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1、测绘学概论测绘学概论 赵赵 建建 虎虎第六章 海洋测绘6.1 概述概述海洋面积占地球总面积的70%，是人类生命的摇篮、现代社会的交通要道，也是地球上的资源宝库。随着人口的增加，环境的恶化，陆上资源的逐渐枯竭，今天，海洋已成为人类生存和发展的重要空间。由于海洋的重要战略和经济地位，濒海国家间争夺海洋势力范围的斗争日趋尖锐，各海洋大国相继提出了海洋研究和开发计划，并投入了大量的资金发展海洋产业，海洋事业出现了前所未有的繁荣景象。6.1.1 海洋与海洋测绘海洋与海洋测绘我国是一个海洋大国。在东、南面有长达1.8万公里的海岸线，与之相邻有渤海、黄海、东海和南海，为西北太平洋陆缘海。按照联合国海洋法公约
2、，我国辖属的内水、邻海、大陆架、专属经济区的面积约为300多万平方公里，岛屿6500个，还拥有许多优良的港湾。因此，海洋开发和利用对我国的国民经济建设具有战略性意义。一切海洋经济、军事或科研活动（如海上交通、海洋地质调查和资源开发，海洋工程建设、海洋疆界勘定、海洋环境保护、海底地壳和板块运动研究等），均需要海洋测绘为其提供不同种类的海洋地理信息要素、数据和基础图像。海洋测绘是一切海洋活动的前提和基础。海洋测绘与陆地测绘中相关的理论和方法具有密切的联系，但又有其独特的一面；现代海洋测绘技术是建立在海洋物理知识基础上的多学科的综合；海洋测量环境相对陆地复杂，测量手段也比较独特；现代海洋测绘已发展为
3、潜载、船载、机载和星载测绘技术于一体的、多学科交叉的综合性学科。6.1.2 海洋测绘的特点海洋测绘的特点6.2 海洋测绘内容海洋测绘内容海洋测量包括：海洋大地测量水深测量海洋定位海底地形地貌测量海洋工程测量海洋重力测量海洋磁力测量海洋水文测量海洋信息管理包括：海洋地理信息的管理、分析、处理、应用以至数字海洋。海洋测绘包括海洋测量、各种海图的编绘及海洋信息的综合管理和利用。海图绘制包括：各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版；6.2.1 海洋大地测量海洋大地测量建立海洋控制网，为水面、水体、水底定位提供控制点服务。海洋控制测量主要包括：海上控制网的布设和施测。海上控制网包括：海岸、岛陆、岛岛控制
4、网。海底控制网的布设和施测 海上控制网的布设与测量海上控制网的布设与测量海岸控制网主要包括岛屿与岛屿、岛屿与陆地间控制网，这些控制网的布设与陆地基本相同，但选点时，需要考虑海洋测绘的具体要求。海岸岛礁、岛屿岛屿GPS控制网的布设，可方便的将陆地平面基准及坐标引入远离陆地的岛屿。目前，海岸控制网的施测主要采用GPS来实现。海底控制网的布设主要采用三角形和正方形图形结构。海底控制网海底控制网的控制点为海底中心标石。声波在海水中具有很好的传播特性，因而，观测目标的照准标志通常采用水声照准标志（如水听器或应答器），而观测手段采用声学测距技术。负荷声标锚浮标水听器应答器水下控制网测量浮标双三角锥测量测次
5、k测次k+1测次k+2不同测次测量QjQj+1Qj+2海底控制网测量和计算思想：双三角锥测量是首先利用正三角锥测量，获得浮标或者船体的平面位置，即通常的GPS动态测量，依目前的定位技术，采用非差单点定位，可获得分米甚至厘米级的平面定位精度。正三角锥测量是声学测量，利用超短基线或长程超短基线确定各个水听器之间的距离，进而获得水底水听器的位置。正倒三角锥测量实际上利用了GPS测量技术和超短基线定位技术联合实现海底控制点的确定。测量和计算思想仍为传统的边交会。海底控制点的解算原理wuv平行w平行u平行vQj(uj,vj,wj)vi-vjui-ujwi-wjOrij Pi(ui,vi,wi)O-uvw
6、地固坐标系。在测定GPS接收机与卫星间距离rij 的同时测量浮标或船载声纳设备到水下水听器之间的距离Rjm,并组建如下方程上述数学模型为1测次倒三角锥和正三角锥的模型求解。当1测次包含的卫星数或应答器多于4个，这样的解具有很好的图形强度。当方程组随着ij和jm的增大而增大时，通过最小二乘将获得不同水听器位置的解。水深测量经历了如下几个发展阶段：测绳重锤测量（点测量）单频单波束测深（点测量）双频单波束测深（点测量）多波束测深（面测量）机载激光测深（面测量）6.2.2 水深测量水深测量（1）测绳重锤测量（点测量）测绳重锤测量（点测量）5m10m15m20m重锤海底 安装在测量船底的发射换能器垂直向
