海洋测绘

注册测绘师-海洋测绘张建军第一章海洋测绘基础第二章海洋测量第三章海图制图a第一章海洋测绘基础一、基本概念：海洋测量和海图绘制的总称为海洋测绘1、海洋测绘特点：实时性；海底地形地貌的不可视性；测量基准的变化性（基准具有区域性）；测量内容综合性（同时用多种手段实施）；但海图制作和陆地相似。2、海洋测绘任务l）科学性任务。包括：①为研究地球形状提供更多的数据资料；②为研究海底地质的构造运动提供必要的资料；③为海洋环境研究工作提供测绘保障。2）实用性任务。包括：①海洋自然资源的勘探和离岸工程；②航运、救援与航道；③近岸工程；④渔业捕捞；⑤其他海底工程。a第一章海洋测绘基础二、海洋测绘基准：其他基准和陆地一致，但深度基准采用理论最低潮面，并与国家高程基准联测。三、海洋测绘的方法1、海洋定位：卫星定位是目前海上定位的主要手段。通过卫星定位系统实时获得海上目标的运动位置状态，从而进行各种各样的后继工作。此外，还有天文和光学定位、无线电定位和水深定位2、验潮：用水尺或自动验潮仪获取平均海水面和深度基准面及实时水位改正；3、测深：用测深杆（5m）、测深锤（10-20m）、回声测深仪（声纳）、机载激光测深系统测量海洋深度。a第一章海洋测绘基础三、海洋测绘的方法4、海图：是以海洋和相邻陆地为描绘对像的地图；是为适应航海的需要而绘制的一种地图，标绘了航海所需要的资料，如岸形、岛屿、礁石、浅滩、水深、底质、水流资料以及助航设施等。海图可用于船舶航行前拟定计划航线、制定航行计划；航行中可用于航迹推算、定位与导航。（1）海图要素：1）数学要素数学要素是建立海图空间模型的数学基础，包括海图投影及与之有关的坐标系、基准面、比例尺及大地控制网。与海图数学基础有关的内容，如图廓，方位圈、图幅内的图形配置也属海图的数学要素。a第一章海洋测绘基础三、海洋测绘的方法4、海图：（1）海图要素：2）地理（图形）要素：海图地理要素是借助专门制定的海图符号系统和注记来表达的。地理要素分为海域要素和陆地要素两类。3）辅助要素：辅助读图和用图的说明或工具集（图例）a第一章海洋测绘基础三、海洋测绘的方法4、海图（2）海图种类：按用途可分为通用海图、专用海图和航海图3大类；按内容可分为普通海图、专题海图和航海图3大类；按照存储形式可分为纸质海图和电子海图。1）通用海图将具有“多方面用途”的海图划为一大类产即通用海图。特点要求海图必须全面描绘各种自然要素和社会经济要素，即所表现的主题内容各要素具有普遍性。通用海图按用途还可分为海底地势图和海底地形图两种。2）专用海图专用海图所包含的种类仍然比较庞杂，可大致划分为部门专用图和海洋环境图两类。a第一章海洋测绘基础三、海洋测绘的方法4、海图（2）海图种类：3）航海图一般按航海中的不同用途分为海区总图、航海图和港湾图。海区总图供研究海区特点、制订计划、选择航线等用，只显示与此有关的海岸线、海港、岛屿、主要航行标志和障碍物以及海底地貌等要素。航行图供海上航行用，主要显示海底地貌、航行标志、航行障碍物以及与航行有关的其他要素。海湾图供进出港湾、选择驻泊锚地、研究港湾地形、进行港湾建设等用。a第一章海洋测绘基础三、海洋测绘的方法4、海图（2）海图种类：4）普通海图普通海图是全面表示海洋区域（包括毗邻陆地）空间各种自然现象和社会经济现象及其相互联系和发展的海图。普通海图内容要素的全面性使它具有用途上的普遍性。普通海图按其内容表示的详细程度（一般与比例尺密切相关），还可分为海底地势图和海底地形图两种。5）专题海图它是表示海洋区域空间的某种或多种内容要素的海图。专题图所表示的专题要素。（如海洋气象图、地质图）a第一章海洋测绘基础三、海洋测绘的方法4、海图（2）海图种类：6）电子海图电子海图是以数字形式表示的，描写海域地理信息和航海信息并借助于计算机进行数据传输、转换和显示的屏幕海图。（3）海图分幅：原则是保持制图区域、航线的相对完整。尽量减少图幅数量的自由分幅方法。