海洋測繪新技術(shù)與誤差研究

■羅韜

（遼寧省有色地質(zhì)局一〇八隊遼寧沈陽110013）

海洋測繪新技術(shù)與誤差研究

■羅韜

（遼寧省有色地質(zhì)局一〇八隊遼寧沈陽110013）

科學技術(shù)的不斷發(fā)展?jié)u漸揭開了海洋的神秘面紗，開發(fā)海洋測繪先行，本文就測繪新技術(shù)在海洋測繪中的應用做簡單闡述，及誤差探討與研究。

海洋測繪 測繪新技術(shù) 誤差探討及研究

1　概述

海洋測繪是測繪學的重要學科。相比陸地測量,海洋測量有動態(tài)、實時等特點,要求在同一時間對坐標、深度和重力參量進行測定,而且無法重復測定,這就意味著海洋測繪成果無法重復觀測，質(zhì)量檢核有一定技術(shù)難度。海洋測繪工作受到海水、大氣的影響，故海洋測繪有更多的干擾。相對陸地測繪海洋測繪在測量誤差處理并不十分嚴密。

2　海洋測繪新技術(shù)介紹

2.1多波束測深系統(tǒng)的應用

多波束測深系統(tǒng)具有高精度、高分辨率、高效率的特點。近十幾年在GPS、計算機、IMU技術(shù)及其它相關(guān)技術(shù)的支撐下。獲得了極大的發(fā)展。較傳統(tǒng)的單波束測深儀相比，實現(xiàn)成圖自動化。成功的實現(xiàn)了海洋測繪由點線狀測繪到現(xiàn)狀測繪的轉(zhuǎn)變。使海洋測繪發(fā)展取得了較大的發(fā)展。我國從20世經(jīng)末開始引進多波束測深系統(tǒng),分別應用于海洋工程測量、海道測量、海洋劃界測量、港口維護、地質(zhì)災害監(jiān)測、海洋資源調(diào)查以及考古等多個領(lǐng)域,在國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。我國一直致力于多波束測深系統(tǒng)的研制與開發(fā),由于技術(shù)與資金等原因,一直處于原理性試驗階段，只生產(chǎn)出了樣機。直到20世紀90年代,我國進入實用型多波束測深系統(tǒng)的研制階段,并于1997年研制出H/HCS-017型多波束測深系,次年便投入使用。該系統(tǒng)由換能器陣、接收子系統(tǒng)、發(fā)射子系統(tǒng)、海底檢測單元以及數(shù)據(jù)傳送單元等主要部分組成。系統(tǒng)具有48個波束，波束角為2°×3°，工作頻率為45kHz，其測深扇區(qū)開角為120°，范圍為10 ～1 000m，測深覆蓋范圍最大可達4倍水深。H/HCS-017系統(tǒng)測深精度優(yōu)于當前IHO標準。該系統(tǒng)的研制成功,標志著我國海洋測繪儀器水平已達到一定的高度。

2.2機載激光測深技術(shù)

機載激光測深技術(shù)是一種主動式遙測技術(shù)，利用的是光在海水中的傳播特性。海水組成成分復雜，主要的有懸移質(zhì)、可溶有機物、浮游生物等，這些物質(zhì)一方面影響了海水的透明度，使得海水的透明度從零米到幾十米，這其中影響海水透明度最大的因素是泥沙含量；另一方面這些物質(zhì)對光的吸收和散射作用很強，這導致光波在海水中的衰減較大，傳播距離非常短。

通過對光在海水中的輻射、散射、透射等性能的研究，人們發(fā)現(xiàn)海水中存在一個類似于大氣的透光窗口，在該窗口內(nèi)，光波在海水中具有較好的傳播特性，尤其是波長為0.47～0.58μm之間的藍綠光表現(xiàn)出了衰減系數(shù)最小的特性。正是利用這一特性，人們研制開發(fā)了利用藍綠激光進行水深測量的機載激光測深系統(tǒng)。

