測深儀的研制還有待提高，如果主要依靠單波束測深儀，將會降低我國測深效率以及測量結(jié)果的精準(zhǔn)性，對于我國海洋測繪業(yè)的發(fā)展是不利的。
4.建立完整的GPS無驗(yàn)潮海洋深度測量作業(yè)模式
在海洋測深過程中，為解決回聲測深儀波束角效應(yīng)使記錄的測深圖像失真問題，提出了波束角效應(yīng)的改進(jìn)模型及其改正算法。針對多波束測深數(shù)據(jù)集，采用改進(jìn)的距離反比權(quán)重算法和多細(xì)節(jié)層次模型技術(shù)來建立海底數(shù)字地形模型(DTM)。
5.加快網(wǎng)絡(luò)化信息服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，重視測繪人才的培養(yǎng)
海洋測繪信息目前還是主要在海洋測繪、科研、管理等部門建立的局域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)信息共享，并沒有實(shí)現(xiàn)社會化應(yīng)用，應(yīng)嘗試在當(dāng)前局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，與各級海事部門實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，通過與國家公共信息網(wǎng)站的鏈接，實(shí)現(xiàn)海事測繪公共服務(wù)信息的大眾化使用，并盡快建立起信息服務(wù)系統(tǒng)，使海洋測繪信息能為與海洋打交道的各行業(yè)人員提供幫助。
五、結(jié)語
綜上所述，對于海水測量的水深誤差，要采取針對性的對策，對測量誤差進(jìn)行修正，當(dāng)然，在這方面我們還需要進(jìn)一步的研究和探討，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，水深測量也能發(fā)揮其最大的作用。
海洋測繪，對于海上航行的保證以及海洋事業(yè)的發(fā)展具有重要作用，而海洋測繪的研究成果，不僅體現(xiàn)在海洋事業(yè)的發(fā)展，還體現(xiàn)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)以及科學(xué)研究的方方面面。對于我國來說，從新中國的成立至今，海洋測繪的發(fā)展也從弱走向強(qiáng)，從小做到大，并且有了驕人的成績。而海洋測繪成果體現(xiàn)在那一萬四千米的島嶼岸線1 800km的大陸岸線以及300多萬平方千米和6500多個(gè)島嶼的管轄海域。對于我國的海洋測繪事業(yè)而言，海軍的測繪力量開創(chuàng)時(shí)間最早，隨著海洋測繪事業(yè)的發(fā)展，我國成立了國家海洋局，國家海洋局對我國的海洋進(jìn)行調(diào)查、規(guī)劃以及實(shí)施，使得海洋測繪事業(yè)有了蓬勃的發(fā)展。下文將對基于海洋測繪水深測量的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行論述。
一、水深測量的內(nèi)容
水深測量的內(nèi)容主要包括以下兩方面的內(nèi)容：
1.測深點(diǎn)的深度測量
測量水深所使用的工具和儀器一般有測深桿、測深錘和測深儀等。為連續(xù)測得水深，必須選擇適當(dāng)?shù)臏y深線間隔和方向。測深線間隔一般取為圖上 1-1.5厘米，測點(diǎn)間距一般為圖0.5-0.7厘米。測得水深后，必須進(jìn)行水位改正。就是把在瞬時(shí)水面上測得的深度歸算到由深度基準(zhǔn)面起算的深度。
2.測深點(diǎn)的定位
在水深測量工作中，還要精確地測定深度點(diǎn)的平面位置，這項(xiàng)工作簡稱為定位。用測深儀測深時(shí)，深度點(diǎn)的平面位置是換能器的平面位置;用測深桿、水砣測深時(shí)，深度點(diǎn)的平面位置是測深桿、測深桿或水砣繩與水面垂直相交時(shí)的平面位置。
二、海洋測繪水深測量誤差的影響因素
水深測量誤差主要有儀器誤差、聲速誤差、潮位觀測因素、船速因素和船只因素等。
(1)儀器誤差指的是在進(jìn)行測量的過程中，由于測量儀器的性能而產(chǎn)生的誤差或者因裝配探測儀等相關(guān)設(shè)備所導(dǎo)致的誤差。因?yàn)樘綔y儀自身性能產(chǎn)生的誤差指的是在使用探測儀的過程中，或者在多次使用探測儀的過程中，因?yàn)殡妷弘姵氐膿Q擋和降低、元器件老化等因素導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速和聲速的變化，進(jìn)而對水深測量的精度產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)，因?yàn)樾吞柌煌奶綔y儀和使用程度不同的探測儀，對反射聲波接受的敏捷程度也有所不同，在和水草、雜物、泥漿等介質(zhì)進(jìn)行碰撞的過程中，會產(chǎn)生虛假的水深，對測量的真實(shí)性和精度產(chǎn)生了影響。
(2)聲速誤差指的是走航式水深測量依據(jù)聲波對深度進(jìn)行測量，因?yàn)槁暡ㄔ谒袀鞑サ乃俣葧λ罹鹊臏y量產(chǎn)生一定的影響，在進(jìn)行測探之前，應(yīng)該對測深器的數(shù)值進(jìn)行測定，因?yàn)樵O(shè)置聲速值的水平會對測深數(shù)據(jù)的精確性產(chǎn)生較大的影響，一旦出現(xiàn)了聲速值設(shè)置不合適的問題，很容易使測深的結(jié)果變淺或者變深，如果沒有通過其它的方式進(jìn)行檢驗(yàn)，很難對系統(tǒng)誤差進(jìn)行發(fā)掘。
(3)潮位觀測誤差指的是因?yàn)樗顪y量得到的結(jié)果是通過理論上該地區(qū)最低潮位的數(shù)值，因此，應(yīng)該將外業(yè)測量的結(jié)果計(jì)算到最低潮位面上，因此，在對潮位進(jìn)行測量的準(zhǔn)確性會對水深測量的精度產(chǎn)生影響。