7、水下发射一定频率的声波脉冲，以声速c在水中传播到水底，经反射返回，被接收换能器所接收，若往返传播时间为t。则水深H为：（2）单频单波束测深（点测量）单频单波束测深（点测量）（3）双频单波束测深（点测量）双频单波束测深（点测量）换能器垂直向水下发射高、低频声脉冲，由于低频声脉冲具有较强的穿透能力，因而可以打到硬质层；高频声脉冲仅能打到沉积物表层，两个脉冲所得深度之差便是淤泥厚度h。Hhf Hhf H （4）多波束测深（面测量）多波束测深系统是从单波束测深系统发展起来，能一次给出与航线相垂直的平面内的几十个甚至上百个深度。它能够精确地、快速地测定沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状、最高点和最低点
8、，从而较可靠地描绘出水下地形的精细特征，从真正意义上实现了海底地形的面面测量 多波束测深系统主要由发射器基阵、发射子系统，信号接收系统及声纳处理系统，图形处理及显示子系统，后处理工作站等组成。多波束测深仪的换能器基阵精密安装在船底或拖曳在船尾。因为其测深的声线是斜距，声速剖面的精确性和船航行时的摇摆、升降对观测精度影响特别大。因此多波束测深仪要配置姿态传感器或涌浪滤波补偿仪及声速剖面仪。姿态传感器能测出横滚、俯仰、偏航参数，采用这些参数对水深值和位置进行改正，涌浪滤波补偿仪能对因波浪运动而引起的误差源进行校正补偿，输出数据包括：涌浪、未校正深度、校正后深度和可选择的横摆、纵摆数据。声速剖面仪能
9、测出海水沿垂直方向的分层声速，进而可对声线弯曲进行改正。以获得波束脚印的船体坐标。设换能器在船体坐标系下的坐标为(x0,y0,z0)，则波束脚印的船体坐标(x，z)为：=D+=NiiiitCxx10sinq=D+=NiiiitCzz10cosq 激光测深的原理与双频回声测深原理相似，从飞机上向海面发射两种波段的激光，一种为红光，波长为1064nm，另一种为绿光，波长为523nm。红光被海水反射，绿光则透射到海水里，到达海底后被反射回来。这样，两束光被接收的时间差等于激光从海面到海底传播时间的两倍，由此可算得海面到海底的深度。（5）机载激光测深（面测量）激光测深系统目前测深能力一般在50m左右。
10、测深精度在0.3m左右。机载激光测深具有速度快、覆盖率高、灵活性强等优点。有广阔的应用前景。缺陷是对水质的要求比较高，一般适合于近岸海域。按照定位的对象，海洋定位可分为：海面定位水下定位6.2.3 海洋定位海洋定位（1）海面定位）海面定位 海面定位目前可采用如下定位方式：天文定位陆基无线电定位GPS及其他卫星定位局域差分GPS：RTK、伪距差分、相位平滑伪距广域差分GPS：WASGPS非差PPP定位2）水下定位）水下定位水声定位系统测定声波在海水中传播的时间及相位变化，计算出水下声标到载体的距离或距离差，从而解算出载体的位置。按照定位距离的长短可分为：长基线定位；短基线定位；超短基线定位长基线
11、定位：长基线定位：数据处理器 距离接收器 编码器/放大器 绘图仪 终端 双道器带机 换能器 T1 T2 T3 T4 换能器 长基线定位原理是船底换能器发射询问信号，同时接收布设在水下的3个以上相距较远的声标应答信号进行测距，进而计算出船位。如测4条以上声距，用间接平差可求出船位坐标（xu，yu，zu），其中zu为水深。如只观测了三条声距，换能器深度zu已知，可列出三个方程，从而解出平面坐标xu，yu。长基线法定位的精度取决于测距的精度和定位的几何图形，目前精度一般为520m。短基线定位：短基线定位：短基线定位系统的船上设备除控制、显示设备外，还在船底安置一个水听器基阵和一个换能器，在水下部份仅
12、需一个水声应声器，其工作原理是测定声脉冲到不同水听器之间的时差或相位差，从而计算出船位。换能器基线水听器 水声应声器 t t2323 t t1313超短基线定位：超短基线定位：超短基线系统与短基线系统的区别仅在于，船底的水听器阵以彼此很短的距离（小于半个波长，仅几厘米）按直角等边三角形布设，装在一个很小的壳体内测量海底起伏形态和地物的工作。是陆地地形测量在海域的延伸。按测量区域可分为海岸带、大陆架和大洋三种海底地形测量。特点是测量内容多，精度要求高，显示海底地物、地貌详细。测量内容包括海底地貌、各种水下工程建筑、底质、沉层厚度、沉船等人为障碍物、海洋生物分布区界和水文要素等。通常对海域进行全覆
