《中国石油大学》海洋测绘复习重点

中国石油大学（华东）《海洋测绘》复习海湾海湾是指洋或海延伸进入大陆部分的水域。其深度逐渐减小。海湾中海水的性质与其相近的洋或海中水的状况相似。海峡是指海洋中相邻海区之间宽度较窄的水道。海峡地区海洋状况的最大特点是潮流速度很大。海岸:是陆地与海洋相互作用、相互交界的地带海岸带海陆交互的地带，其外界应在15—20米等深浅一带，这里既是波浪、潮流对海底作用有明显影响的范围，也是人们活动频繁的区域。海岸带的内界，海岸部分为特大潮汐（包括风暴潮）影响的范围。河口部分则为盐水入侵的上界海岸线：近似于平均大潮、高潮的痕迹所形成的水陆分界线。海岸线可根据海岸植物的边线、土壤、植物的颜色、湿度、硬度以及流木、水草、贝壳等冲积物来确定。在地图上，人们为了明显起见，把海洋和陆地用一条界线截然分开，并亦把这条海水和陆地相交的界线称之为“海岸线”海洋地形通常分为海岸带、大陆边缘和大洋底三个部分海岸带由海岸海滩水下岸坡大陆边缘是大陆与大洋连接的边缘地带也是是大陆与大洋之间的过渡带，通常由大陆架、大陆坡、大陆隆及海沟等组成。大陆架大陆周围被海水淹没的浅水地带，是大陆向海洋底的自然延伸。大陆坡陆架外缘陡倾的全球性巨大斜坡，其下限为坡度突然变小的地方大陆隆从大陆坡下界向大洋底缓慢倾斜的地带海沟：大陆边缘底部狭长的海底陷落带大洋底是大陆边缘之间的大洋全部部分，由大洋中脊和大洋盆地构成大洋中脊：是贯穿世界四大洋、成因相同、特征相似的巨大海底山脉系列大洋盆地：大洋中脊和大陆边缘之间的宽广洋底。海洋能海潮的涨落、潮流和由风引起的波浪中都蕴藏着巨大的能量内海：亦称内水，指领海基线以内的水域。领海：为沿海国的主权及于其陆地领土及其内水以外邻接的一带海域，在群岛国情形下则及于群岛水域以外邻接的一带海域。毗连区：为一种毗连国家领海并在领海外一定宽度的、供沿海国行使关于海关、财政、卫生和移民等方面管制权的一个特定区域。大陆专属经济区：为领海以外并邻接领海，介于领海与公海之间，具有特定法律制度的国家管辖水域大陆架：指沿海国陆地向海的自然延伸部分，又称陆架、陆棚、大陆棚。公海：指沿海国内水、领海、专属经济区和群岛国的群岛水域以外不受任何国家主权管辖和支配的全部海域。国际海底区域：国家管辖海域范围以外的海底、洋底及其底土。海洋测绘是海洋测量和海图绘制的总称，是一门对海洋表面及海底的形状和性质参数进行准确测定和描述的科学；其任务是对海洋及其邻近陆地和江河湖泊进行测量和调查，获取海洋基础地理信息，编制各种海图和航海资料，为航海、国防建设、海洋开发和海洋研究服务。海洋测绘的主要内容有：海洋大地测量、水深测量海洋工程测量海底地形测量障碍物探测水文要素调查海洋重力测量磁力测量海洋专题测量和海区资料调查各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版，海洋地理信息的分析、处理及应用。根据不同的工作内容，可将海洋测量分成如下8种：海洋重力测量；海洋磁力测量；海水面的测定大地控制与海底控制测量；定位；测深；海底地形测量及地貌、地质探测海图编制海洋地理信息。现代海洋测绘与已有海洋测绘相比，其特色主要体现在：①测绘内容更加广泛。突出了如海洋水文要素调查、海底地貌调查以及海水中声速测量等与海洋测绘关系密切的、以及与其它学科存在交叉的内容；同时，电子海图和海洋地理信息系统也成为了现代海洋测绘研究的重要内容。②采用的技术手段更加先进主要表现为在继承传统测量方法和手段的基础上，更加突出现代“立体”海洋测绘的概念，即卫星定位技术、卫星遥感技术、机载激光测深技术、多波束测量技术、高精度测深侧扫声纳技术和基于AUV/ROV等水下载体的水下测绘技术和手段。海洋测绘的特点1垂直坐标和平面位置同步测定2海底控制点的距离相隔较远；3动态测量，精度也相对较低4采用声波作为信号源，声速受海水温度、盐度和深度是影响。5测深并进行测深改正6无法进行重复观测，须同步观测海洋测绘任务科学性任务一是为研究地球形状提供更多的数据资料。