海洋測繪基準的需求及現(xiàn)狀

張金營

山東省國土測繪院，中國·山東 濟南 250000

海洋測繪；基準；需求

1 引言

海洋測量測繪工作是人類開發(fā)利用海洋資源的基礎尤其是在開展?jié)O業(yè)、航行、海洋工程等活動中，首先需要對水深、地下水形等進行調(diào)查了解，即進行海洋測繪工作。但是在海洋測繪中，人們無法像在陸地上所采用的測量方法，在海洋中設置準確度和精度都比較高的控制點，為此只能通過將陸地上的測量基準向海洋線延長的方式，建立輔助性測量方法，才能建立準確的測量基準線。

2 海洋測繪基準的重要意義

2.1 開發(fā)海洋資源

根據(jù)相關數(shù)據(jù)可知，地球表面積的71%都是海洋，隨著全球氣溫的逐步升高，海洋可能成為未來人類生存的重要空間。為此，開展海洋資源、獲取海洋信息的重要性尤為凸顯。此外，當前的海上運輸業(yè)、海上養(yǎng)殖業(yè)、漁業(yè)、海洋工程等都離不開對于自身在海上所處位置的了解，這些空間位置主要依托于海洋測量測繪[1]。以海上運輸業(yè)以及漁業(yè)為例，其需要了解其所處位置的深度，這就需要海洋測繪有一個基礎基準，進而在該基準基礎上進行科學測量測繪，了解海面的變化信息。

2.2 維護國家主權(quán)

由于海洋內(nèi)擁有豐富的石油、天然氣等資源，隨著陸地資源開發(fā)的逐漸深入，海洋資源開發(fā)的重點愈發(fā)凸顯。中國領海的幾個國家都與中國在海洋劃分范圍上存在爭論，有的甚至存在島嶼主權(quán)的爭奪問題，海洋重要的不斷提高使得海洋的爭奪尤為激烈。而為了保護中國海洋權(quán)益、維護中國主權(quán)，就需要進行海洋范圍的劃分，首先就是需要進行海洋測繪測量工作[2]。即在科學基準框架內(nèi)劃分領海的基準線，從而便于獲取周圍島礁基礎位置與高度數(shù)據(jù)。

2.3 軍事準備需要

海洋空間不僅是中國寶貴的自然資源，也是中華民族抵御外來侵略的主戰(zhàn)場之一。維護中國領海安全、確保中國領土完整是一項長期而艱巨的任務。進行領海作戰(zhàn)就需要攜帶高精度遠程武器，同時為了提高其攻擊的準確度和精度，就需要作戰(zhàn)人員熟知海洋的水深數(shù)據(jù)、重力場數(shù)據(jù)等，了解海岸的地形變化等，這些都需要建立在對海洋進行測繪測量基礎上。

2.4 經(jīng)濟發(fā)展需要

海洋資源是當前以及未來發(fā)展的重點，為此中國沿海城市紛紛成立海洋管理機構(gòu)，負責對海洋的使用進行管理。而為了統(tǒng)一各地區(qū)、各部門的測量數(shù)據(jù)，就需要采用統(tǒng)一的坐標體系。尤其是在海岸開發(fā)的重點區(qū)域，需要建立比較完善的海岸地形圖。隨著科學技術(shù)的不斷進步，當前已經(jīng)可以采用航拍以及電子平板拍攝測量的方法。此外在中國14 個海洋經(jīng)濟示范區(qū)內(nèi)均以海洋經(jīng)濟為主題開展海洋建設，體現(xiàn)出中國對于海洋資源的高度重視。了解海洋信息是進行開發(fā)利用的重要前提，為此就需要進行高精度精準海洋測繪，必須依靠精確的海洋坐標基準點。

3 海洋測量測繪的現(xiàn)狀

3.1 定位系統(tǒng)