13、盖探测，确保测图比例尺所能显示的各种地物和地貌，是为从事各种海上活动提供重要资料的海洋基本测量。6.2.4 海底地形地貌测量海底地形地貌测量水下地形测量是利用声纳技术、激光技术和摄影技术，获得海底的地形特征。现有的主要手段有：（1）船载声纳设备水下地形测量（船载）（2）机载激光水深测量（机载）（3）水下机器人测量（潜载）（4）激光雷达三维水下地形测量（岸载）（5）遥感反演海底地形（星载）无论采用何种手段，海底地形测量通常需要如下几个过程来实现：首先首先，进行海岸或海底平面、高程控制测量。其其次次，野外探测/扫测海底地物、地貌及其相关信息，并采集潮位等辅助测量信息。该步处理获得载体坐标系下的相对
14、地形地貌、瞬时基准和反映瞬时基准与固有平面和垂直基准间关系的参数等。最最后后，进行数据处理，即对瞬时测量信息进行质量控制、获取测量深度，再根据瞬时基准与固有基准间的关系，获得海底地形地貌在固有基准下的表达。传统水下地形测量模式（有潮模式）传统水下地形测量模式（有潮模式）定位：采用GPS差分定位技术（仅获取平面位置）测深：单波束、多波束潮位：验潮站潮位测量及时空内插船位处水位（传统方法）现代水下地形测量模式（现代水下地形测量模式（无潮模式）定位：采用RTK/PPK/PPP技术（获取平面和高程坐标）测深：单波束、多波束（1）船载声纳设备水下地形测量）船载声纳设备水下地形测量常常规规水水下下地地形形
15、测测量量（2）机载激光水下地形测量）机载激光水下地形测量类似于船载声纳设备水下地形测量系统。水深：由机载激光提供水面高程基准：由潮位测量来提供平面位置：由DGPS提供（3）水下地形测量机器人（）水下地形测量机器人（AUV/ROV）由机器人深潜水下，在接近水底时用水下摄影的方式获得水下目标的图像。随着海洋光学的研究及其技术的发展，不断有水下摄影系统、海洋探测激光雷达系统的产品应用于水下工程测量。水下电视摄像系统、水下数字摄像系统是目前获取在水下环境清晰图像的主要方法，扫海测量中，配置水下数字摄像系统有助于障碍物性质的判断，提高扫测能力。水下摄影系统对水域环境要求较高。在水质浑浊，水流较急的地方适
16、用性差。同时由于水下机器人的平面位置和高程难以准确确定，因而，这种方法仅适合于特定目标形状的获取，难以应用于大面积的地形测量。（4）测扫声纳）测扫声纳侧扫声纳测量是现阶段扫海测量、应急测量、扫测障碍物的重要手段。它具有分辨率高反映海底地形彻底等单波束、多波束设备所不具备的优点，是目前寻找水下障碍物最有效的方法之一。传统的侧扫声纳有两个缺点：首先，它正下方附近的测深精度很差；其次，当有两个或两个以上由不同方向同时到达的回波入射到声纳阵列上时，它不能正常工作。因此只能得到二维的回波声纳图，测深侧扫声纳的作用距离、测量精度不高。随着声学、干涉技术及计算机技术的发展，现在出现了新型测深侧扫声纳，它能够
17、测量出海底的高分辨三维成像，能够测量海底地形地貌的细微构造，可以同时获得等深线图和地貌图的两大类内容，可应用于海洋工程、海洋开发、海上油田区域和海底油管敷设路径的海底地形测量，航道和港湾水下地形测量。配置足够的先进的侧扫声纳测量系统，并整合其它测量手段，是提高应急扫测能力的关键。（5）遥感海底地形测量）遥感海底地形测量空间遥感技术应用于海底地形测量是20世纪后期海洋科学取得重大进展的关键技术之一。遥感海底地形测量具有大面积、同步连续观测及高分辨率和可重复性等优点。微波遥感器还具有全天候的特点，这些都是传统的测量手段所无法比拟的。遥感设备包括可见光多谱扫描仪、成像光谱仪、红外辐射计和微波辐射计以
18、及高度计、散射计和成像雷达。这些遥感器能够直接测量的海洋环境参数有海色、海面温度、海面粗糙度和海平面高度。在这些参数的基础上可以反演或计算出若干其他海洋环境参数，其中包括叶绿素和悬浮粒子浓度、上混合层温度、海面风场、有效波高、海浪方向谱、海流、潮汐、波动（包括内波）、峰面、涡波、上升流、盐度、海冰、海洋降水、海底地形、海洋重力场和海洋污染等。水深遥感的基本思路水深遥感的基本思路反演历史条件下水下地形信息，分析地形动态变化利用最新卫星影像数据，快速获取和更新最新的水下地形同步遥感影像资料局部水下地形数据水深遥感反演模型反演大范围水下地形信息影像处理 水水 深深 遥遥 感感 的的 物物 理理 基基
19、 础础卫星传感器接收水体信息示意图在在大气大气和和水体水体中，中，光线以指数形式衰减光线以指数形式衰减 RETLsLTLpRbE0TRwsRwZ水底传 感 器水体ED 大气水深遥感的计算机遥感图象处理上海市崇明岛研究区域长江口位置图（TM4,5,1假彩色合成图象，1995）长江口南支数字化水下地形图为海洋工程建设的设计、施工和监测进行的测量。海洋工程是与开发利用海洋直接有关的所有工程的总称。早期的海洋工程多指码头、堤坝等土石方工程。随着现代科学技术的进步，海洋工程的内容不断扩大，可分为海岸工程、近海工程、深海工程、水下工程等。按照用途又分为海港工程、堤坝工程、管理工程、隧道工程、疏浚工程、救捞
