淺析海洋測(cè)量技術(shù)研究進(jìn)展與展望

王紹豪

防城港市國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃院 廣西 防城港 538001

引言

海洋和陸地水域占地球表面積的72%,因此當(dāng)前大力發(fā)展海洋測(cè)量技術(shù)對(duì)我國(guó)探索未知科學(xué),促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極其重要的作用。在海洋測(cè)量中所使用的測(cè)繪技術(shù)是測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)中的分支之一,其內(nèi)容主要研究海洋及陸地水域的空間地理分布,應(yīng)對(duì)所測(cè)量的信息進(jìn)行提取、處理和利用。此外隨著我國(guó)衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙測(cè)遙感技術(shù)、傳感器技術(shù)的快速發(fā)展,海洋測(cè)量技術(shù)在演變過(guò)程中也出現(xiàn)了重大變革,目前海洋測(cè)量技術(shù)在應(yīng)用中的多方面都取得了令人矚目的成就。

一、新時(shí)期海洋測(cè)量學(xué)科的交融發(fā)展

現(xiàn)階段海洋測(cè)量學(xué)科在發(fā)展過(guò)程中已與傳統(tǒng)的海洋調(diào)查學(xué)科相融合,在開(kāi)展海洋測(cè)量的過(guò)程中,所獲得的數(shù)據(jù)主要是用于編制航海圖或發(fā)布相應(yīng)的水域基礎(chǔ)地理信息,保證船只及水下航行物的安全。海洋測(cè)量技術(shù)在研究中,可以根據(jù)其具體的研究?jī)?nèi)容及任務(wù)劃分為海洋磁力測(cè)量、海洋遙感測(cè)量、海洋重力測(cè)量、海洋地形測(cè)量、海洋工程測(cè)量等,并且隨著海洋測(cè)量過(guò)程中的手段多樣化發(fā)展,海洋測(cè)量技術(shù)在未來(lái)會(huì)建立多元化的海洋控制網(wǎng)體系和海底長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)網(wǎng),系統(tǒng)性的對(duì)空間大地、動(dòng)力大地、物理大地進(jìn)行測(cè)量。

二、海量測(cè)量技術(shù)的研究進(jìn)展

1.海底地形地貌立體測(cè)量體系?，F(xiàn)階段海洋地理地形地貌立體測(cè)量體系已基本形成,該體系在測(cè)量過(guò)程中主要采用傳載的方式實(shí)施海洋地理空間信息獲取,通常在測(cè)量過(guò)程中會(huì)沿著點(diǎn)線(xiàn)式的測(cè)量模式,對(duì)海底地形實(shí)現(xiàn)全覆蓋的作業(yè)。隨著當(dāng)前機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)的大范圍普及應(yīng)用,在海洋地理地形地貌立體測(cè)量的過(guò)程中,可以應(yīng)用衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)對(duì)全球海域船載水深測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行反向推理,在此過(guò)程中,還可以應(yīng)用遙感技術(shù)和航空攝影技術(shù)對(duì)海岸線(xiàn)沿岸地區(qū)進(jìn)行常規(guī)測(cè)繪,通過(guò)多技術(shù)的有機(jī)融合,便可以形成天空、地面、水下、航空、航天五位一體化的海洋測(cè)量平臺(tái)。

2.海底地形反演法。在海洋地理地形測(cè)量中通過(guò)應(yīng)用海底地形反演法,就可以使用多波束測(cè)深系統(tǒng)和機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)對(duì)海底地形實(shí)施立體化的測(cè)量覆蓋,此外通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù),就可以反演出大尺度的海底地形,通過(guò)該方法便可以消除傳統(tǒng)線(xiàn)性回歸法和匹配濾波法帶來(lái)的弊端,此外由于海底地殼密度較小更適用于衛(wèi)星測(cè)高重力系統(tǒng),反演出海底實(shí)際地形。衛(wèi)星測(cè)高重力系統(tǒng)可以根據(jù)重力異常,將海底區(qū)域劃分為短波參考場(chǎng)和長(zhǎng)波參考場(chǎng),通過(guò)這兩者結(jié)合便可以計(jì)算出海域區(qū)域的海水深度及重力異常控制點(diǎn),反向推斷出海水的具體深度。

