海洋測繪基礎班講義.doc

海洋測繪基礎知識班概述根據(jù)注冊測繪師資格考試大綱海洋測繪考試基本要求，海洋測繪分為四個部分：(1)海洋測繪內(nèi)容(2)水下地形測量(3)海洋垂直基準(4)成果呈現(xiàn)分析第一章 海洋測繪內(nèi)容【內(nèi)容輔導】根據(jù)工程要求按海洋測繪進行項目分類，依據(jù)項目分類，選擇測量方法，制定測量方案。包括：海洋測繪的內(nèi)容; 采用的儀器設備; 作業(yè)方式和方法; 參考規(guī)范; 項目實施方案?！镜厍虮砻妗?【海洋的重要性】海洋面積占地球面積的70%，海洋是人類的生命搖藍、現(xiàn)代社會的交通要道，也是地球上的資源寶庫。我國東、南面有長達1 .8萬公里的海岸線，與之相鄰有渤海、黃海、東海和南海。按照聯(lián)合國海洋法公約，應歸我國管轄的內(nèi)水、鄰海、大陸架、專屬經(jīng)濟區(qū)的面積約有300多萬平方公里。島嶼6500個，還擁有許多優(yōu)良港灣。1.1 海洋測繪研究海洋定位、測定海洋大地水準面和平均海水面、海底和海水面地形、海洋重力、磁力、海洋環(huán)境等自然和社會信息的地理分布及編制各種海圖的理論和技術(shù)。(1)海洋測繪的對象盡管大海一片汪洋，但海洋是由各種要素組成的綜合體，因此海洋測繪的對象可以分解成兩大類，就是自然現(xiàn)象和人文現(xiàn)象。 自然現(xiàn)象自然界客觀存在的各種現(xiàn)象。如曲曲折折的海岸，起伏不平的海底，動蕩不定的海水，風云多變的海洋上空。用科學名詞來說，就是海岸和海底地形，海洋水文和海洋氣象?？梢苑纸獬筛鞣N要素，如海岸和海底的地貌起伏形態(tài)、物質(zhì)組成、地質(zhì)構(gòu)造、重力異常和地磁要素、礁石等天然地物，海水溫度、鹽度、密度、透明度、水色、波浪、海流，?？盏臍鉁?、氣壓、風、云、降水，以及海洋資源狀況等。人文現(xiàn)象指經(jīng)過人工建設、人為設置或改造形成的現(xiàn)象。如岸邊的港口設施-碼頭、船塢、系船浮簡、防波堤等，海中的各種平臺，航行標志-燈塔、燈船、浮標等，人為的各種沉物-沉船、水雷、飛機殘骸，捕魚的網(wǎng)、柵，專門設置的港界、軍事訓練區(qū)、禁航區(qū)、行政界線-國界、省市界、領(lǐng)海線等，還有海洋生物養(yǎng)殖區(qū)。(2)海洋測繪的特點海洋測繪的對象是海洋，而海洋與陸地的最大差別是海底以上覆蓋著一層動蕩不定的、深淺不同的、所含各類生物和無機物質(zhì)有很大區(qū)別的水體。在海洋水域沒有陸地那樣的水系、居民地、道路網(wǎng)等要素，除淺海區(qū)外，也沒有植被。海底地貌也比陸地地貌要簡單得多，地貌單元巨大，很少有人類活動的痕跡。但這并不是說海洋測繪比陸地測繪要簡單得多，相反，海洋測繪在許多方面比陸地測繪要困難。1.2 海洋測繪的任務與主要內(nèi)容根據(jù)海洋測繪工作的目的不同，可把海洋測繪任務劃分為科學性任務和實用性任務兩大類：(1)科學性任務為研究地球形狀提供更多的數(shù)據(jù)資料;為研究海底地質(zhì)的構(gòu)造運動提供必要的資料為海洋環(huán)境研究工作提供測繪保障。(2)實用性任務主要是指對各種不同的海洋開發(fā)工程，提供它們所需要的海洋測繪服務工作。主要包括：海洋自然資源的勘探離岸工程航運、救援與航道近岸工程 漁業(yè)捕撈 海上劃界 其它海底工程(海底電纜、海底管道等)(3)海洋測繪的主要內(nèi)容海洋大地測量海洋工程測量水深測量及水下地形測量障礙物探測水文要素調(diào)查海洋重力測量海洋磁力測量海洋專題測量和海區(qū)資料調(diào)查各種海圖、海圖集、海洋資料的編制和出版海洋地理信息的分析、處理及應用1)海洋控制網(wǎng)測量和海底控制網(wǎng)測量海洋大地控制網(wǎng)布設和測量與以往所用的理論和原理相同;而海底控制點的布設一般使用3個或4個一組的應答器通過聲學測量的方法建立海底控制。 2)海水面的測定包括海面形態(tài)的測定和平均海水面的確定。前者對海洋測量和海洋科學的研究有著重要意義，而后者卻對大地測量有著重要的意義。主要技術(shù)：潮位站驗潮測量衛(wèi)星測高(SA) 3)海洋定位精確地確定海洋表面，海水中和海底各種標志的位置稱為海洋定位。海洋定位主要采用天文定位、光學交會定位、慣性導航定位、地面無線電定位、GPS衛(wèi)星定位、聲學定位等方法。 4)海洋測深目前所用方法有：船載在航水深測量 單波束測量(單頻或雙頻) 多波束測量機載激光系統(tǒng) LIDAR衛(wèi)星遙感測深 一般采用回聲測深獲得深度。5)海底地貌及底質(zhì)測量海底地形測量是測量海底起伏形態(tài)和地物的工作。特點是測量內(nèi)容多，精度要求高，顯示海底地物、地貌詳細。地貌測量多采用多波束、側(cè)掃聲納測量海底地質(zhì)探測是對海底表面及淺層沉積物性質(zhì)進行的測量。底質(zhì)測量底質(zhì)采樣深層底質(zhì)測量淺底層剖面儀6)海洋水文測量獲取海洋溫度、鹽度、透明度、水色、潮汐、潮流等水文要素的測量。主要測量方法：溫度：表層溫度計、顛倒溫度計鹽度：通用的阿貝折射儀、多棱鏡差式折射儀、現(xiàn)場折射儀透明度：透明度儀、光度計潮汐：潮位站驗潮潮流：流速流向儀、聲學多普勒流速剖面儀(ADCP)7)障礙物探測確認障礙物，探明其位置。