隨著中國技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)實現(xiàn)對于天空的初步探索，而對于海洋的探索遲遲未能打開大門主要是因為用于定位的電磁波在海水中導電性被衰減，而且頻率越高的電磁波衰解越嚴重[3]。為此，水上航行器只能在接近水面時，才能獲取衛(wèi)星導航信息，如果處于水下深處航行器獲取導航信息極為困難。在目前的定位技術(shù)中，慣性導航技術(shù)的自主性和隱蔽性最為明顯，因此廣泛用于水下航行器中，但是不可忽視的是慣性導航技術(shù)的定位誤差隨著時間的變化不斷積累。而采用多普勒聲吶導航系統(tǒng)進行機體定位雖然抗干擾性比較好，測量的精準度比較高，但是其定位精準度比較低，這也給海洋測量測繪帶來問題。而中國當前研究的長基線、短基線以及超短基線技術(shù)則在測量測繪方面取得重要突破，其與定位系統(tǒng)、聲學技術(shù)的結(jié)合進一步優(yōu)化海洋測繪基準。其中差分水下GPS 定位系統(tǒng)主要運用差分定位的方式，優(yōu)化聲波傳播對于測量的影響。但是需要注意的是，差分水下GPS 定位系統(tǒng)在水面的測量浮標比較少，其定位精確度受到一定影響。尤其是系統(tǒng)整體的能力以及高精確度等，仍然需要不斷創(chuàng)新。此外，在水下控制網(wǎng)絡基準技術(shù)中，中國也取得了一定的成果，研究出能夠優(yōu)化海面的GNSS 浮標，同時利用AUV 的控制圖形精確控制海下網(wǎng)絡的浮漂，從而提升水下網(wǎng)絡分布的精確性以及進行信息處理方式的高精度。

3.2 基準坐標

在海洋測繪工作中，垂直基準主要包括深度基準以及高程基準兩種。而目前所采用的測繪方式主要是以理論最低點作為測量過程中的理論深度基準點，并將其作為建立地心坐標系統(tǒng)的中心，理論深度基準點是將離散驗潮站點作為維持框架，其他各水深處深度基點則根據(jù)離散驗潮站點的變化而變化，因此不同的離散驗潮站點會產(chǎn)生不同的理論深度基準點。在大型水域中由于其離散驗潮站點設置比較多，不同地區(qū)對于理論深度基準點的認知存在差異，如對于水位觀測時代以及所采用的分潮數(shù)不同，此外各部分水域進行水位的改正也是依靠相鄰或者相近的水域驗潮站點，這將導致理論深度基準點在大的空間領域中存在誤差，空間分布并不均勻，相鄰的測量結(jié)果并不能進行整合拼接，導致整體數(shù)據(jù)存在誤差。同時由于其所設置的理論基準點不同，在后續(xù)數(shù)據(jù)處理過程中需要將數(shù)據(jù)成果進行轉(zhuǎn)換，一方面影響數(shù)據(jù)整體的正確性，另一方面也使數(shù)據(jù)成果的無縫拼接出現(xiàn)問題。為此，就需要降低不同水域測量結(jié)果在垂直基準上的拼接難度，也就是需要深入了解不同領域測量工作所選擇的垂直基準，以及各個水域的測量方式及其與相鄰觀測點之間的關系、準換方法等，從而為進行海岸地形設計以及測量水深、拼接水深數(shù)據(jù)提供有力支持。

3.3 陸海統(tǒng)一框架

隨著中國將海洋資源放置在極為重要的位置，海洋經(jīng)濟得到大力推進和發(fā)展，各沿海城市逐漸建立去海洋經(jīng)濟特點，對于海洋測量測繪工作的重要性認識也極為深刻。例如中國山東省已經(jīng)完成山東沿海高程/深度基準轉(zhuǎn)換模型，中國浙江省則建立了全省陸海統(tǒng)一的測量測繪基準體系[4]。陸海統(tǒng)一框架的建立有利于附近海岸帶及其臨近水域地理信息以及水域信息的獲取，從而更好地幫助沿海地區(qū)、沿海城市高效利用和管理海岸帶。同時陸海統(tǒng)一框架的建立能夠豐富全面海洋測繪數(shù)據(jù)，為全面海洋戰(zhàn)略實施以及經(jīng)濟發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。但就目前情況而言，陸海統(tǒng)一框架的范圍僅局限于沿海城市及其臨近水域，部分偏遠海島的水域情況并不了解，不利于對于水島的管理與開發(fā)。此外，由于基準線、基準點設置并不統(tǒng)一，中國范圍內(nèi)海洋測繪數(shù)據(jù)并不能實現(xiàn)無縫拼接，加之部分地區(qū)基礎設置建設存在問題，導致海域信息的獲取存在漏洞。為此，為了強化中國海洋測繪精確度，首先需要建設海域基礎設施以及無縫垂直基準面，為中國海洋發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)語

綜上所述，進行海洋測繪基準仍處于發(fā)展的初期階段，仍然存在需要問題亟待解決。如在二維定位框架方面仍然采用傳統(tǒng)的大地測量坐標體系，不利于將相鄰國家、甚至部門的測量結(jié)果進行拼接和整合。因此應該在傳統(tǒng)大地測量坐標的基礎上，將地心坐標與原有坐標進行準確轉(zhuǎn)換，進而逐步獲海洋測量的地心坐標體系，確保測量結(jié)果的精準。