20、工程以及采矿、能源综合利用工程。海洋工程测量仍以海洋定位、测深等手段为基础，在不同海洋工程勘测设计、施工和管理阶段所进行的测量工作，例如，海上钻井的钻头归位，港口、码头的施工放样，等等。6.2.5 海洋工程测量海洋工程测量海洋重力测量可归属于海洋大地测量。它为研究地球形状，精化大地水准面提供重力异常数据。为地球物理和地质方面的研究提供重力资料。在军事方面，可为空间飞行器的轨道计算和惯性导航服务，提高远程导弹的命中率。重力测量分为空中重力测量和海上重力测量。空中重力测量又可分为卫星重力测量和航空重力测量；海上重力测量分海底重力测量和航海重力测量。6.2.6 海洋重力测量海洋重力测量海底重力测量一
21、般是离散的点状测量，海面重力测量是连续的线状测量。海底重力测量就是把重力仪用沉箱沉于海底，用遥控及遥测方法进行，多用于沿海，其测量方法和所用仪器与陆地重力测量基本相同，测量的精度比较高，但必须解决遥控，遥测以及自动水平等一系列的复杂问题，且速度很慢。海面重力测量是将仪器安装在船只上，在匀动中连续进行观测，因此仪器除了受重力作用外，还受船只航行时很多干扰力的影响。这些干扰力不仅超过了重力观测误差，有的达到了几十伽，远远大于重力异常。为此必须进行改正和消除。重力测量主要受6个方面的干扰力：径向加速度，航行加速度周期性水平加速度周期性垂直加速度，旋转影响，厄缶效应的影响，近年来卫星重力测量取得了较大
22、的进度。利用卫星手段获取海洋重力资料的精度和分辨率越来越高，与海洋重力仪所达到的精度和分辨率间的差距越来越小。未来海洋重力场的精细结构，可以利用卫星测高、卫星重力梯度测量和海洋重力测量相结合的方法获得。卫星重力学是继GPS之后，大地测量学研究的又一重大科学进展。利用卫星重力资料将使确定地球重力场和大地水准面的精度提高一个数量级以上，还可测定高精度的时变重力场。因此，对研究地球的形状及演化及其动力学机制、地球参考系及全球高程系统、地球的密度及地幔物性参数、洋流和海平面变化、冰融和陆地水变化、地球各圈层的变化及相互作用等，有其他地球物理方法不可替代的作用重力测量分绝对重力测量和相对重力测量。测定重
23、力值可以利用与重力有关的许多物理现象，例如在重力作用下的自由落体、摆的摆动、弹簧伸缩、弦振动，等等。由此，重力测量方法分为两类：一类是动力法，它是根据物体受力后的运动状态测定重力；另一类是静力法，它是根据物体受力后的平衡状态测定重力。绝对重力测量测定重力场中一点的绝对重力值，一般采用动力法。主要利用两种原理，一种是自由落体原理（伽利略1590)；另一种是摆的原理(惠更斯1673)。这两种原理一直沿用至今。近几年来由于激光干涉系统和高稳定度频率标准的出现，使自由落体下落距离和时间的测定精度大大提高，所以许多国家又采用激光绝对重力仪进行绝对重力测量，其测定精度可达几个微伽。相对重力测量测定两点的重
24、力差值，可采用动力法和静力法。现在普遍采用静力法的弹簧重力仪测定重力差值。国际上对这种仪器研究甚多，发展很快，不论是测定精度还是使用的方便程度都已达到很高水平。一般精度可达几十微伽，甚至几微伽。野外工作时，在一个测站只需几分钟就可观测完毕。为了克服弹性重力仪因弹性疲劳而引起的零点漂移，1968年又出现了超导重力仪。这种重力仪对重力变化具有很高的分辨力，零点漂移极小，所以特别适合于固定台站上的潮汐和非潮汐重力变化观测。是测量海上地磁要素的工作。海底下的地层是由不同的岩性地层组成。不同的岩性具有不同的导磁率和磁化率，因而产生不同的磁场，在正常磁场背景下出现磁异常。主要采用海洋核子旋进磁力仪或海洋磁
25、力梯度仪，探测海底的磁力分布，发现构造引起的磁力异常。海洋磁力测量主要目的是寻找石油、天然气有关的地质构造和研究海底的大地构造。此外，海洋工程测量中，为查明施工障碍和危险物体，如沉船、管线、水雷等，也常进行磁力测量发现磁性体。6.2.7 海洋磁力测量海洋磁力测量F为磁场总强度，H为磁场为水平强度，Z为垂直强度，X为H在北向的分量，Y为H在东向分量，D地理子午面与磁子午面之间的夹角，称为磁偏角，I为磁倾角。F、H、Z、X、Y、D、I七个物理量称为地磁要素。已知其中三个要素就可以求出其他的要素。在实际观测中，目前只有I、D、H、Z和F的绝对值能够直接测量。海洋磁力测量测出的地磁要素，可以在地图上绘