主要測量方法：多波束側(cè)掃聲納磁力儀淺地層剖面儀其他探測設備8)海岸工程為海岸、海洋工程的穩(wěn)定性服務。主要包括：工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及形變監(jiān)測海床的穩(wěn)定性水文特征及其規(guī)律地形地貌特征底質(zhì)及地質(zhì)結(jié)構(gòu)9)海圖測繪海圖以海洋及其毗鄰的陸地為描繪對象的地圖，其描繪對象的主體是海洋。海圖的主要要素為海岸，海底地貌，航行障礙物，助航標志，水文及各種界線。海圖是通過海圖編制完成的，作業(yè)過程通常分為編輯準備、原圖編繪和出版準備三個階段。10)海洋重力測量海洋重力測量是測量海區(qū)重力加速度的工作。主要目的：研究地球的形狀和內(nèi)部構(gòu)造、勘測海洋礦產(chǎn)資源和保證遠程導彈發(fā)射提供海洋重力數(shù)據(jù)。海洋重力測量可分為：海底(沉箱式)重力測量船載重力測量機載重力測量衛(wèi)星重力測量11)海洋磁力測量海洋磁力測量是測定海上地磁要素的工作，是研究地球物理現(xiàn)象，海洋資源勘探以及海底宏觀地質(zhì)構(gòu)造的有力手段之一。主要目的：尋找與石油、天然氣有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造和研究海底的大地構(gòu)造。海洋磁力測量可為：船基在航磁力測量機載磁力測量衛(wèi)星磁力測量12)海洋地理信息系統(tǒng)(MGIS)MGIS的研究對象包括海底、水體、海表面及大氣及沿海人類活動5個層面。一般GIS處理分析的對象大都是空間狀態(tài)或有限時刻的空間狀態(tài)的比較;MGIS則主要強調(diào)對時空過程的分析和處理，這是MGIS區(qū)別于一般GIS的最大特點。1.3 我國的海域狀況我國地處亞洲東部大陸，瀕臨西太平洋，東、南面與渤海、黃海、東海和南海相鄰，既是一個大陸國家，又是一個海洋大國。960萬km2+300多萬km2海洋國土中國的地理位置:位于北半球、亞洲東部、太平洋西岸，南北相距5500km，東西相距5000km北京：東經(jīng)11628，北緯3954 (1)海渤海：7.7萬km2 ，最大深度70m，平均深度18m，油氣資源豐富。黃海：38萬km2，最大深度140m，平均深度44m。東海：77萬km2，最大深度2700m，平均深度370m，油氣資源豐富(長江口)。南海：350萬km2，最大深度5600m，平均深度1200m，油氣資源豐富(珠江口)。(2)島嶼6500多個東海占60%，南海占30%，渤海、黃海占10%臺灣、海南島面積3萬km2，其余均2000km2最南端-南沙群島的曾母暗沙島1.4 參考規(guī)范和項目技術(shù)設計(1)參考規(guī)范: 參考一般測量規(guī)范包括：GB/T18314-2001全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范GB12898-91國家三、四等水準則量規(guī)范JTJ203-2001水運工程測量規(guī)范GB12327-1998海道測量規(guī)范GB138 - 90水位觀測標準GB/T 202572-20061:5000 1:10000地形圖圖式GB/T18316-2001數(shù)字測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢查驗收規(guī)定和質(zhì)量評定CH 1002-1995測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定CH 1003-1995測繪產(chǎn)品質(zhì)量評定標準(2)項目技術(shù)設計包括：任務概述自然地理情況和已有的資料資料準備成果主要技術(shù)指標及規(guī)格測量儀器設備項目人員方案設計資料圖件的檢查、項目驗收、整理和匯總第二章 水下地形測量【內(nèi)容輔導】依據(jù)海道測量定位、測深原理和使用儀器的實際情況，分析水深定位方法的可行性及其對水深測量成果的影響。包括：水下地形測量的作業(yè)環(huán)節(jié)(定位、測深、聲速、姿態(tài))測量設備組成(定位、測深及輔助設備)設備性能、精度及對水下地形測量的影響掌握水下地形測量作業(yè)過程、數(shù)據(jù)處理過程分析各因素對水下地形測量的影響，進行精度評估2.1 水上定位海洋定位測量是海洋測繪的一個重要分支。在海洋測量工程中無論測量某一幾何量或物理量，如水深、重力、磁力等，都必須固定在某一種坐標系統(tǒng)相應的格網(wǎng)中，是海洋測繪和海洋工程的基礎。海洋定位方法包括：天文定位光學定位陸基無線電定位(地面)空基無線電定位(衛(wèi)星)水聲學定位(1)GPS定位鑒于GPS在海上測量中的廣泛應用，目前主要的GPS定位模式：單點定位動態(tài)定位靜態(tài)相對定位1)GPS動態(tài)定位利用GPS信號，測定相對于地球運動的用戶天線的狀態(tài)參數(shù)，包括三維坐標、三維速度和時間等七個狀態(tài)參數(shù)。