海洋测绘在工程应用方面的主要包括:海洋遥感、水深测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋导航定位、海岛礁与海岸带地形测量、侧扫声呐扫测、海洋底质探测、合成孔径声呐探测、海洋水文测量、海洋地理信息系统及其他海洋工程测量等。

1. 海洋遥感:包括卫星遥感和机载遥感。卫星遥感是依托我国自主研制的“天绘”“资源”“高分”等系列卫星以及国外公开的各类卫星资源,可得到海量的波浪、温度、海冰及风力等海洋环境数据,对海洋进行实时、全方位的立体监测。机载遥感主要借助机载可见光相机、可见光摄像机、红外相机、高光谱成像仪、LiDAR、SAR、合成孔径雷达等开展海岸带地形岸线、植被、水色等监测。

2.水深测量:水深测量是海道测量和海底地形测量的基本手段。水深测量与水下地形测量有所不同,水深测量获取的深度是指在理论深度基准面上的水深,属于海道测量的重要内容,以保障船舶航行安全为目的,水深也是海图制图的主要要素;水下地形测量获取的深度是以多年平均海水面或1985国家高程基础为起算面,着重于海陆域基准的统一,用于海洋工程建设的需要,一般用在海洋工程的施工图中。目前水深测量主要方法为单波束水深测量、多波束水深测量和机载激光测深。

3.海洋重力测量:是为研究地球形状和地球内部构造,勘探海洋矿产资源,保障航天和远程武器发射等所需进行的测量。海洋重力设备有海洋摆仪和海洋重力仪两大类,按测量载体可分为星基、机载、船基和沉箱式。海洋重力测量在大地测量学、地球科学、海洋科学、航天科技、水下地磁匹配导航和海洋军事活动等方面有其重要意义。

4.海洋磁力测量:海洋磁力测量是海洋地球物理探测的重要内容,它以岩石的磁性差异为前提,根据磁异常场的特征及其分布规律,了解海底岩石磁性不均匀性,进而推断地壳结构和构造、洋底生成和演化历史,以及勘查大陆边缘地区的矿产分布。同时磁法探测不受空气、水、泥等介质的影响,能准确检测出铁磁物质所引起的磁异常,因此也广泛应用于水下小目标尤其是泥下磁性目标的探测,及光电缆、海底路由管线、沉船、铁锚等探测。

5.海洋导航定位:包括海上位置服务与水下声学定位。海上位置服务目前主要借助于GNSS全球导航卫星系统定位来进行,已基本取代了地基无线电导航、传统大地测量和天文测量导航定位技术,包括美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO和中国北斗卫星导航系统等4大卫星定位系统共同组成GNSS系统。水下导航定位多采用水下声学定位系统,是指用水声设备确定水下载体或设备的位置的声学技术,可分为长基线(LBL)、短基线(SBL)、超短基线(USBL)和组合定位四种,长基线和短基线水声定位系统需要分别在海床和船体上安装固定接收基阵,超短基线水声定位系统则将水听器组件装在一个精密的容器里。相对而言,超短基线定位技术更具有便携性和独立性,因此成为目前水声定位设备发展的一个热点。

6.海岛礁与海岸带地形测量:海岛礁与海岸带是陆地地形与海底地形的过渡地带,是海洋空间资源的重要组成,对其进行测量也是海洋工程建设及海洋空间规划的需要。传统海岸带地形测量多采用全站仪或RTK人工完成,但效率较低且部分区域施测困难,而利用遥感技术、机载LiDAR结合GNSS、水上水下一体化移动测量具有快速、动态和低成本等突出优势,将是未来海岛礁与海岸带地形测量的发展趋势。

7.侧扫声呐测量:侧扫声呐系统是常用的条带式海底成像设备,借助拖鱼上左、右舷换能器阵列发射的宽扫幅波束,并在走航过程中对海底进行线扫描,进而形成可反映水体、海底目标分布和地貌特征的条带图像,是现在比较常用的扫海测量手段。目前侧扫声呐系统正向多频段、多脉冲、多波束、深拖及同时具备测深及成像功能方向发展,广泛应用于海底障碍物探测、扫海测量及裸露海底管线调查和各种水下目标探测。