26、制地磁要素的等值线，称为分布图。通常利用拖曳于工作船后的质子旋进式磁力仪或磁力梯度仪，对海洋区域的地磁场强度数据进行采集，将观测值减去正常磁场值，并作地磁日变校正后得到磁异常。海洋磁力测量成果有多方面的用途对磁异常的分析，有助于阐明区域地质特征，如断裂带展布、火山岩体的位置等。磁力测量的详细成果，可用于编制海底地质图。世界各大洋地区内的磁异常，都呈条带状分布于大洋中脊两侧，由此可以研究大洋盆地的形成和演化历史。也是研究海底扩张和板块构造的资料。磁力测量是寻找铁磁性矿物的重要手段。在海道测量中，可用于扫测沉船等铁质航行障碍物，探测海底管道和电缆等。在军事上，海洋地磁资料可用于布设磁性水雷，对潜艇
27、惯性导航系统进行校正。用各地的磁差值和年变值编成磁差图或标入航海图，是船舶航行时，用磁罗经导航不可缺少的资料。海洋水文测量是观测海水物理、动力学参数的测量活动。海洋水文要素主要包括：海水温度、盐度、密度、海流、潮汐、潮流、波浪等。海洋水文测量是为水下地形测量、水深测量以及定位提供必要的海水物理、化学特性参数的工作。6.2.8 海洋水文测量海洋水文测量主要涉及的测量内容有：波浪测量仪器潮汐测量仪器海流测量仪器海水温盐测量仪器海洋深度测量仪器海冰测量仪器水色及透明度测量仪器综合测量仪器其他1）海水温度、盐度、密度的测定）海水温度、盐度、密度的测定测定海水的温度、盐度、密度可以计算声波在水中传播的速
28、度，为声学测深系统、声学定位系统提供声速测量精度的保证。海水的温度、盐度、密度可以利用温盐深计温盐深计通过物理或化学方法测定。海水的温度、盐度、密度是确定水中声速的重要参数，同时，声速还可以通过直接测量的方式获得。声速剖面仪SVP（Sound Velocity Profile）可完成声速的直接测量。2）海水中声速的直接测定）海水中声速的直接测定声速剖面仪声速剖面仪潮汐观测值在水下地形测量中扮演着提供垂直参考面的重要角色。3）潮位测量）潮位测量验潮井浮子式验潮仪：可连续记录江河、湖泊、水库、潮汐及地下水水位变化的，适用于有水位测井的场合。超声波悬挂式验潮仪超声波悬挂式验潮仪：一般固定于岸边通过超
29、声波测距实施潮位测量。4）流速流向测量）流速流向测量海水/河水中的流速流向可通过ADCP（Acoustic Doppler Current Profile）来测量。它是利用海流/河流与ADCP几个超声波声柱的Doppler效应而计算流速的。同时根据3-4个声柱的位置计算流向的。根据作业方式不同，ADCP又可分为静置式和走航式。在在航航式式ADCP静置式静置式海洋水文测量主要提供海洋水文图。具体表示各海洋水文要素水平分布和垂直分布的一般规律，显示各要素随时间变化的一般性质或该要素的基本特点。海洋盐度分布盐度剖面ADCP剖面流场分布潮汐变化海图以海洋及其毗邻的陆地为描绘对象的地图，其描绘对象的主体
30、是海洋，海图的主要要素为海岸，海底地貌，航行障碍物，助航标志，水文及各种界线。海图还包括为各种不同要素绘制的专题海图。海图是海洋区域的空间模型，海洋信息的载体和传输工具，是海洋地理环境特点的分析依据，在海洋开发和海洋科学研究等各个领域都有着重要的使用价值。海图是通过海图编制完成的。6.2.9 海图编制海图编制海图编制海图编制是设计和制作海图出版原图的工作。作业过程通常分为编辑准备、原图编绘和出版准备三个阶段。编辑准备阶段编辑准备阶段是：根据任务和要求确定制图区域的范围、数学基础；确定图的分幅、编号和图幅配置；研究制图区域的地理特点；分析、选择制图资料；确定海图的内容、选择指标与综合原则、表示方
31、法；制定为原图编辑和出版准备工作的技术性指导文件。原图编绘原图编绘阶段是根据任务和编辑文件进行具体制作新图的过程，使海图制作的核心。包括：数字基础的展绘；制图资料的加工处理。当基本资料比例尺与编绘原图比例尺相差较大时，须作中间原图，资料复制及转会；各要素按综合原则、方法和指标进行内容的取舍和图形的概括（综合），并按照规定图例符号和色彩进行编绘；处理各种图面问题，包括资料拼接、与邻图接边、接幅，图面配置等。编绘方法按照海图内容的繁简、制图技术、设备条件而选定，有编稿法、连编带绘法、计算机编绘法等。为保证原图的质量，在正式编绘前作试编原图或草图。运用传统方法进行图形编绘后还需作清绘或刻绘原图的工作
