海洋测绘中的测深技术分析

王雁冰

上海东海海洋工程勘察设计研究院有限公司

摘要：随着中国各行业的发展和进步,对水上和水下测量的需求不断增长,不仅包括内陆河流和水库,还包括一些海洋测绘工作,已成为国家战略层面的任务。深度测量技术是海洋测绘中必不可少的应用技术,主要应用于水下地形测绘任务,目前已超过多光谱深度测量技术、激光深度测量技术和侧扫声学技术,包括各种深度测量技术,其基本原理和应用特点各不相同。文章结合目前深度测量技术在海洋测绘应用中的进展,分析了各种深度测量技术的特点和提高精度的策略,为开展海洋测绘工作提供了一定的选择,从而有效地提高了海洋测绘工作的测量精度。

关键词：海洋测绘；测深技术；分析；

引言

水路测量是水路管理工作的基础,旨在及时准确地了解水路养护的水深变化,为黄浦江深水道养护、水路规划设计、施工和安全航行提供必要的基础数据。定位和深度测量是水路测量的两个主要组成部分,近年来,随着测量技术的不断发展,特别是GPSRTK、单波束或多波束深度测量技术和船载激光深度测量技术的结合,大大降低了工作强度,同时保证了测量结果的准确性,也提高了效率。

1海洋测绘概况

海洋测绘仅仅是指测量海洋和制作海图来测量海床的地球物理特性,并将所获得的信息进行汇总,以制作不同规模的海图,并制作各种专题海图。海洋测绘的专业类别包括沿海地形调查,深水测量,水文观测,海洋工程测量,测量,井深测量,海图,海图监测。相关数据分析表明,海洋测绘分为三个重要阶段:一是1930年至1950年,人类开始进行地球物理海洋测量,主要是利用海洋测量数据绘制海图;其次,在1967年至1970年期间进行了几次国际科学考察,为海底扩张奠定了基础。最后,自20世纪70年代以来,海洋测绘的发展不断发展,由于电子和计算机技术,测绘变得更加高效。

2测深技术未来发展策略

2.1 提高海图测量的准确性

在地面测量中首次使用GPS定位系统,测量精度高,但在海洋测绘应用中,由于海洋深度计的不稳定性,测量过程非常复杂,测量精度难以提高。为此,需要进一步优化海洋测绘技术,以提高测量的准确性。例如,地面测量中使用的垂直基准测量可用于深海测量,以提高测量精度。

2.2 加快海洋测绘网络信息服务建设

海洋测绘的测量结果在海洋产业、研究等领域具有很大的实际应用价值,因此,需要建立地方一级的信息交流,建立海洋测绘的网络信息服务,通过各级海事部门之间的信息交流,实现海洋测绘的社会应用。海洋测绘公共服务信息中心利用信息技术构建信息服务体系,进一步加强海洋测绘信息的交流。

3海洋测绘中的测深技术

3.1遥感技术

遥感技术是指使用无人机等空中载体，布设相应的遥感设备，通过电磁波信息开展一系列探测工作。遥感技术在具体应用中，分为信息采集、信息处理和信息整合等多个环节，可以提供全面完善的信息内容，给环境工作带来较好的支撑。在海洋测绘领域中，遥感技术可以分为2大类，即使用光电为信息载体和使用声波为信息载体。前者在测绘领域比较常见，主要是通过发射激光等方式获取海洋测绘信息，完成相应的测绘工作，在陆地测绘等事务中也可以取得较好的使用效果。后者则是使用声学遥感技术获取测绘信息，通常仅用于海洋测绘领域，比如海底地形测量、海洋动力现象观测和海底地形剖面测量等。我国海岸线是比较长的，很多沿海地区的地形情况比较复杂，无法进行控制点的测量，使用传统航拍方式很难完成测绘工作。与此同时，沿海浅滩的水位比较浅，不具备船只航行条件，导致很多海洋测绘技术都无法得到较好应用。在这种情况下，使用主动式遥感技术就可以取得较好的测绘效果。主动式遥感技术使用了激光测绘的原理，能够在薄雾、夜间等多种天气条件下完成测绘作业，同时也能够根据海洋潮汐情况选择航测时间。特别是在无地面基站的情况下，可以较好满足大部分沿海地区浅海测量的相关要求，同时测绘精度也有所保证。特别是在海岸线、堤坝的动态变化监测活动中，主动式遥感技术可以发挥较好的作用，在保证动态数据分析成果的同时，也能够提供高精度的数字高程模型（DEM）断面数据，给浅海地区海洋测绘工作提供较好的基础支撑。