導航，是測得運動載體的狀態(tài)參數(shù)，并導引運動載體準確的運動到預定的后續(xù)位置。2)DGPS-差分GPS用設于坐標已知的參考站，計算各類改正數(shù)、影響GPS測量定位的誤差。差分GPS系統(tǒng)的構(gòu)成：基準站(Reference/Base Station)流動站(Mobile/Rover Station)差分改正數(shù) 差分GPS主要方法：位置(坐標)差分與距離(偽距)差分位置改正數(shù)位置改正數(shù)的確定缺陷要求參考站和流動站所觀測的衛(wèi)星完全相同距離改正數(shù)距離改正數(shù)的確定：計算距離觀測距離3) RTK實時動態(tài)差分測量系統(tǒng)構(gòu)成：參考站流動站數(shù)據(jù)鏈 特點高精度動態(tài)測量，提供厘米級的平面和垂直定位解應用大比例尺水下地形測量無驗潮模式下的水下地形測量GPS潮位等高精度測量4)PPK事后動態(tài)差分測量系統(tǒng)構(gòu)成 參考站 流動站特點 高精度動態(tài)測量，事后提供厘米級的平面和垂直定位解應用 大比例尺水下地形測量 無驗潮模式下的水下地形測量 GPS潮位等高精度測量5)網(wǎng)絡RTK測量傳統(tǒng)RTK技術(shù)在應用中遇到的最大問題就是參考站校正數(shù)據(jù)的有效作用距離。網(wǎng)絡RTK特點:線性衰減的單點GPS誤差模型被區(qū)域型的GPS網(wǎng)絡誤差模型所取代，即用多個參考站組成的GPS網(wǎng)絡來估計一個地區(qū)的GPS誤差模型，并為網(wǎng)絡覆蓋地區(qū)的用戶提供校正數(shù)據(jù)。 主要采用：VRS、MAC、FKP等技術(shù)6)CORS連續(xù)運行參考站采用VRSVirtual Reference Station作業(yè)模型類似RTK原理利用基準站網(wǎng)計算出用戶附近某點(虛擬參考站)各項誤差改正，再將它們加到利用虛擬參考站坐標和衛(wèi)星坐標所計算出的距離之上，得出虛擬參考站上的虛擬觀測值，將其發(fā)送給用戶，進行實時相對定位。特點精度和可靠性高屬網(wǎng)絡RTK (2)GPS動態(tài)定位的精度與應用 1)GPS在海洋大地測量方面的應用海洋大地測量控制網(wǎng)建立海洋大地測量水準面測定海島聯(lián)測海洋重力測量GPS測定海底控制點 2)GPS在海洋資源勘探方面的應用利用差分GPS技術(shù)進行海洋物探定位和海洋石油鉆井平臺的定位進行海洋物探定位時，在岸上設置一個基準站，另外在前后兩條地震船上都安裝差分GPS接收機。通過發(fā)射和接收地震波，同時記錄GPS定位結(jié)果，分析地震波在地層內(nèi)的傳播特性，研究地層的結(jié)構(gòu)，從而尋找石油資源的儲油構(gòu)造。利用差分GPS技術(shù)按預先設計的孔位建立安裝鉆井平臺在鉆井平臺上和海岸基準站上設置GPS系統(tǒng)。如果在鉆井平臺的四周都安裝GPS天線，由四個天線接收的信息進入同一個接收機，同時由數(shù)據(jù)鏈 電臺將基準站觀測得數(shù)據(jù)也傳送到鉆井平臺的接收機上。通過平臺上的微機同時處理五組數(shù)據(jù)， 可以計算出平臺的平移、傾斜和旋轉(zhuǎn)，以實時檢測平臺的安全和可靠性。3)近海海域高精度海上定位對于近海海域，可采用在岸上或島嶼上設立基準站，采用差分技術(shù)或動態(tài)相對定位技術(shù)進行高精度海上定位。如果一個基準站能覆蓋150km范圍，那么在我國沿海只需設立34個基準站便可在近海海域進行高精度海上定位。研究表明，廣域差分技術(shù)(WASGPS)可以實現(xiàn)在一個國家或幾個國家范圍內(nèi)的廣大區(qū)域進行差分定位(3)我國沿海無線電指向標差分系統(tǒng)信標差分技術(shù)：利用現(xiàn)有的海用無線電信標臺，在其所發(fā)射的信號中加一個副載波調(diào)制，以發(fā)射差分修正信號，提供導航定位服務。 (4)水聲學定位可以提供局部的、實時的、精密的位置信息。聲學定位原理： 水下聲學：研究聲波在水下的輻射、傳播、接收解決與水下目標探測和信息傳輸過程中有關(guān)的各種聲學問題主要應用于水深測量和海底地形測量聲學定位系統(tǒng)：長基線系統(tǒng) 短基線系統(tǒng) 多普勒聲納系統(tǒng)1)長基線定位系統(tǒng) 測距方式單向測距-信號標-單程時間延遲雙向測距-應答器-雙程時間差 定位精度1)測距精度 + 空間幾何圖形2)精度：520 m3)測程：5 km ，折射影響 2)短基線定位系統(tǒng)利用安置在船底的一組(若干個)聽音器和埋設在海底的一個信號標或應答器進行定位。工作方式：1)距離距離2)距離方位3)時間差 距離-距離工作方式精度較低原因：1)基線很短，幾何圖形差。2)海中風浪作用，系統(tǒng)平穩(wěn)性差。3)受相同噪聲場影響，系統(tǒng)誤差大。 距離方位工作方式利用相位差求定方向余弦值，從而得到相對位置。精度較低：0.5 5采用聲波頻率通常為：2030KHZ 時間差方式利用時間差求定平面位置。精度較低：1%左右。應用于深海采礦、鉆井工程等動態(tài)定位，保證鉆井船準確位于井口上方。 3)多普勒聲納系統(tǒng)利用多普勒效應測定船或水下運載工具的速度，借于確定船或水下運載工具的位置變化。