32、，即出版前的准备工作。出版准备阶段出版准备阶段是:将编绘原图复制加工成符合图式、规范、编图作业方案和印刷要求的出版原图；制作供制版、印刷参考的分色样图和试印样图。随着制图技术的进步，原图编绘和出版准备工作可在电子计算机制图系统上完成。水下地形色泽填充、等值线图水下地形三维立体图海图海图6.2.10 海洋地理信息系统海洋地理信息系统MGIS一个海洋地理信息系统MGIS（MarineGeographicInformationSystem）可以为遥感数据、GIS和数字模型信息提供协调坐标、存储和集成信息的系统结构。另外，它也可以提供工具来分析数据、可视化变量之间的关系和模型。遥感技术地理信息系统数字
33、模型数据库技术海洋地理信息系统MGIS由此看来，MGIS是一个集成系统的概念，需集成GIS、数据库和实用数字模型，对空间海洋信息进行输入、查询、分析、表达和管理等，具有友好人机交互环境，大大提高工作效率的综合系统。海岸带管理最初的一些研究者只是简单的把GIS直接应用海洋数据的管理上，如前文提到的的一些研究。随着MGIS技术的发展和研究的深入，其在海岸带管理方面应用也越来越广泛和深入,尤其是在专属经济区(ExclusiveEconomicZone)的管理上。美国的夏威夷大学的太平洋制图中心为开发、管理和发展美国太平洋岛屿的专属经济区而设计和开发了一个集成的海洋信息系统。该系统着重开发了空间海洋数
34、据的处理、GIS和制图系统的集成、三维数据结构、海洋数据的模拟和动态显示等功能。这里搜集的海洋数据主要有海洋测深数据、重力数据和磁力数据等，数据量很大。该海洋信息系统是以ARC/INFOV7.0为软件平台进行开发的。MGIS应用应用海洋环境监测评价随着MGIS技术的进一步发展，其在海洋环境的污染监测和保护等方面的应用也越来越广泛。美国环境保护组织(EPA)派遣一个调查队(D.A.Careyetal.,1992)，对assachusetts海湾内采矿现场的放射性和危险废料进行调查。其研究就是建立在一个区域性的相关海洋地理信息系统数据库基础上，对相关信息进行处理，从而得出相应的规划和管理决策。该数
35、据库的数据主要来源于其在马萨诸塞海湾(MassachusettsBay)进行的一次侧视声纳调查。据该调查结果充分肯定了其海洋数据库的作用。国内，也有研究者应用GIS技术对海洋环境质量进行了评价。如国家海洋局海洋环境保护研究所的赵玲等人(1998,赵玲等)在大连海域内采用GIS技术，通过开发和利用海域资源综合信息，解决了资源与环境的合理利用与保护方面的问题，对海域环境质量进行了评价。在该项研究中，是利用ArcView软件平台提供的Script语言实现了模型的连接和评价结果与地理空间数据的综合。海洋渔业西班牙圣第亚哥大学的系统实验室利用专家知识建立有效的数据库结构和专家系统，已初步完成了一个实用的
36、渔业信息系统。该系统已被一个政府支持的项目所证实，系统预测结果与实际调查结果基本一致。该系统主要借助卫星通过交通船提供信息服务，用以获取鱼群活动信息和环境变化信息，开发和改善渔业策略，提高最终渔业的产量。目前，国内已经有一些研究单位在进行尝试性工作。例如，中科院地理所等单位(周成虎等,1998)，近年来在海洋863计划818专题中，通过集成遥感、数据库管理系统、专题分析模型和专家系统，来为海洋渔业开发GIS平台。该渔业GIS由几个子系统组成，主要应用在中国东海海域海洋油气海洋油气的开发和勘探涉及到很多学科领域的知识，要进行海洋油气的勘探须管理和分析大量的、各种各样的数据，这就需要有合适的管理和
37、分析工具。国内，这方面的工作主要有中科院遥感应用研究所在进行。在“渤海海洋油气遥感探测机理研究”院重点项目(1996-2000年)中，以遥感数据信息为基础，建立海洋数据库(其中包括地质、油气、遥感、地球物理、地球化学、海洋环境和气候等数据)，结合研究目标开发应用模型(海洋油气评价模型)，加强信息综合分析功能，实现其成果的可视化显示，提高海洋数据的应用潜能，取得了较好的成果。目前，该项研究正在提高和完善之中。其它从海洋地理信息系统在各个海洋领域的应用可看出，MGIS在处理海洋数据上的强有力的能力。因为MGIS在海洋领域的应用都与该领域具体学科有关，所以，在实际应用中，MGIS应该是集成系统，其中