二是为研究海底地质的构造运动提供必要的资料。三是为海洋环境研究工作提供测绘保障。实用性任务关于海洋测量的实用性任务，主要指的是对各种不同的海洋开发工程，提供它们所需要的海洋测量服务工作。第二章海洋大地控制网海洋大地测量控制网是陆上大地网向海域的扩展。海洋大地测量控制网主要由海底控制点、海面控制点（如固定浮标）以及海岸或岛屿上的大地控制点相连而组成。海面控制网主要包括以固定浮标为控制点的控制网、海岸控制网、岛屿控制网以及岛屿—陆地控制网。海底控制点的结构，通常由固设于海底的中心标石和水声照准标志两部份组成。水声照准标志分主动式和被动式两种。所谓主动式水声照准标志，实际上是一种水声声标。它能主动发射出强度足以保证测量船上的水声设备能在其有效作用距离内接收到该信号；或者当接收到船台发射出的询问声信号后，能转发应答声信号被船台接收。具有这样两种功能的水声声标，我们称为主动式水声照准标志。作为海底控制点照准标志的水声应答器，通常由换能器、电子系统（包括电源）、锚以及浮标等组成以自身表面反射来自船上水声设备所发射的声信号再被船台接收，这种水声照准标志称为被动式照准标志目标强度离目标（如被动式照准标志）1m处，从目标反射回的反射信号的声强和入射到目标的入射信号的声强之比取对数乘10水声声标的有效距离，即声信号的最大传播距离。这里的有效距离，指的是有效水平距离影响水声声标有效距离的因素（1）声信号的发射强度和频率；（2）声信号传播路径中噪声的掩盖作用；（3）声信号传播过程中的衰减；（4）声射线的折射特性。海底控制点（网）坐标的测定一般分两步进行：第一步是海底控制点的定标；第二步是海底控制点坐标的测定。海底控制点的定标当水声声标按照布网设计方案投放到海底后，要对控制点的深度，相互间距离以及方位进行测定，这项工作称为海底控制点的定标《验证是否符合布网方案要求；得出控制点之间的相对位置（或者说控制点在局部坐标系中的位置）。》单个海底控制点坐标的测定两点交会法；最近路径点测定法；三点空间交会法；距离差法海底控制点（网）坐标的联测一般采用双三角锥法，即采用卫星定位方法测定船位，同时通过船上的水声仪器对海底控制点进行同步观测（测距），这样的观测可以通过船的移动而进行多次，然后用最小二乘方法求解船和海底控制点在统一的坐标系统中的坐标最或然值。第三者海洋水文要素观测几种主要的水文要素：海水温度、盐度、密度、海水透明度、水色、潮汐、潮流以及海洋波动。表层水温观测方法直接测量方法常用仪器：海水表面温度表、电测表面温度计及其他的测温仪器。用水桶提取海水，再用精密温度计测定水温。卫星上通常利用红外辐射温度计测定海洋水温；在海洋浮标上一般装有自记测温仪器，记录所在位置的温度。深层水温观测主要采用的仪器：常规的颠倒温度计、深度温度计、自容式温盐深自记仪器（如STD、CTD）、电子温深仪（EBT）、投弃式温深仪（XBT）等。以化学方法为基础的盐度定义：为在一千克海水中，所有碳酸盐转化为氧化物，溴、碘一氯置换，而且有机物全部氧化后所含所有固体物质的总克数。（单位是克／千克，符号S‰，又称绝对盐度）。根据海水组成恒定性原理，常用氯度来测定盐度。盐度与氯度的经验关系式为：1978年实用盐度标度：选定一种浓度为精确值的氯化钾（KCl）溶液，用海水水样相对于KCl溶液的电导比来确定盐度值。（规定KCl溶液的浓度精确值为32.4356‰）盐度的测定：1、光学测定盐度法原理：光的折射性。目前使用的仪器有：通用的阿贝折射仪、多棱镜差式折射仪、现场折射仪等。2、比重测定盐度法方法：根据国际海水状态方程，当测得海水的密度、温度和深度时，就可以反算出海水盐度。主要工具比重计。该方法一般只适用于室内，在精度要求不高的场合可直接用该法测定，如制盐场和渔业系统。3、声学测定盐度法方法：根据声速与海水盐度、温度和压力的关系，利用声速仪测得声速、并测出海水温度和深度来反算盐度电导率测定盐度法为主要测定方法。赤道地区海水密度低，向两极则逐渐增大。