8.海洋底质探测:海洋底质探测是进行海洋动力学研究、海洋矿产资源开发、船泊锚地选择、海底管线铺设、水下潜器座底、海洋工程建设等项目实施的基础,海洋测绘中的海底底质探测主要针对海底表面及浅层沉积物性质进行。一般采用表层采样取样、柱状采样、浅地层剖面测量和单道反射地震等方法实施。表层采样取样和柱状采样借助采样器取样或钻孔取芯,通过实验室分析获得,存在着效率低、成本高等不足;而浅地层剖面测量借助声波回波特征与底质的相关性实现底质探测,具有探测底质效率和分辨率高的特点,是传统底质取样探测的一种很好的补充方法。单道反射地震可为地质构造调查研究、海上基建项目选址、填海及航道疏通工程可行性研究等提供依据,也被应用于海底管线、隧道和各种掩埋物等的调查研究。

9.合成孔径声呐探测:合成孔径声呐(SAS)是一种新型高分辨率的水下成像声呐,其原理是利用小孔径基阵的移动来获得方向上较大的合成孔径,从而得到方位向的高分辨率。合成孔径声呐图像具有更高的径向分辨率,且与距离无关,其设备有高、低频换能器组合,可同时获得高、低频声呐图像,能清晰地呈现海底地貌及海床下一定深度的目标。鉴于此,合成孔径声呐探测能用于水下军事目标、海底地形测量和水下考古等探测和目标识别,在海底管线路由调查及泥下小目标探测上也有广泛的应用前景。

10.海洋水文测量:海洋水文测量是为了解海洋水文要素分布状况和变化规律所进行的观测,观测项目随一般调查任务而定,主要观测要素包括:水深、水温、盐度、海流、泥沙、波浪、水色、透明度、海冰、海发光等。分大面观测、断面观测和连续观测三种方式,可利用卫星遥感、机载遥感、海洋浮标、岸基监测及船基测验等方法实施。海流、泥沙等水文要素观测可用于码头和航道区的选划、海洋环境评价、滩涂演变分析等需要;多要素的水文观测被广泛应用在海洋溢油调查、危险化学品污染监测、赤潮监测、海岸侵蚀调查、海洋倾倒区选划、海洋自然保护区选划、海水增养殖区监测和陆源污染物排海监测等工作中。

11.海洋地理信息系统:海洋地理信息系统是海岸带资源和海洋环境综合管理的需要,也称之为海洋地理信息系统(MGIS)或海岸带地理信息系统(CGIS)。它以海底、海面、水体、海岸带及大气的自然环境与人类活动为研究对象,对各种来源的空间数据进行处理、存储、集成、显示和管理,进而为用户提供综合制图、可视化表达、空间分析、模拟预测及决策辅助等服务,结合web技术可以实现海洋数据和相关MGIS功能的实时共享。主要可为涉海管理部门的规划、评价、监视和决策提供帮助,也能实现涉海单位的资源共享。

12.其它海洋工程测量:海洋工程测量的内容比较宽泛,既有单一属性要素测量,又有多要素综合测量,可涵盖海洋测绘的所有内容,其特点是围绕具体的海洋工程开展。近年来随着海洋工程方式的变化,工程技术也有了新的拓展。如港珠澳大桥工程海底隧道段中的管节精确安放、韩国“世越号”沉船打捞、海上风电场等新能源的开发、大洋科考和海底资源探测等。近年来,水下声学定位、三维声呐和水下激光扫描仪用于水工建筑物检测、智能水下机器人搭载多波束水深测量、水面无人船巡检和水下潜器定姿等新技术不断涌现,以应对人们在海洋工程建设及海洋资源调查等方面出现的新挑战。


来源:武汉大学测绘学院

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