多普勒效應： 測量頻率變化： 測量航速度： 2.2 海洋測深回聲測深原理多波束測深系統(tǒng)高分辨率測深側(cè)掃聲納基于水下機器人的水下地形測量機載激光測深(LIDAR)測線布設測深精度水位改正測量數(shù)據(jù)質(zhì)量與管理海底地形測量是測量海底起伏形態(tài)和地物的工作，是陸地地形測量在海域的延伸。按照測量區(qū)域可分為海岸帶、大陸架和大洋三種海底地形。特點是測量內(nèi)容多，精度要求高，顯示內(nèi)容詳細。水深測量經(jīng)歷了如下幾個發(fā)展階段：測繩重錘測量(點測量)單頻單波束測深(點測量)雙頻單波束測深(點測量)多波束測深(面測量)機載激光測深(面測量)衛(wèi)星遙感測深(面測量)水下地形測量的發(fā)展與其測深手段的不斷完善是緊密相關(guān)的。(1)水深測量方法回聲測深法測深原理： (2)測深系統(tǒng)單波束測深系統(tǒng)多波束測深系統(tǒng)高分辨率測深側(cè)掃聲納水下機器人測量激光測深 單波束回聲測深回聲測深儀： 多波束測深為了測定船只航線兩側(cè)的海底信息資料，研制的一種能在測船航線左右兩側(cè)對稱的有效帶內(nèi)全部海底地形信息的回聲測深系統(tǒng)。 多波束測深與單波束測深的比較 多波束測深系統(tǒng) 多波束測深系統(tǒng)的特點覆蓋寬度大測深精度高(030m水深，誤差0.3m，大于30m，誤差不超過0.5%)性能穩(wěn)定自動化程度強處理速度快后處理成果豐富多波束測深系統(tǒng)的主要誤差多波束測深系統(tǒng)的主要誤差有安裝誤差、系統(tǒng)誤差、運動誤差、聲速誤差、近場誤差和偶然誤差等。(1)安裝誤差：安裝多波束換能器、GPS流動站天線和運動傳感器時的位置、角度不正確而產(chǎn)生測量誤差。(2)系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)主要設備和輔助設備本身的誤差。(3)運動誤差：船舶航行、轉(zhuǎn)向、變速和顛簸引起的測量誤差。(4)聲速誤差：水體物理性質(zhì)的變化，主要是水溫、鹽度、渾濁度的變化造成水體密度變化而引起聲波傳播速度變化的誤差。(5)近場誤差：由于聲波反射點距離發(fā)射源很近而產(chǎn)生混響，造成信號和噪音難于辨認的誤差。(6)偶然誤差：定位數(shù)據(jù)突然尖跳，或測深數(shù)據(jù)偶然漂移等產(chǎn)生的誤差。多波束測深系統(tǒng)成果 多波束測深系統(tǒng)應用1)國外應用情況SeaBeam多波束測深系統(tǒng)RESON SEABAT多波束測深系統(tǒng)ELAC Bottomchart多波束測深系ATLAS Fansweep多波束測深系Simrad多波束測深系統(tǒng)等等2)我國研制研發(fā) 20世紀80年代中期，開始致力于多波束測深系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作。 20世紀90年代初期，開始投資研制實用型多波束測深系統(tǒng)。 H/HCS一017型多波束測深系統(tǒng)：1997年研制成功，系統(tǒng)主要由換能器陣、發(fā)射子系統(tǒng)、接收子系統(tǒng)、海底檢測單元以及數(shù)據(jù)傳送單元組成。系統(tǒng)的工作頻率為45kHZ，具有48個波束，波束角為2030，其測深范圍為101000m，扇區(qū)開角為1200，測深覆蓋范圍最大可達4倍水深，系統(tǒng)測深精度滿足當前國際海道測量組織(IHO)標準。3)多波束測深系統(tǒng)應用進展多波束測深正在向全海深測量技術(shù)、高精度測量技術(shù)、集成化與模塊化技術(shù)以及高分辨率測量技術(shù)的開發(fā)與應用研究。儀器結(jié)構(gòu)：小型化、高集成度、組件化方向發(fā)展。儀器性能：更完備的功能、更高的測量精度以及更加簡便的操作使用方向發(fā)展。數(shù)據(jù)管理：解決原始數(shù)據(jù)存儲格式不統(tǒng)一問題，設計開發(fā)數(shù)據(jù)通用接口，規(guī)范化的多波束數(shù)據(jù)后處理軟件。4)多波束測深系統(tǒng)發(fā)展前景多波束測深系統(tǒng)的研制基本成熟,未來的研究重點將傾向于數(shù)據(jù)處理和應用研究。多波束系統(tǒng)既可獲得高密度、高精度的測點位置信息，又可獲得海底圖像信息，但由于分辨率的限制，一般情況下成像質(zhì)量較差;而側(cè)掃聲納則以成像為主，可獲得高分辨率的海底影像，但僅能給出描述海底地貌、地物的概略位置因此，多波束數(shù)字信息與側(cè)掃聲納圖像信息的融合是將來測深技術(shù)深入發(fā)展的方向。(3) 無驗潮測深1)無驗潮測深基于全球定位系統(tǒng)結(jié)合測深系統(tǒng)直接采集水深、無需通過驗潮確定床面高程的一種測量方法。2)隨船一體化測深在用測深儀實時測深過程中，利用AROF技術(shù)同步實時測定出換能器(測深基面)隨潮汐、波浪等因素的起伏狀態(tài)，從而對瞬時測深值實時進行精確的測深(基面)改正，最終獲得穩(wěn)態(tài)深度場。