3.2侧扫声呐技术的

侧扫声呐系统主要由数据显示与记录单元、数据传输单元、水下声波发射器、拖拽电缆和接收换能器等模块组成。其中数据显示与记录单元主要是收集侧扫声呐技术运作过程中所采集到的各类测绘数据，将其汇总与整理到系统中，并能够使用人机交互方式展示出来。侧扫声呐技术具有成本低、使用便捷和分辨率高等多项优势，在多种海洋测绘任务中都可以取得较好的应用效果，对我国海洋测绘行业领域的高质量发展起到了一定的推动作用。在海洋测绘工作中，水上构筑物扫测作业也是非常常见的。侧扫声呐技术在水上构筑物扫测过程中可以取得较好效果。这是因为侧扫声呐技术能够在小范围测绘作业中获得比较精确与全面的测绘数据，并且形成相应的三维测绘成果。比如在使用三维侧扫声呐技术以后，将相关设备安装到小型船只上，可以得到水上构筑物的完整信息，并且将其导入到软件中，完成水上构筑物三维图像成果的展示。这也使得侧扫声呐技术可以在堤坝坝体扫测、码头水上构筑物扫测等多项测绘任务中发挥较好的作用。

3.3机载激光测深技术

机载激光测量技术是一种将激光与定位相结合的主动测量技术,应用于水下景观测量,其原理是飞行平台是通过有针对性的声波发射和接收来获取水下深度数据的载体,并利用传感器来计算信号的空间位置。激光深度测量的原理类似于双波段等温测量的原理(双波段单光深度测量),并将两波段激光从飞机发射到海面,波长为1064nm的红光;绿光的波长为523nm。红光被海水反射,绿光流入海洋并再次反射回海底。深度系统能够实现多光谱深度技术的回波信号,板载激光深度技术具有测量效率高、覆盖范围广、响应速度快等优点,其缺点是:在受限条件下,海水中的激光束呈指数衰减,最大透射率与激光辐射能量、海水透明度、海底反射和背景噪声密切相关,目前典型的商用设备在水反射带中的反射率大于15%可以达到50米。此外,激光深度测量不能保证有效检测立方米范围内的小型水下目标。因此,飞机激光深度只能应用于陆地边界范围内透明度高的浅水区。总的来说,飞机激光测量作为一种主动、非接触、综合的陆地和水域边界测绘技术,可以与传统的海洋多光谱深度和侧扫方法进行交互,从而更有效地完成海岸测绘。

3.4GPS技术

沿海地形调查为海上石油作业、渔业和海上运输提供可靠的保护。在传统的沿海地形调查中,信息基于海底的三维坐标,面积和水声仪器的使用。但是,这种方法无法在实际测量中获得准确的数据。因此,基于水声学的GPS渗透技术可以更详细地确定位置。更精确的信息也可以通过使用GPS技术获得更大的测量图和差异化方法。同时,GPS技术与计算机和测绘工具的结合也将简化沿海地形测绘,特别是通过创建相应的模型,所有这些模型都可以完全访问沿海地形数据。随着我国海洋经济的不断扩大,沿海地区地形逐渐成为水下设计和航行安全的重要依据,但以往利用大型船舶进行沿海地形测量时,无法测量沿海地区复杂的水下地形,难以实现实用的全覆盖测量,而采用无人船结合GPS定位技术作为一种新的测量方法。

结束语

总之,目前用于海洋测绘中水体地形测量的方法主要是通过在水上使用光学成像、常用的多光谱深度测量技术、飞机激光深度测量技术等来实现的。两者都可以进行相应的海水和海面测量,这些深度测量技术依赖于波浪、大气环境等水况的变化,导致深度测量结果的准确性降低。因此,在海洋测绘工作中,有必要选择合适的深度技术或结合多光谱深度技术和侧扫技术等各种深度技术,以减少各种外部因素的影响,提高深度技术的应用效率和测量精度,优化海洋测绘效果,为海洋资源的开发利用提供有价值的数据,促进国家主权和安全发展。

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