表层海水密度的水平分布受海流的影响较大，有海流的地方，密度的水平差异比较大。在海面，密度的分布和变化仅取决于温度和盐度。在盐度变化较小的海区，海水的密度主要决定于温度状况。在温度变化较小的海区，则主要决定于盐度的状况。海水透明度：在海洋学上，是指用直径为30cm的白色圆盘，将其垂直沉入海水中，直至刚看不见的深度，单位为米。这一深度称相对透明度。国际作出的新定义为：光线在水中传播一定距离后，其光能强度与原来光能强度之比。观测仪器：透明度仪、光度计等。水色：《海洋调查规范》中规定，透明度盘位于透明度值一半的水层时，透明度盘上方所呈现的海水颜色称为水色。水色观测方法：观测完透明度后，将透明度盘提升到透明度值一半的水层，根据透明度盘上方所呈现的海水颜色，在水色计中找出与之相似的色级号码，即为该次观测的水色。海洋潮汐：海水受到月球和太阳的吸引力作用，产生一种规律性的升降运动，这种海面升降现象叫做海洋潮汐。产生潮汐现象的主要原因：地球上各点距离月球和太阳的相对位置不同。日不等现象：通过长时间的水位观测，可以从其记录曲线上看出，每日的潮差是不等的，这种现象成为潮汐日不等现象产生原因：太阳、月球、地球之间的相对位置的不同2、潮汐类型正规半日潮：一个太阴日（约24小时50分）内，有两次高潮和两次低潮，相邻的高低潮之间的潮差几乎相等，此类潮汐称为正规半日潮。不正规半日潮：一个太阴日内，也有两次高潮和两次低潮，但相邻的高低潮之间的潮差不等，涨落潮时间也不等，且是变化的。不正规日潮：一个朔望月内出现的一日一次高潮和一次低潮的日潮类型。正规日潮：一个朔望月内大多数天是日潮的性质，少数天发生不正规半日潮。风暴潮：指由于强烈的大气扰动，加强风和气压骤变所招致的海面异常升高现象风暴潮的一个共同特征：它们都以某种方式依赖于共振现象。潮汐观测通常称为水位观测，又称验潮，其目的是为了了解当地的潮汐性质，利用所获得的潮汐观测资料，来计算该地区的潮汐调和常数、平均海水面、深度基准面、潮汐预报以及提供测量不同时刻的水位改正数等，提供给有关部门使用。传统的潮汐观测方法1．水尺验潮：水尺上面标有一定的度量刻度，一般最小刻度为cm，长度大约3~5m，一般将其固定在码头壁、岩壁或海滩上，利用人工在任意时刻读取水位数据的。2.井式自记验潮仪。主要结构：验潮井、浮筒、记录装置工作原理：通过在水面上随井内水面起伏的浮筒带动上面的记录滚筒转动，使得记录针在装有记录纸的记录滚筒上画线，来记录水面的变化情况，达到自动记录潮位的目的。3．超声波潮汐计。主要组成部分：探头、声管、计算机基本工作原理：通过固定在水位计顶端的声学换能器向下发射声信号，信号遇到声管的校准孔和水面分别产生回波，同时记录发射接收的时间差，进而求得水面高度。特点是使用方便，工作量小，滤波性能良好，适用测量4．压力式验潮仪压力式验潮仪按照结构可以分为机械式水压验潮仪和电子式水压验潮仪。机械式水压验潮仪主要组成：水压钟、橡皮管、U型水银管和自动记录装置组成。基本原理：通过测量水下或与海水相联系的水面以上某一界面上由于海面变化引起的压力变化来测量水位。电子式水压验潮仪主要组成：水下机、水上机、电缆、数据链等基本原理与机械式雷同，不同之处在于利用压力传感器代替水压钟和U型管，又利用数字电子技术将压力变化转换成水位变化，从而达到水位观测的目的。特点：安装方便，精度高，携带方便，从观测数据到数据处理可以自动化计算机处理，高效率，滤波性能良好，还可以做近距离遥控。现代潮汐观测方法船载（浮球）GPS验潮原理基本原理：均采用载波相位差分技术作为定位基础，利用大地高反算潮位。为了消除上述验潮方法中存在的波浪对潮位观测数据的影响，常用波浪滤除方法——姿态补偿和门限滤波。（1）姿态补偿。波浪是引起船姿变化的一个主要因素，船姿作用下GPS-2天线相位中心到船体吃水面的垂距发生瞬时改变，该变化量即为船姿对水位测量的补偿量，设p、r为纵摇和横摇，则船姿对水位的补偿量为：（2）门限滤波由于波浪的涌动，船体被抬高或降