(4)測深數(shù)據(jù)處理為了求得實際正確的水深而對回聲測深儀實測的深度數(shù)據(jù)施加的改正數(shù)稱為回聲測深儀總改正數(shù)。1)水文資料法求取總改正數(shù)適用于水深大于20m的水深測量 吃水改正Hb 折射改正Hn 聲速改正Hc 聲速改正數(shù)對總改正數(shù)H影響最大2)校對法求取總改正數(shù)適用于小于20m的水深測量?；芈暅y深改正 同步水位觀測海面受多種因素的影響，是在不斷地升降中的。水深測量工作中，必須進行同步水位觀測才能保證實測深度正確地歸算到統(tǒng)一的深度基準面上。水深測量前，在測區(qū)設主驗潮站時所進行的同步觀測。目的是把新設立的驗潮站的當?shù)仄骄Ｃ娼y(tǒng)一歸算到附近長期驗潮站(即起控制作用的驗潮站)的平均海面上。水深測量時，測區(qū)各驗潮站均應同時觀測水位，且觀測時間要在測深工作前開始到測深工作后結(jié)束。從而使外業(yè)所測水深運用各驗潮站水位資料應用分帶改正等方法將其改正到深度基準面起算的水深。通常是進行實地水位觀測以獲得準確的瞬時海面高度，并經(jīng)過一定時期(一天、一月、一年或多年)的觀測，算出日、月、年、多年平均海面，再確定深度基準面的位置?；芈暅y定精度誤差來源：儀器誤差、外界環(huán)境誤差、觀測者誤差儀器性能：儀器分辨能力、儀器探測能力 波束寬度() ： 與換能器形狀、發(fā)射頻率有關(guān)。外界環(huán)境誤差：聲速誤差、波浪影響、假回聲、潮汐和海面氣象條件影響。2.3 水下地形測量(1)測深線布設為能夠采集到海區(qū)內(nèi)足夠的海底地形測量數(shù)據(jù)，以能夠反映海底地形地貌起伏狀況，提高發(fā)現(xiàn)海底特殊目標的能力以及考慮到測量儀器載體的機動性和測量的效率、費用、安全等因素，在海底地形測量之前需要設計和布設測線。測線是測量儀器及其載體的探測路線，分為計劃測線和實際測線。確定測線布設的主要考慮因素是測線間隔和測線方向。海底地形測深線布設海底地形測量測線一般布設為直線。測深線可以分：主測深線、補充測深線和檢查測深線。1)主測深線：測深線的主體，它擔負著探明整個測區(qū)海底地形的任務;2)補充測深線：起著彌補主測深線的作用;3)檢查測深線：檢查以上測深線的水深測量質(zhì)量，以保證水深測量的精度。補充測深線主要用于局部重要海域的加密測深和對礁石、沙嘴、沉船的探測。在重要航道上布設補充測深線有兩種方法：1)在主測深線之間局部加密，補充測深線方向與主測深線方向一致，間距則根據(jù)需要而定;2)與航道方向一致布設35條補充測深線，中間一條測深線應和航道中心線重合，兩側(cè)的測深線，則根據(jù)航道寬度均勻平行布設。 (2)測深線間隔測深線的間隔是主要根據(jù)對所測海區(qū)的需求、海區(qū)的水深、底質(zhì)、地貌起伏的狀況，以及測深儀器的覆蓋范圍而定的?？傊詽M足需要又經(jīng)濟為原則。國內(nèi)外具體處理方法一般有兩種：1)規(guī)定圖上主測深線的間隔為10mm的情況下，根據(jù)上述原則確定海區(qū)的測圖比例尺;(我國采用該方法)2)根據(jù)上述原則先確定實地上主測深線的間隔，再取其圖上相應的間隔，如：6、8、10mm，最后確定測圖比例尺。(3)測深線方向(單波束測深)測深線方向是測深線布設所要考慮的另一個重要因素，測線方向選取的優(yōu)劣會直接影響測量儀器的探測質(zhì)量。選擇測深線布設方向的基本原則如下：有利于完善地顯示海底地貌;有利于發(fā)現(xiàn)航行障礙物;有利于海洋測繪工作。以上測線布設方向的基本原則大都是針對單波束測深而言的，對多波束測深、側(cè)掃聲納、激光測深和其他掃海系統(tǒng)還要考慮測量載體的機動性、安全、最小的測量時間等問題，同時參照上述原則，選擇最佳的測線方向。1)垂直于水流軸線方向測深線垂直于水流方向，使測深線正好通過地貌變化比較劇烈和有代表性的地方，有利于全面如實地反映測區(qū)的海底地形。 2)與水流軸線成45角方向通常用于狹窄海道和可能存在礁石、水下沙洲或其它障礙物地區(qū)的水深測量。由于斜距大于平距，因而它比垂直于水流軸線的測深線容納的水深點更多，有利于反映狹窄海道的地形。 3)輻射線方向 大多用于島嶼的延伸部分或孤立的島嶼周圍的水域。輻射線方向布設使測深線間距內(nèi)密外疏，不僅有利于暗礁、淺灘的發(fā)現(xiàn)，而且近島部分水深點較密，也有利于選擇適宜的靠船及登陸地點。2.4 水位改正水位改正是將測得的瞬時深度轉(zhuǎn)化為一定基準上的較為穩(wěn)定數(shù)據(jù)的過程，其目的是盡可能消除測深數(shù)據(jù)中的海洋潮汐影響，將測深數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以當?shù)厣疃然鶞拭鏋榛鶞实乃顢?shù)據(jù)。水位觀測過程中采用以“點”帶“面”的水位改正方法，水位改正方法主要有:單站水位改正法線性內(nèi)插法水位分帶法時差法參數(shù)法,等(1)單站水位改正法為求得不同時刻的水位改正數(shù)，一般采用圖解法和解析法。圖解法:繪制水位曲線圖，橫坐標表示時間，縱坐標表示水位改正數(shù)。解析法:利用計算機以觀測數(shù)據(jù)為采樣點進行多項式內(nèi)插來求得測量時間段內(nèi)任意時刻的水位改正數(shù)的方法。