一般设计为全张图，尺寸980X680mm，最大不超过1020X700mm。a第一章海洋测绘基础三、海洋测绘的方法4、海图（4）海图制作的数学基础（坐标系、投影、比例尺）我国采用2000系，国际采用WGS-84。航海图采用墨卡托投影（投影后具有等角航线为直线特性）选择制图区域中央纬度为基准纬度，对于1：2万以上大比例尺图可采用高斯投影，高纬度（75°）采用日晷（gui）投影。a第二章海洋测量一、技术设计测量目的内容；确定图幅及比例尺；测量仪器及方法；技术保证措施；技术设计书。二、控制测量（平面和高程，和国家大地点连接）1、深度基准面的确定与传递（1）深度基准面确定保证航行安全，我国56年前采用略最低低潮面作为深度基准。56年后采用理论最低潮面，以深度基准面为基准的海底深度为：D(x，y）=h(x，y，t）-T(x，y，t)；h为瞬时测深值；T为瞬时潮位高度值（瞬时海面与深度基准之差，由验潮站观测获得）。（2）深度基准面计算与传递长期验潮站深度基准面可沿用已有的深度基准或利用1年以上水位观测资料取13个主要分朝用佛拉基米尔法计算a第二章海洋测量二、控制测量（平面和高程，和国家大地点连接）1、深度基准面的确定与传递（2）深度基准面计算与传递短期验潮站和临时验潮站深度基准面可用几何水准、潮差比法、最小二乘拟合、四个主分潮与L比值法，由相邻长期验潮站或具有深度基准的短期验潮站传算。三、海洋测量定位1、光学定位（前方、侧方、后方交会和极坐标法定位）2、无线电定位（距离或距离差定位）（1）圆-圆（两距离法）定位，2个已知点（2）双曲线（距离差法）定位需3个已知点3、卫星定位4、水深定位（已知点声标在水下，通过声纳距离交会）三、海洋测量定位海洋测量控制点：海控一级点：H1海控二级点：H2测图点：HC海控点分布以满足水深测量和海岸地形测量为原则第二章海洋测量平面控制基本要求和投影分带规定测图比例尺（S）最低控制基础直接用于测量投影S＞1：5000国家四等点H1高斯（1.5°带）1：5000≥S＞1：1万H1H2高斯（3°带）S≤1：1万H2HC高斯（6°带）S≤1：5万----墨卡托第二章海洋测量三、海洋测量定位海洋测量控制点精度指标限差项目H1H2HC测角中误差/(″)±5±10±10相对相邻起算点的点位中误差/m±0.2±0.5--测距相对中误差1/500001/250001/25000第二章海洋测量三、海洋测量定位a第二章海洋测量四、水文观测（海水温度、盐度、密度、潮汐、潮流等）1、潮汐观测白天涨落为潮；夜间为夕。观测手段水尺验潮井式验潮超声波验潮压力式验潮GPS潮位观测卫星遥感潮位观测a第二章海洋测量四、水文观测（海水温度、盐度、密度、潮汐、潮流等）1、潮汐观测潮汐调和分析目的：计算分潮调和常数，以研究海平面变化、用于计算理论最低潮面、天文最高和最低潮面等。潮汐调和分析过程：将潮位变化看作是许多分潮余弦振动之和（周期性变化），根据最小二乘或波谱分析原理由实测数据计算出各分潮平均振幅和迟角的过程。短期潮汐调和分析中期潮汐调和分析长期潮汐调和分析a第二章海洋测量四、水文观测（海水温度、盐度、密度、潮汐、潮流等）2、声速观测目的：对测深数据进行声速改正；1）影响海洋中声波传播速度的因素海水温度；海水盐度；压强（深度）其中温度的变化对声速的影响最大。2）实际测定的影响值影响因素变化量变化值（近似）温度±1°C±0.35%盐度±1‰±1.14m/s深度±100m±1.75m/sa第二章海洋测量四、水文观测（海水温度、盐度、密度、潮汐、潮流等）2、声速观测声速在海水中的传播特性1）声波穿过不同的水层产生折射和反射现象，且服从折反射定律。2）改变声音在海水中传播的最重要的一个现象是折射，它是由于海水温度，盐度，压力不均匀造成的空间变化引起的。a第二章海洋测量四、水文观测（海水温度、盐度、密度、潮汐、潮流等）2、声速观测海洋声速测量1）海水声速是温度、盐度和压力的函数。