(4)船只因素也會對測量的精度產(chǎn)生一定的影響，在對水深地形進(jìn)行測量的過程中，船型和船的大小會對測量工作產(chǎn)生很大的影響。如果船只太大，在工作的時(shí)候很容易擱淺，而且因?yàn)榇坏某运?，對淺水帶附近的數(shù)據(jù)無法有效的測量。如果船只太長，在運(yùn)行過程中的靈活性會受到一定的影響，很難按照預(yù)先設(shè)定的方式進(jìn)行測量。如果船只太短，船體進(jìn)行回旋的半徑很小，但是在拐彎和掉頭的過程中，有很大的靈活性。
三、海洋測繪水深測量相關(guān)技術(shù)
現(xiàn)如今常用于我國海洋測繪工作中的傳統(tǒng)工作方法包括：羅盤定位與六分儀、測深桿、測深繩、測深鉛魚等，這些傳統(tǒng)的工作方法測量精確度較低且效率不高，只能進(jìn)行粗略的海圖繪制，難以滿足高要求的探測工作的進(jìn)行。為了解決此類問題，在遙感探測、聲波探測、衛(wèi)星地位和激光探測等科學(xué)技術(shù)不斷成熟的今天，它們將逐步被應(yīng)用于海洋測繪過程中，隨著這些技術(shù)的使用，海洋測繪技術(shù)也將逐漸向高效率、高精度、高現(xiàn)代化邁進(jìn)。
為了最大限度的提高測量結(jié)果的精確性，測量前，先要確定測區(qū)范圍和測圖比例尺，設(shè)計(jì)圖幅，準(zhǔn)備圖板和展繪控制點(diǎn)，布設(shè)測深線和驗(yàn)潮站，以及確定驗(yàn)流點(diǎn)和水文站的位置。測量時(shí)，測量船沿預(yù)定測深線連續(xù)測深，并按一定間隔進(jìn)行定位，同時(shí)進(jìn)行水位觀測。測量中要確定礁石、沉船等各種航行障礙物的準(zhǔn)確位置，探清最淺水深及其延伸范圍。
1.修正測量誤差
對于采樣速率及延遲造成的誤差，可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測量結(jié)果計(jì)算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。船體搖擺姿態(tài)和動(dòng)態(tài)吃水的修正，可用電磁式姿態(tài)儀修正船的姿態(tài)，修正包括高程的修正和位置的修正。船的航向、縱擺和橫擺等參數(shù)都可以通過姿態(tài)儀輸出，借助專用的測量軟件可以修正這些參數(shù)。動(dòng)態(tài)吃水改正是船體自重下沉加上測深船的靜態(tài)吃水深度和顛簸的總和，得到的是一個(gè)不定值，往往都是平均值。
2.提高GPS在海洋測繪中的精度
GPS定位系統(tǒng)在大地高的測量中應(yīng)用較早，且測量結(jié)果較準(zhǔn)確，但在將大地高轉(zhuǎn)化為海圖高的精確度上卻并不高。由于海洋理論深度基準(zhǔn)面具有跳躍變化的不穩(wěn)定特點(diǎn)，因此，將大地高作為無縫垂直參考基準(zhǔn)應(yīng)用水對水深的測量，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對于數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確性的研究，以做到通過大地高的測量，能對海圖高的數(shù)值有比較準(zhǔn)確的測定，尤其在我國的遠(yuǎn)海領(lǐng)域，應(yīng)加大對GPS精確使用范圍并加快相應(yīng)技術(shù)研究，以不斷促進(jìn)海洋測繪技術(shù)的提高。
3.加快提高測深技術(shù)
在水深測量上，海洋測繪雖然在近些年的發(fā)展中取得了很大進(jìn)展，但由于受先進(jìn)的測量儀器價(jià)格昂貴、海洋測繪較之陸地測繪起步晚、在技術(shù)上相對較弱等原因的影響，在當(dāng)前我國的水深測繪中，仍然主要使用單波束測深儀，對于多波束測深儀的研制還有待提高，如果主要依靠單波束測深儀，將會降低我國測深效率以及測量結(jié)果的精準(zhǔn)性，對于我國海洋測繪業(yè)的發(fā)展是不利的。
4.建立完整的GPS無驗(yàn)潮海洋深度測量作業(yè)模式
在海洋測深過程中，為解決回聲測深儀波束角效應(yīng)使記錄的測深圖像失真問題，提出了波束角效應(yīng)的改進(jìn)模型及其改正算法。針對多波束測深數(shù)據(jù)集，采用改進(jìn)的距離反比權(quán)重算法和多細(xì)節(jié)層次模型技術(shù)來建立海底數(shù)字地形模型(DTM)。
5.加快網(wǎng)絡(luò)化信息服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，重視測繪人才的培養(yǎng)
海洋測繪信息目前還是主要在海洋測繪、科研、管理等部門建立的局域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)信息共享，并沒有實(shí)現(xiàn)社會化應(yīng)用，應(yīng)嘗試在當(dāng)前局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，與各級海事部門實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，通過與國家公共信息網(wǎng)站的鏈接，實(shí)現(xiàn)海事測繪公共服務(wù)信息的大眾化使用，并盡快建立起信息服務(wù)系統(tǒng)，使海洋測繪信息能為與海洋打交道的各行業(yè)人員提供幫助。
五、結(jié)語
綜上所述，對于海水測量的水深誤差，要采取針對性的對策，對測量誤差進(jìn)行修正，當(dāng)然，在這方面我們還需要進(jìn)一步的研究和探討，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，水深測量也能發(fā)揮其最大的作用。
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