海水對激光的衰減使得在設(shè)計機載激光測深系統(tǒng)時需要綜合考慮激光器的重復頻率、脈沖寬度、發(fā)射功率、航高等因素。幾十年的研發(fā)經(jīng)驗和測量實踐表明，一般激光器的重復頻率為1 000～4000Hz，個別的機載激光測深系統(tǒng)甚至高達10000Hz。脈沖寬度為5～10ns，發(fā)射功率為2～8mJ，航高為250～500m，最大測深能力為50m。以CZMIL機載激光測深系統(tǒng)為例，典型的飛行高度為400m，掃描寬度為0.73倍的航高，飛行速度按250km/h計算，則每小時可覆蓋的測區(qū)面積高達73km2。

機載激光測深系統(tǒng)由數(shù)據(jù)后處理和自動成圖兩部分組成。在該系統(tǒng)的研制過程中,我國科研人員相繼開展了海洋潮汐、載體姿態(tài)動態(tài)效應改正及涌浪改正、測深數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、條帶測深數(shù)據(jù)融合處理、測深數(shù)據(jù)自動成圖和海量測深數(shù)據(jù)管理等多項關(guān)鍵技術(shù)研究,成功突破了理論建模、參數(shù)計算和數(shù)據(jù)處理中的技術(shù)難題,取得精度較好計算效果,達到了預期的目的?，F(xiàn)在機載海洋測深系統(tǒng)將與傳統(tǒng)的聲學方法將在未來的實踐中尋求它們之間的最佳結(jié)合方式。機載海洋測深系統(tǒng)的應用和推廣,標志著我國將更加重視航空遙感測量技術(shù)在海洋測繪中的應用和發(fā)展。

3　誤差分類

3.1粗差

在傳統(tǒng)測量學按照產(chǎn)生誤差的原因?qū)⑵鋭澐譃榇植?、偶然誤差和系統(tǒng)誤差。經(jīng)典測量平差是以觀測值中無粗差及系統(tǒng)誤差為條件，而現(xiàn)代測量平差要求能有效地顧及到粗差和系統(tǒng)誤差的存在,確保平差結(jié)果可靠。因此，由于多種系件的制約,相對陸地測量而言海洋測量出現(xiàn)粗差的概率很大，并且海洋測量進行重復觀測難度很大，缺乏必要檢核條件，因此，對粗差的處理是海洋測量質(zhì)量控制中最重要的研究方向。

3.2系統(tǒng)誤差

海洋測量在儀器校準、海洋觀測、數(shù)據(jù)處理各個環(huán)節(jié),都不可避免的出現(xiàn)受到各種影響，它們或表現(xiàn)為系統(tǒng)性。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因有儀器校準誤差、海洋氣候條件的差異、各項改正過量或不足等。整個主測線方向或檢查線方向均呈系統(tǒng)性變化的誤差稱為測區(qū)系統(tǒng)差，把只在單一測線(包括主測線、檢查測線)方向呈系統(tǒng)性變化的誤差稱為測線系統(tǒng)差(又稱半系統(tǒng)差)。

4　結(jié)論

海洋測量誤差處理方法是隨著實際測量工作的深入而發(fā)展的,經(jīng)過多年的積累,已經(jīng)建立起了比較完善的海洋測量誤差處理技術(shù)理論體系。這些研究成果在我們開展海洋重力測量數(shù)據(jù)處理工作的各個階段都已得到廣泛應用,對提高我國海洋重力測量技術(shù)的整體水平起到了重要作用。

由于海洋測量具有顯著的動態(tài)性和實時性，因此，在數(shù)據(jù)處理過程中增加了許多項環(huán)境改正。需要進行深入研究的測量環(huán)境改正項包括:水深測量中的浪涌改正和波束角效應、多波束測深中的聲速剖面改正、機載激光測深中的浪涌改正和磁力測量中的船磁改正等，由于各項改正過量或不足是產(chǎn)生系統(tǒng)性偏差的重要原因，因此，保證各項改正數(shù)的計算精確度是有效提高海洋測量成果質(zhì)量的前提條件。

[1]李家彪.多波束勘測原理技術(shù)與方法 [M].北京:海洋出版社,1999.

[2]陳非凡.多波束條帶測深儀研究發(fā)展動態(tài) [J].海洋技術(shù),1999,18(2):26～32.

[3]朱光文.我國海洋探測技術(shù)五十年發(fā)展的回顧與展望 (二)[J].海洋技術(shù),1999, 18(3):1～13.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-199-1