(2)線性內(nèi)插法線性內(nèi)插法的假設前提是兩站之間的瞬時海面為直線形態(tài),那么對于某一時刻的潮汐值可利用簡單的線性內(nèi)插獲得。此法也同樣適應三站的情況，其基本數(shù)學模型為：兩站水位改正數(shù)模： 三站水位改正數(shù)模： (3)分帶改正法水位分帶改正法分為兩站水位分帶改正、三站水位分帶改正(又稱三角分帶)。三站水位帶改正法分帶原則、條件、假設與兩站水位分帶改正法基本相同，其主要是為了加強潮波傳播垂直方向的控制。兩站水位分帶改正水位分帶的實質(zhì)就是利用內(nèi)插法求得不同區(qū)的水位改正數(shù)，與線性內(nèi)插法不同，分帶所依據(jù)的假設條件是兩站之間潮波傳播均勻，潮高和潮時變化與距離成比例分帶的基本原則分帶的界線方向與潮波傳播方向垂直。分帶數(shù)： 式中： 為兩站同時刻最大水位差; z為測深精度。C和D測區(qū)在A、B觀測站的控制范圍之外，不能利用A、B站的水位觀測資料，可根據(jù)A、B站的水位觀測資料，使A、B兩站的深度基準面重合。首先繪出A、B兩站的水位曲線圖，按等分內(nèi)插求得A、B的水位曲線，由它來改正C、D測區(qū)的測深數(shù)據(jù)，適用于帶狀水域。 (4)時差改正法時差法水位改正是水位分帶改正法的合理改進和補充。其所依賴的假設條件是兩驗潮站之間的潮波傳播均勻，潮高和潮時的變化與其距離成比例。時差法是運用數(shù)字信號處理技術(shù)中互相關(guān)函數(shù)的變化特性，將兩個驗潮站A、B的水位視作信號，這樣研究A、B站的水位曲線問題就轉(zhuǎn)化為研究兩信號的波形問題，通過對兩信號波形的研究求得兩信號之間的時差，進而求得兩個驗潮站的潮時差，以及待求點相對于驗潮站的時差，并通過時間歸化，最后求出待求點的水位改正值。(5)參數(shù)改正法參數(shù)法直接從潮汐水位曲線的整體變化入手，采用最小二乘擬合逼近技術(shù)，不僅求出兩驗潮站的潮時差，還求出了兩驗潮站的潮差比和基準面偏差。基本原理： 其中，x為垂直比例系數(shù)，表示兩站間的潮差比(潮高比);y為水平延遲系數(shù)，表示兩站間的潮時差;z為基準面偏差。 2.5 波浪對水深測量的影響當測深船在海上作業(yè)時，最直觀的外界環(huán)境影響是波浪，并且在海上分布最廣，出現(xiàn)概率最高，明顯對測深產(chǎn)生影響。波浪的作用使船產(chǎn)生縱搖、橫搖、首位搖以及升沉等船姿運動，從而對海洋測深產(chǎn)生影響。必須通過測深船的縱搖、橫搖、首位搖以及升沉等船姿情況進行分析，減弱和消除波浪的影響。(1)船只橫搖產(chǎn)生的測深誤差測深儀的換能器應垂直向下發(fā)射探測聲波獲得深度。然而，船的縱、橫搖卻在一定程度上破壞了這一垂直測深結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了附加的測深誤差。附加測深誤差 附加測深誤差的相對誤差： 附加測深誤差處理公式改正： 測點平移： (2)船只縱搖產(chǎn)生的測深誤差測船縱搖產(chǎn)生的測深誤差比較復雜，若海底平坦為一平面，則與前面分析相似，可得到附加深度誤差： (3)船只升沉產(chǎn)生的測深誤差船只升沉誤差： 消除測船升沉影響的方法很多，通常采用：補償消除法 記錄曲線平滑法水深數(shù)字濾波法選擇合適的方法可以獲得較好的效果，從對升沉效應有關(guān)改正方法的分析可知 ：監(jiān)測改正法及補償消除法從硬件方面可以有效地消除和減弱升沉效應;記錄曲線平滑法和計算機水深數(shù)字濾波法從數(shù)據(jù)后處理方面消除和減弱升沉效應。波浪對測深的影響小結(jié)在淺水區(qū)主要表現(xiàn)為升沉方面，而在深水區(qū)主要表現(xiàn)為橫搖和縱搖方面。為了提高測深精度，應在小船上(用于淺水測量)首要安裝升沉傳感器，在大船上(用于深水測量)應首要安裝縱、橫搖傳感器。同時，對于未安裝船姿傳感器的測量船來說，必須使測船縱、橫搖角限制在一定范圍內(nèi)。2.6 船速對水深測量的影響在海道測量工作中，船速是一個重要的因素，直接影響到測量成果的精度和效率。過低的船速將降低測量的效率，而過高的船速將導至精度及可靠性的降低并引起定位及測深在某些方面的困難。船速對測深影響包括直接效應和間接效應，所謂間接效應是指船速作為參數(shù)伴隨其它效應對測深的影響。例如，動態(tài)吃水改正，定位與測深的延時效應、波浪對測深的影響等方面均存在著船速影響的間接效應。主要從定位與測深兩個方面來討論船速對測深影響的直接效應。(1)船速對定位間隔的影響目前最常用的定位是全站儀極坐標定位和差分GPS定位。海道測量規(guī)范規(guī)定，在平坦海區(qū)，定位點圖上間隔為4cm，在復雜海區(qū)為3cm。則定位點間隔實地距離為： 由于定位系統(tǒng)的定位時間間隔受到儀器硬件本身的限制，因此，通常情況下是通過已知定位系統(tǒng)的定位時間間隔以及測圖的定位點間隔要求，來選擇合理的航速： (2)船速對換能器測深的影響如果定位間隔： 則不會漏掉海底地形信息因此，可得： 測深船速的選擇小結(jié)船速確定1)按照定位系統(tǒng)的連續(xù)定位能力(即最小定位間隔)及定位點圖上間隔來決定可采用的最大船速。