因此只要测出海水的水温、盐度和压力，就可以根据经验公式算出海水中的声速了。2)威尔逊（Wilson）公式:温度t、盐度S和压力这三个基本量可以在海洋观测中测量出来。0.017h+35)-0.010t)(S-(1.34+0.00029t0.055t-4.6t+1449.2C32a第二章海洋测量四、水文观测（海水温度、盐度、密度、潮汐、潮流等）3、潮流观测（1）潮流现象1）海水受月球和太阳的作用产生周期性运动，其中垂直运动称为潮汐；水平流动称为潮流。2）根据潮流流向划分：涨潮流：由外海经内海向港湾流动；落潮流：由港湾流向外海；转流：涨潮流与落潮流转化时流速为零。3）根据潮流流向的变化划分：往复式潮流：涨潮流与落潮流流向相差180°，且流速有变化；回转式潮流：潮流方向和速度，随时间不断变化。a第二章海洋测量四、水文观测（海水温度、盐度、密度、潮汐、潮流等）3、潮流观测（2）潮流观测1）验流点（观测地点）：锚地；港口和航道入口及转弯处、水道或因地形条件影响流向流速改变的地段，流速流向仪、声学多普勒流速剖面仪。2）观测内容：流速；流向。3）观测依据的规范《海道测量规范》（GB12327-1998)《海港水文规范》（JTJ213-98）a第二章海洋测量五、水深测量海洋测深的本质：确定海底表面至某一基准面的差距。水深测量主要方法：单波速测深、多波速测深、机载激光测深水深测量主要工作流程：水深数据采集、处理、成果质量检查、水深图制作与输出1单波速测深2多波速测深3机载激光测深4测线布设5水深改正与精度要求a第二章海洋测量五、水深测量水深测量原理回声测深法测深原理：tcDm21a第二章海洋测量五、水深测量水深测量方法单波束测深系统多波束测深系统高分辨率测深侧扫声纳水下机器人测量激光测深a第二章海洋测量五、水深测量1单波束测深一般垂直安装在测量船两侧或船底在船底安装发射超声波的换能器(transducer)A和接收反射回波的换能器B，水深：H=D+h；h：船底到海底的垂直距离；D：船舶吃水。a第二章海洋测量五、水深测量1单波束测深为了求得实际正确的水深而对回声测深仪实测的深度数据施加的改正数称为回声测深仪总改正数目前采用综合处理求取总改正对测量深度进行改正1）校对法求取总改正数：利用校准工具，如带有刻度电缆的水听器（水下传声器），求出ΔZ。适用于小于20米的水深测量2）水文资料法求取总改正数利用实测水层温度、盐度、深度，采用相应的公式求取各改正数，最后求取测深仪总改正数。适用大于20米的水深测量，声速改正数对总改正数△H影响最大a第二章海洋测量五、水深测量2多波束测深原理：为了测定船只航线两侧的海底信息资料，一种能在测船航线左右两侧对称的有效带内全部海底地形信息的回声测深系统。a第二章海洋测量五、水深测量2多波束测深多波束测深系统换能器船姿补偿和声速校正系统导航系统处理系统数据采集和控制系统多波束测深系统探头多波束测深系统数据处理系统a第二章海洋测量五、水深测量2多波束测深多波束测深系统的特点①覆盖宽度大②测深精度高（0～30m水深，误差0.3m，大于30m，误差不超过0.5％）③性能稳定④自动化程度强⑤处理速度快⑥后处理成果丰富a第二章海洋测量五、水深测量2多波束测深多波束测深系统的主要误差多波束测深系统的主要误差有安装误差、系统误差、运动误差、声速误差、近场误差和偶然误差等①安装误差：安装多波束换能器、GPS流动站天线和运动传感器时的位置、角度不正确而产生测量误差。②系统误差：系统主要设备和辅助设备本身的误差。③运动误差：船舶航行、转向、变速和颠簸引起的测量误差。2多波束测深声速误差：水体物理性质的变化，主要是水温、盐度、浑浊度的变化造成水体密度变化而引起声波传播速度变化的误差。④近场误差：由于声波反射点距离发射源很近而产生混响，造成信号和噪音难于辨认的误差。⑤偶然误差：定位数据突然尖跳，或测深数据偶然漂移等产生的误差。第二章海洋测量五、水深测量2多波束测深多波