38、应该包括该海洋领域的应用系统。在此集成系统中，应充分理解数据在不同参照系之间的转换，所涉及的各个空间海洋系统的集成。在MGIS的进一步发展中应进一步深入开展以下工作：1)研究更有效的方法来获取和存储空间海洋数据。2)开发更多的适用于海洋领域工作的空间分析和数据处理功能。3)提高MGIS的网络功能、多维分析及动画的能力。6.3 海洋测绘技术的发展趋势海洋测绘技术的发展趋势海洋测绘技术未来呈现如下几点发展趋势：海洋大地测量基准、海洋大地水准面及海洋无缝垂直参考基准面的建立技术研究；深海水下综合定位与导航技术研究；AUV/ROV关键测绘技术研究；海洋遥感技术研究；多源多传感器信息融合技术研究；数字海
39、洋技术研究海平面变化及海洋灾害监测和预报技术研究。海洋大地测量基准、海洋大地水准面及海洋海洋大地测量基准、海洋大地水准面及海洋无缝垂直参考基准面建立技术研究无缝垂直参考基准面建立技术研究海洋大地控制网的建立海洋大地控制网的建立海上大地控制网的建立海上大地控制网的建立我国在东海、黄海和南海等海域利用GPS已经建立了陆-岛、岛-岛大地控制网，但在个别海域，大地控制网还属空白，为便于海洋的开发和利用，有必要在这些空白区域建立大地控制网，复测已有的大地控制网，在我国所辖海域建立一个完善的海上大地控制网。水下大地控制网的建立水下大地控制网的建立 随着深海军事和民用活动的快速增加，有必要在深海建立大地控制
40、网。目前，我国在该方面的研究已经取得了一定的成果，如长程超短基线定位系统的研制、永久浮标技术、GPS水下定位技术等。基于这些技术，通过数据处理理论研究，完全可以建立我国的水下大地控制网。海上和水下控制网的实施，建立了我国海洋大地测量的平面基准，其难点在于水下大地控制网的建立。精确的海洋大地水准面的建立我国的重力场理论研究已与国际同步，先后研制了我国地球重力场模型WDM系列和我国新一代分米级似大地水准面(CQG2000)，这些成果在陆地上可取的比较高的精度，而在海洋上，由于重力数据的欠缺，还难以完全满足高精度的海洋测量要求（如远距离GPS潮位测量、无潮模式下的远距离水下地形测量以及岛屿间的高程联
41、测等）。为此，需要大力发展船/机载重力测量技术，建立我国所辖海域完善的重力资料；同时，对所辖海域进行水下地形测量，构造我国大陆架内的水下地形DEM/DTM，联测和复测我国沿海水准网，与陆地数据联合，建立我国高精度的海洋大地水准面。无缝垂直参考基准的建立随着GPS高精度定位技术的发展，其垂直解越来越多的应用于河道/海道测量中，这样，实际应用中必然面临一个问题，即如何将GPS实测的大地高转换为海图高，这也是当前国际上研究的热点话题。其问题在于现有大地水准面在海洋上的精度不高、海洋理论深度基准面存在跳跃性变化，因而，若要将由GPS获得的大地高作为无缝垂直参考基准，需要解决上述两个问题。我国已有学者（
42、赵建虎，暴景阳）在江河和近海特定区域建立无缝垂直参考基准模型，并取得了很高的精度，但在远海，因条件限制，还存在一定的问题。这些问题主要表现在如下：海区高精度的大地水准面模型；均匀分布在我国所辖海域的潮位站以及各潮位站的理论深度基准面；从大地水准面到理论深度基准面间无缝转换模型的建立。建立我国江河、湖泊、所辖海域无缝垂直参考基准模型，可真正实现GPS在海洋精密测量的应用。深海水下综合定位与导航技术研究深海水下综合定位与导航技术研究海上定位与导航技术已有了长足的发展，现有技术已基本可以满足海上作业的需要，但目前水下定位和导航技术还需要进行深入的研究。我国已经在长程超短基线定位、组合导航方面有了比较
43、深入的研究，但距离成熟应用还存在一定的差距。因而还需要在如下几个方面开展研究：卫星水下定位技术研究；基于水下声标台与INS的组合导航技术和系统研究；基于多波束、前视声纳、侧扫声纳和已有地形资料的地形、地貌匹配导航技术和系统研究；重力、磁力匹配导航技术研究；基于上述技术的综合导航技术和系统研究。AUV/ROV关键测绘技术研究关键测绘技术研究为了详细的探测海底，水下机器人（载人潜水器、有缆遥控水下机器人ROV、无缆水下机器人AUV）将在深海测绘中扮演非常重要的作用，我国虽然在这方面起步比较晚，在十五期间，研制出了ROV水下样机，但距离成熟的应用还存在一定的差距。因而，在未来一段时间，AUV/ROV
44、关键技术中与测绘相关的研究还表现在：水下机器人的导航和定位技术研究水下目标识别技术研究基于水下机器人载荷测量设备的精密测量方法及归位计算方法研究。海洋遥感技术研究海洋遥感技术研究相对传统的海洋测量技术，海洋遥感具有经济快速等特点，非常适合于海洋普查。海洋遥感测绘技术主要包含星载（SAR、多光谱及高度计）、机载（LIDAR、航空摄影）和船载（多波束和侧扫声纳）等遥感测绘技术。目前，我国利用这些技术已在岛礁定位、岸滩监测、岸线确定、浅海测深、航行危险区和他国非法占领海区海图修测等方面发挥着重要的作用，但也存在着一些不足，主要表现在：单一系统的算法和精度还需要改善；系统应用领域还需要进一步的拓展；系