2)按照測深系統(tǒng)的測深速率及海區(qū)水深來決定可采用的最大船速。選擇上述較小船速值，并對動態(tài)吃水改正及波浪等影響進行估算，若超出有關(guān)精度指標，則應進一步降低船速。2.7 海洋測深精度(1)測深等級依測量精度要求、覆蓋率不同、有四種海道測量等級：一級測量：適用海道測量部門明確規(guī)定的重要海區(qū);要求測線間距要小、100%的海底覆蓋率。二級測量：適用于其港口、入口航道、一般的沿岸和內(nèi)陸航道，限于水深小于l00m的海區(qū)使用。三級測量：適用于水深淺于200m且不被一、二級測量覆蓋的海區(qū)。四級測量：適用于水深超過200m且不被一、二、三級海道測量所覆蓋的其它所有海區(qū)。(2)影響測深精度因素水深精度應理解為改正后水深的精度，水深精度主要受系統(tǒng)誤差和隨機誤差影響。包括： 與聲信號傳播路徑(包括聲速剖面)有關(guān)的聲 速誤差; 測深與定位儀器自身的系統(tǒng)誤差; 潮汐測量和模型誤差; 船只航向與船搖誤差; 換能器安裝不正確引起的定位誤差; 船只運動傳感器的精度引起的誤差，如縱橫搖的精度、動態(tài)吃水誤差; 數(shù)據(jù)處理誤差，等。(3)精度評定根據(jù)交叉點兩次測量的不符值統(tǒng)計結(jié)果來評價系統(tǒng)水下地形測量的精度。2.8 海底地形成圖(1)繪制海底地形圖海底地形圖的表現(xiàn)形式一般可分為：二維等深線圖和三維海底地形立體圖自動繪制等深圖常用方法主要有：三角形法和網(wǎng)格法。網(wǎng)格法繪制等深線分為在網(wǎng)格邊上求出等值點，追蹤等值點和連接并光滑等值點連線。(2)自動繪制海底地形立體圖海底地形立體圖是指海底地形立體透視圖。繪制海底地形立體圖，通常采用透視變換原理的連續(xù)斷面法來繪制。第三章 海洋垂直基準【內(nèi)容輔導】(1)根據(jù)測區(qū)已有深度基準面資料情況，確定深度基準面聯(lián)測和傳遞方案。包括：深度基準面的定義有哪些海洋垂直基準面深度基準面如何確定深度基準面如何聯(lián)測和傳遞(2)依據(jù)潮汐理論和測區(qū)潮汐變化情況，分析潮波傳播規(guī)律。包括：潮汐如何產(chǎn)生的潮汐變化的受動因素潮汐變化規(guī)律如何確定海域周邊地形的特征潮波傳播規(guī)律如何分析(3)分析各相關(guān)因素對數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的影響、分析數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)檢查方法對成果質(zhì)量及判斷的影響。包括：影響數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的因素有哪些影響量級分析數(shù)據(jù)如何處理如何應對各個因素的影響異常數(shù)據(jù)如何檢查如何分析綜合誤差出現(xiàn)的異常由什么因素引起的3.1 潮汐及潮汐觀測(1)潮汐一種海水規(guī)律漲落的自然顯現(xiàn)。潮汐現(xiàn)象產(chǎn)生的源動力是日月引力，其中月球引力占主要成分。 (2)潮汐觀測采用如下手段進行潮汐觀測： 水尺驗潮 井式驗潮 超聲波驗潮 壓力式驗潮 GPS潮位觀測 (3)潮汐分類正規(guī)半日潮 ：一個太陽日(約24小時50分)內(nèi)，有兩次高潮和兩次低潮，相鄰的高低潮之間的潮差幾乎相等。不正規(guī)半日潮：一個太陽日(約24小時50分)內(nèi)，也有兩次高潮和兩次低潮，但相鄰的高低潮之間的潮差不等，漲落潮時間也不等，且是變化的。正規(guī)日潮 ：一個朔望月內(nèi)出現(xiàn)的一日一次高潮和一次低潮的日潮類型。不正規(guī)日潮：一個朔望月內(nèi)大多數(shù)天是日潮的性質(zhì)，少數(shù)天發(fā)生不正規(guī)半日潮。3.2 潮汐及潮流分析(1)潮汐分析潮汐調(diào)和分析過程：將潮位變化看作是許多分潮余弦振動之和，根據(jù)最小二乘或波譜分析原理由實測數(shù)據(jù)計算出各分潮平均振幅和遲角的過程。根據(jù)觀測時間的長短，一般可將潮汐調(diào)和分析分為：短期潮汐調(diào)和分析中期潮汐調(diào)和分析長期潮汐調(diào)和分析方法有：經(jīng)典：Darwin分析法、Doodson分析法現(xiàn)代：最小二乘分析法、傅立葉分析法和波譜分析法等。要將理論潮高滿足實際海洋潮汐，則必須經(jīng)過一些修正。實際海水的漲落總可以表示為一些已知頻率的振動及非潮汐因素的擾動之和，則實際潮汐部分的潮高為： 式中：S0為長期平均水位高度;fi為分潮i的交點因子;Hi為分潮i的平均振幅;i為分潮i的角速率;v0i為分潮i的格林威治零時天文初相角;ui為分潮i點修正角;gi為分潮i的區(qū)時專用遲角;為擾動項;t為時間;Hi、gi為調(diào)和常數(shù)(2)潮流分析潮流同潮汐一樣，起因于日月引力，可表示為許多分潮流之和的形式。為了分析和預報方便，一般將流速w分解為北分量u和東分量v;流向記為。 上式為由分量u、v矢量的矢端畫出的一個橢圓軌跡方程。