海洋測繪中激光測深的應(yīng)用與精度研究

齊曉迪

交通運輸部北海航海保障中心天津海事測繪中心（300222）

0 前言

人類的生存和發(fā)展與海洋存在著不可分離的關(guān)系，因此人們只有對海洋及沿岸環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)的探測和研究，才可以更好地開發(fā)利用大海。近些年，人們對海洋地質(zhì)勘查、海洋資源開發(fā)和航道建設(shè)研究等科學(xué)活動都頻繁地進(jìn)行，在研究的過程中需要激光探測技術(shù)來輔助。但是傳統(tǒng)的海洋測繪手段存在較大的工作量和不便捷等缺點，在一些海域難以做到精準(zhǔn)探測。而激光掃描技術(shù)結(jié)合了現(xiàn)代激光技術(shù)和傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)點，在海洋探測活動中幫助科研人員對海洋進(jìn)行更全面的測繪。

1 海洋測繪中激光測深特點及其應(yīng)用價值

在海洋測繪中利用激光測深與傳統(tǒng)的船載聲學(xué)測深系統(tǒng)相比，機(jī)載激光海洋測深具有以下四大特點。1）激光測深在應(yīng)用過程中不受地域限制，可以在淺海區(qū)域、礁石區(qū)域、島嶼區(qū)域、深海區(qū)域等開展測繪工作，在應(yīng)用的過程中還不受淺水區(qū)域和陸地的影響。2）激光測深在測量過程中具有測繪精度高、幾何分辨能力強(qiáng)的特點。這主要源于激光在測繪的過程中，可以將激光脈沖在短時間內(nèi)壓縮到很窄的寬度，然后向水中發(fā)射納秒級的脈寬波長。這樣激光測繪技術(shù)在水中的測量點密度比傳統(tǒng)的聲吶測量點密度高300倍，因此激光測深具有精度高、海圖質(zhì)量高的特點。3）激光測深在應(yīng)用過程中，由于光的傳播速度極快，可以減少科研人員的測量時間。由于激光測深系統(tǒng)一般都是安裝在飛機(jī)上，所以在進(jìn)行海洋測繪的過程中，短時間內(nèi)便可以對大面積的海洋水域進(jìn)行深度測量。4）激光測深在應(yīng)用的過程中，還可以節(jié)省大量的測量經(jīng)費。根據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，傳統(tǒng)的船載聲吶系統(tǒng)測量1平方海里水深平均需要花費人民幣1.2萬元，而激光測深系統(tǒng)在勘察同樣海里面積、水域深度的過程中只需要花費人民幣2 400元，由此可見激光測深擁有傳統(tǒng)測深系統(tǒng)無法想象的性價比。

2 激光測深系統(tǒng)在我國海域的應(yīng)用情況

我國海洋局為了測量機(jī)載激光測深系統(tǒng)的性能和對我國海域的適應(yīng)性，在2013年8月引入了ABAH公司的AHWEYE激光測深系統(tǒng)，并在我國的南海區(qū)域進(jìn)行了試驗。

在試驗過程中，我國科研人員發(fā)現(xiàn)瑞典AHAB公司推出的鷹眼二號深水激光測深系統(tǒng)在實際的測量過程中，最大測量深度為50 m、測試系統(tǒng)發(fā)出的脈沖頻率可以達(dá)到35 kHz。該系統(tǒng)具有直線掃描、系統(tǒng)掃描角度為20°，該測量裝置設(shè)備總重175 kg，設(shè)備的測量精度達(dá)到了我國的一類標(biāo)準(zhǔn)。在測量中飛機(jī)飛行高度在300～400 m。在該試驗中進(jìn)行了兩個航次，測量航帶共有24條，完成測量的海域和海島的面積共有100 km2。在測量過程中為了配合激光測深系統(tǒng)的測量效率，科研人員在相鄰的島上設(shè)置了GPS觀測站和潮位觀測站，最終得到了島嶼和島嶼周邊30m以內(nèi)的潛水區(qū)域1∶2 000的高精度地形圖30幅。通過此次試驗，科研人員可以基本斷定激光測深在海域中的實際應(yīng)用效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的聲吶測深系統(tǒng)。

3 結(jié)語

在海域測量中所應(yīng)用的機(jī)載激光測深系統(tǒng)是當(dāng)前海洋測繪中最先進(jìn)技術(shù)。未來我國機(jī)載激光測深系統(tǒng)還具有較為廣闊的前景，所以當(dāng)前加大對激光測深系統(tǒng)的研究，可以更好地促進(jìn)我國海洋測繪的發(fā)展。