3.綜合航空攝影測(cè)量。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)為高速高分辨率航測(cè)試驗(yàn)提供了高分辨率、高分辨率的航測(cè)平臺(tái),同時(shí)對(duì)海形圖比例尺的精度進(jìn)行檢查,可分析平面與高程,保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。該技術(shù)可利用多視點(diǎn)三維映射模型,建立嚴(yán)格的影像關(guān)系,在很大程度上彌補(bǔ)原始影像的不足,實(shí)現(xiàn)多視角透視,提高分辨率,有效避免遮擋。此外,該方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)三維環(huán)境中的海形進(jìn)行高密度的采集,進(jìn)行相關(guān)頂板校正,并能完成數(shù)據(jù)采集,各類(lèi)試驗(yàn)表明其采集效果良好,同大大降低作業(yè)難度,使工作人員的工作強(qiáng)度變低,有足夠的精力分析和研究攝影的成果,提高工作效率和工作質(zhì)量,充分保證了制圖質(zhì)量,促進(jìn)制圖水平的不斷提高。

4.海洋測(cè)繪激光探測(cè)技術(shù)。在海洋測(cè)量中利用激光測(cè)深技術(shù)具有以下幾大特點(diǎn),激光測(cè)深技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中不受地域限制,這項(xiàng)技術(shù)可以在淺海區(qū)域、礁石區(qū)域、島嶼區(qū)域、深海區(qū)域等都可以開(kāi)展測(cè)量工作,同時(shí)激光測(cè)深技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中還不受淺水區(qū)域和陸地的影響;激光測(cè)深技術(shù)在測(cè)量過(guò)程中還具有測(cè)量準(zhǔn)確精度高、幾何分辨能力強(qiáng)的特點(diǎn)。這主要源于激光在測(cè)量的過(guò)程中,可以將激光脈沖在短時(shí)間內(nèi)壓縮到很窄的寬度,然后向水中發(fā)射納秒級(jí)的脈寬波長(zhǎng)。這樣激光測(cè)量技術(shù)在水中的測(cè)量點(diǎn)密度比傳統(tǒng)的聲吶測(cè)量點(diǎn)密度高300倍左右,因此激光測(cè)深技術(shù)具有測(cè)深精度高,海圖質(zhì)量高的特點(diǎn);激光測(cè)深技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中,由于光的傳播速度極快,因此還可以減少科研人員的測(cè)量時(shí)間。同時(shí)由于激光測(cè)深系統(tǒng)一般都是安裝在飛機(jī)上,所以在進(jìn)行海洋測(cè)量的過(guò)程中,短時(shí)間內(nèi)便可以對(duì)大面積的海洋水域進(jìn)行深度測(cè)量。如我國(guó)科研人員所使用的AHAB公司鷹眼二號(hào)深水激光測(cè)深系統(tǒng)在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中,最大測(cè)量深度為50米、測(cè)試系統(tǒng)所發(fā)出的脈沖頻率可以達(dá)到35k HZ、該系統(tǒng)具有直線(xiàn)掃描、系統(tǒng)掃描角度為20度,同時(shí)該測(cè)量裝置設(shè)備總重175千克,設(shè)備的測(cè)量精度達(dá)到了我國(guó)的一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

三、海洋測(cè)量技術(shù)的未來(lái)展望

針對(duì)于我國(guó)現(xiàn)階段海洋測(cè)量技術(shù)中缺少高精度的海底基準(zhǔn)控制點(diǎn),在未來(lái)我國(guó)必然會(huì)開(kāi)展海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)與海洋導(dǎo)航新技術(shù)的研制工作,進(jìn)而重點(diǎn)開(kāi)發(fā)海洋大地測(cè)量觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)與海陸基準(zhǔn)無(wú)縫連接體系,并且在這一過(guò)程中,采用金字塔戰(zhàn)略,根據(jù)由粗到細(xì)的原則,實(shí)現(xiàn)各體系間圖像名稱(chēng)點(diǎn)的自動(dòng)匹配,同時(shí)在此基礎(chǔ)上建立誤差方程,分析控制點(diǎn)坐標(biāo)等因素,調(diào)整連接點(diǎn)自校準(zhǔn)域,實(shí)現(xiàn)海洋重力場(chǎng)的精準(zhǔn)測(cè)量,將我國(guó)的數(shù)字海洋地理信息技術(shù)從產(chǎn)品研發(fā)到系統(tǒng)建設(shè),都提升至一個(gè)全新的層面。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)在海洋測(cè)量中海陸一體化無(wú)縫測(cè)量技術(shù)的普及應(yīng)用,未來(lái)在海洋測(cè)量中必然會(huì)有更多的無(wú)人機(jī)、無(wú)人艇得到廣泛應(yīng)用,而這一技術(shù)也會(huì)成為更新我國(guó)海岸帶地形圖的常規(guī)手段,使我國(guó)的海洋重力測(cè)量、海洋地形測(cè)量、海洋磁力測(cè)量等方面的數(shù)據(jù)處理變得更加完善。