潮流調(diào)和分析同潮汐分析一樣，即利用上式計算各分潮流的調(diào)和常數(shù)Ui、i、Vi、i。根據(jù)分析的結(jié)果進行潮流預報、潮流性質(zhì)的分析以及潮流橢圓的繪制。潮流特點潮流的速度和方向都有周期性的變化;在近岸和狹窄航道以及海峽，海流大體上分兩個方向流動，即往復流;在外海，潮流的速度和方向不斷的發(fā)生變化，即回轉(zhuǎn)流;以半日為周期的稱謂半日潮流，以全日為周期的稱為全日潮流;從低潮到高潮的潮流稱為漲潮流，反之稱為落潮流;潮流可采用潮流圖來表示。潮波特點海洋中以全日或半日為周期的波動，是海洋中典型的長波。由于日月引力引起的大洋振動，并向附屬海區(qū)傳播，在地球自主偏向力的作用下，有的形成旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)：沿著一個方向傳播的朝波稱為前進波;經(jīng)大陸反射、入射波和反射波相互作用，形成駐波。潮波特點可利用潮波圖，即同潮圖來表示，同潮圖是表示一個分潮潮波的潮時、潮差的分布和變化的圖。同時發(fā)生高潮的點連接成線，即同潮時線潮時差相等的點連接成線，即等潮差線。3.3 海洋垂直基準(1)海洋垂直基準分類高程基準:陸地高程的起算面，它通常取為某一特定驗潮站長期觀測水位的平均值長期平均海面，即定義該面的高程為零，因此具有參考面的意義。深度基準:海洋測量中常采用深度基準面;深度基準面是海洋測量中的深度起算面;不同的國家地區(qū)及不同的用途采用不同的深度基準面。(2)高程基準面高程基準面平均海水面某海域在一定時期內(nèi)海水面的平均高度位置，通常由某驗潮站相應期間內(nèi)每小時的潮位觀測記錄數(shù)據(jù)計算求得，高度一般由當?shù)仳灣闭玖泓c起算。平均海水面是大地測量中的高程起算面，是陸地高程和海域島嶼、明礁等高度的起算面。我國以青島驗潮站多年觀測水位的平均值作為基準。1)日本以東京靈岸島驗潮站多年觀測水位的平均值作為基準2)歐洲地區(qū)以阿姆斯特丹驗潮站多年觀測水位的平均值作為基準3)美國以波特蘭驗潮站多年觀測水位的平均值作為基準 平均海面的穩(wěn)定性由于所取的觀測時間長度不可能剛好為各分潮的整周期，因此，平均海面受剩余潮汐成分的影響，而且短期平均海面還包含著長周期分潮的貢獻。另外，非潮汐因素(如氣象)在不同的時間長度內(nèi)表現(xiàn)為不同的性質(zhì)，在足夠長的時間內(nèi)可視為噪聲，而短時間內(nèi)則表現(xiàn)為信號，這使得不同時間長度的平均海面穩(wěn)定性不同。 平均海水面的高度每日、每月、每年都不一樣。不同的平均海水面根據(jù)所取時間長度不同，可分為：日平均海面月平均海面年平均海面多年平均海面1)日平均海面是用近于一天的資料來計算，一般利用25小時的觀測記錄計算。計算方法有多種，最簡單的是將一天觀測值取簡單的平均值，它可以去掉全回潮和半日潮的影響。2)月平均海面是由一個月的日平均海面的平均值，它可以削弱半月潮和月潮的影響。3)年平均海面是月平均海面的平均值，可削弱月平均海面的季節(jié)變化。年平均海面變化較小，但因為產(chǎn)生引潮力的日、月等主要天體運動的影響，各年的年平均海面仍有差異，這種差異可以用多年平均海面來削弱，通常用月亮升交運動周期(18.6年)的年數(shù)的多年平均海面。國家高程基準目前，世界各國或地區(qū)均以一個或幾個驗潮站的長期平均海面定義高程基準。我國采用1956年黃海高程系統(tǒng)(19501956年觀測值計算)和1985國家高程基準( 19521979年觀測值計算)國家水準原點青島觀象山驗潮站;以“1956年黃海高程系”計算的高程為72.289米，以“1985國家高程基準”是72.260米，相差0.029米。(3)深度基準面1)深度基準深度基準：是海洋深度測量歸算和海圖上圖載水深的統(tǒng)一起算面。在海洋測量中因為海面受潮汐、海流、風浪等多種因素的影響，處于動蕩不定的狀態(tài)之中，尤其是受潮汐的影響，海面隨時在升降中，高潮和低潮之差，小的差1 2m，大的差10 20m。海洋測量外業(yè)測得的水深只是當時當?shù)氐乃矔r深度。同一地點、不同時間測得的水深是不一樣的，不同地點、不同時間測得的水深無法進行對比。為了在不同時間測得的不同地點的水深有一個可比性，必須確定一個統(tǒng)一的基準面，這就是海洋測量中的深度基準面。2)深度基準面的選取在無潮海(即潮汐很小的海，如波羅的海)，通常以平均海水面作為深度基準面。在有潮海，因為潮汐較大，如果用平均海面作深度基準面，高潮時此面被淹沒，低潮時露出;如果以此為基準面，則低潮時實際水深小于海圖上的水深，如此時按海圖上的水深航行，船就可能觸礁、擱淺，對航行很不安全。因此，在海洋測量中，常以略低于低潮面的一個面作為基準面。3)圖載水深圖載水深：深度基準到水底的垂直距離。深度基準通常定在當?shù)囟嗄昶骄Ｃ嫦律顬?L 的位置。 由于世界各國計算 L 值的方法有別，因此采用的深度基準也各不相同。中國海區(qū)從1956年起采用理論最低潮面(即理論深度基準面)作為深度基準，內(nèi)河、湖泊采用最低水位、平均低水位或設計水位作為深度基準。4)理論深度基準面利用弗拉基米爾斯基提出的方法計算得到的理論上可能出現(xiàn)的最低潮位面。將該潮高表示的最低潮