45、统间的信息共享性比较差，在综合反映海洋要素以及要素间的相互作用方面比较欠缺。多源多传感器信息的融合技术研究多源多传感器信息的融合技术研究新的海洋测绘体系中融合和吸收了大量其他边缘学科的理论和技术，如航空航天技术、通讯技术、计算机技术、航海技术、数据库技术、天文学、海洋学、气象学和水文学等。这些技术间的相互渗透和相互作用，共同反映了丰富的海洋信息。但由于单一技术侧重点的不同，反映海洋要素方面还存在着不足，这就有必要将相关信息进行综合，提高海洋要素的准确度和全面性。相关文献表明，我国已在海洋信息的融合方面进行了相关的研究，并取得了一些进展，但对于数据的深层挖掘和应用还是显得不足。因而，在未来一段时
46、间，数据融合研究还需要在如下几个方面进行深入或拓展:超光谱数据与测深数据的融合处理技术研究；多波束与侧扫声纳数据的融合研究；SAR/InSAR数据与测深数据的融合研究；多波束测深数据与LIDAR测深数据的融合研究；其他多源多传感器同测量对象的数据融合研究等。数字海洋技术研究数字海洋技术研究海洋信息主要通过星载/机载/数字测量技术、全球定位系统等技术获取，这些技术提供了海量数据，提高了信息质量，呈现了多样化的数字产品，为构建数字海洋奠定了基础。我国在构造“数字海洋”方面已取得了一些进展，但离海洋状况的真实呈现和综合应用还存在一定的差距，为此，还要在如下几个方面进行深入的研究：建成覆盖我国近海海域
47、的大、中比例尺海洋数据仓库，形成统一标准与接口的“数字海洋”基础信息平台；建立四级海洋综合管理信息系统，形成面向海洋管理的辅助决策分析能力和面向公众的信息发布服务能力。发展3S、虚拟现实、仿真、互操作等技术手段，以数字化、可视化、动态显示等方式，真实呈现和预测海洋变化；形成海洋信息关键技术的自主研发能力，取得一批拥有自主知识产权的创新性“数字海洋”关键技术，缩短与国外的差距；建成适应海洋信息化建设发展的软环境，包括标准规范等。海平面变化及海洋灾害监测和预报技术研究海平面变化及海洋灾害监测和预报技术研究我国海域自然灾害频繁，灾情严重，灾害的监测和预报显得尤为重要。我国已初步形成由中央到地方、从近
48、海到远海、多部门交叉的海洋环境观测、预报、警报网络，在防灾、减灾工作中起着重要作用。但这些系统还不够完整、配套和先进，仍然存在不少问题：观测网点少，观测技术和传输手段落后，预报项目不全、准确率不高和时效较短，未能形成中央与地方相结合的、分级管理的、多功能立体观测、预警体系。对海洋灾情分析、评估、制定对策和防灾工程建设还刚刚起步，远不能适应海洋资源开发利用和环境保护的客观需求。为此，需要在如下几个方面加强研究工作建设一个布局合理、装备先进、功能齐全、全方位、立体化的中国海洋监测系统；扩大和完善监测网。改进、研制和建立多用途浮标监测系统，完善和启用新的岛屿监测系统。积极采用航空和航天遥感技术，发展
49、机载遥感技术，接收和利用国内外具有海洋信息的卫星资料（如气象卫星、水色卫星、陆地资源卫星等），并研究这些资料的综合处理技术；发展岸基遥感和水声遥感技术；发展岸基测冰雷达和岸基海洋动力要素监测雷达；发展大洋测温和海洋声学层析技术。实现我国海洋监测系统与全球海洋监测系统联网，促进海洋观测资料的共享。建设我国海洋观测Web网络数据库，实现资料的全面收集和快速下载。海洋预报、警报系统建设我国已初步形成了海洋气象、水文监测系统和预警网络。但预警系统还是不完整、不配套、不够先进，预报时效和准确率还比较低；预报业务在高速、实时、优质和自动化方面，与世界先进水平相比还有很大的差距。为此，需要在如下几个方面加强
50、工作：在完善监测网络的基础上，实现各监测点观测数据的实时传输和数据库的实时更新；建设由各种类型计算机、填图、绘图、图形图象显示设备等硬件和软件组成的预警产品制作业务系统，以及图形产品和数字产品自动服务系统；根据大量的观测数据，进一步研究各类海洋灾害发生的机理，研制相应的海洋灾害预报和预警系统；根据我国沿海不同地理位置的特点，分析预测可能造成的灾害以及相应的应急措施，为预防海洋灾害领导决策提供参考。参考文献参考文献(1)徐德宝、李明、赵建虎，海洋测绘讲义，武汉测绘科技大学，2000(2)陈永奇、李裕忠、杨仁，海洋工程测量，测绘出版社，1991(3)海洋测绘，测绘出版社，1997(4)梁开龙、管铮