海洋測(cè)量技術(shù)研究進(jìn)展與展望
翟國(guó)君, 黃謨濤
海軍海洋測(cè)繪研究所, 天津 300061
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（41374018；41474012）
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之一作者簡(jiǎn)介：翟國(guó)君(1961-), 男, 博士, 教授, 博士生導(dǎo)師, 研究方向?yàn)楹Ｑ蟠蟮販y(cè)量和海底地形測(cè)量。E-mail:zhaigj@163.com
摘要：從學(xué)科研究?jī)?nèi)容拓展與交叉融合發(fā)展、海底地形測(cè)量與海岸地形測(cè)量、海洋重力測(cè)量與海洋磁力測(cè)量、海洋測(cè)量信息應(yīng)用等方面，對(duì)我國(guó)海洋測(cè)量技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和總結(jié)。主要論述了邊緣學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn)的興起、多維立體測(cè)量平臺(tái)的建立、測(cè)量設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化研制、新理論新技術(shù)新 *** 的運(yùn)用以及信息的應(yīng)用等方面。基本概括了海洋測(cè)量技術(shù)發(fā)展的全貌，并對(duì)未來(lái)的技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：海洋測(cè)繪 海洋測(cè)量 發(fā)展 綜述
The Review of Development of Marine Surveying Technology
ZHAI Guojun, HUANG Motao
Abstract: The review of marine surveying technology is made in the aspects of the mingling of discipline, bathymetry and coastal topographic surveying, marine gravity surveying and geomagnetic surveying, and the application of marine survey information. The appearance of new branch of study, the establishment of surveying platform, the development of surveying equipment, the application of new theory, new technology, new method and the surveying information are reviewed. The future development trend of marine surveying is briefly presented.
Key words: marine surveying and mapping marine surveying development review
海洋測(cè)繪作為測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)的一個(gè)分支，主要是以占地球表面積71%的海洋及陸地水域的江河湖泊為研究對(duì)象，其研究?jī)?nèi)容涉及海洋和陸地水域及其鄰近陸地與地理空間分布有關(guān)的幾何、物理、人文及隨時(shí)間變化的信息的獲取、處理、管理、表示和利用。海洋測(cè)量是海洋測(cè)繪的重要組成部分，主要包括海洋大地測(cè)量、海道測(cè)量、海底地形測(cè)量、海岸地形測(cè)量、海洋重力測(cè)量、海洋磁力測(cè)量、海洋工程測(cè)量等。隨著衛(wèi)星定位技術(shù)、遙測(cè)遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，海洋測(cè)量也發(fā)生了深刻的變革。其表現(xiàn)出的學(xué)科拓展性與交融性、信息源的融合性、數(shù)據(jù)挖掘的深刻性、應(yīng)用服務(wù)的普適性等特征都得到了充分體現(xiàn)。在測(cè)量信息的獲取和處理、測(cè)量設(shè)備的研發(fā)、新技術(shù)新 *** 的應(yīng)用等多個(gè)方面都取得了顯著的進(jìn)展。
關(guān)于海洋測(cè)量技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，在不同的時(shí)代都有專(zhuān)家進(jìn)行過(guò)研究綜述[1-5]。他們或者從測(cè)量方式、平臺(tái)使用、設(shè)備研發(fā)、數(shù)據(jù)處理，或者從機(jī)制體制、學(xué)科建設(shè)、人才培養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)等方面進(jìn)行了論述，為讀者提供了海洋測(cè)量技術(shù)發(fā)展的客觀(guān)評(píng)述。尤其是由中國(guó)測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)負(fù)責(zé)編撰的《測(cè)繪地理信息藍(lán)皮書(shū)》和《測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)科發(fā)展報(bào)告》(又稱(chēng)白皮書(shū))，更是分年度對(duì)海洋測(cè)繪的技術(shù)發(fā)展從各個(gè)方面進(jìn)行了全面的介紹和評(píng)述[6-9]。本文基于筆者的理解，結(jié)合前人的研究成果，擬對(duì)海洋測(cè)量技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)綜述，有利于讀者進(jìn)一步了解海洋測(cè)量技術(shù)的發(fā)展概貌。
1 海洋測(cè)量學(xué)科拓展與交叉融合發(fā)展
按照學(xué)科隸屬關(guān)系劃分，海洋測(cè)繪無(wú)疑屬于測(cè)繪學(xué)科，這是毋庸置疑的。海洋測(cè)繪的基礎(chǔ)理論、坐標(biāo)框架、技術(shù) *** 、應(yīng)用領(lǐng)域等和測(cè)繪學(xué)科都是一脈相承的。作為數(shù)據(jù)采集技術(shù)的海洋測(cè)量自然屬于測(cè)繪學(xué)科的地理空間信息的獲取和處理環(huán)節(jié)。然而，隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的迅速發(fā)展與推廣應(yīng)用，以及測(cè)量?jī)x器制造工藝的改進(jìn)、測(cè)量要素的多樣化、測(cè)量技術(shù)的通用化，海洋測(cè)量技術(shù)不僅學(xué)科自身的研究?jī)?nèi)容得到了較大幅度的拓展，不同學(xué)科之間的交叉融合也得到了持續(xù)的良性發(fā)展。
1.1 學(xué)科研究?jī)?nèi)容的拓展
1.1.1 從傳統(tǒng)的海道測(cè)量學(xué)到現(xiàn)代的海洋測(cè)量學(xué)
海道測(cè)量學(xué)科的發(fā)展已有一百多年的歷史，而海道測(cè)量活動(dòng)則可追溯到更為久遠(yuǎn)的歷史。隨著測(cè)量?jī)x器、測(cè)量?jī)?nèi)容和測(cè)量 *** 的變革，從20世紀(jì)以來(lái)，在海道測(cè)量學(xué)科的基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)了海洋重力測(cè)量、海洋磁力測(cè)量、海洋大地測(cè)量、海洋遙感測(cè)量等，已經(jīng)逐漸發(fā)展為海洋測(cè)量學(xué)科[10]。國(guó)際海道測(cè)量組織出版的《Hydrographic Dictionary》《IHO Standards for Hydrographic Surveys》和《Manual on Hydrography》里面所指的hydrography，其內(nèi)容還是我們平時(shí)所講的以保證航海安全為主要目的的海道測(cè)量。
1990年，國(guó)際海道測(cè)量組織出版的《海道測(cè)量詞典》(第四版)，對(duì)hydrography的定義是：專(zhuān)門(mén)以航海為應(yīng)用目的，涉及測(cè)量和描述地球表面可通航區(qū)域及其毗鄰的沿海區(qū)域自然特征的一門(mén)應(yīng)用科學(xué)。
在國(guó)內(nèi)，大家對(duì)海道測(cè)量和海洋測(cè)量的認(rèn)識(shí)也漸趨一致。一般認(rèn)為海道測(cè)量是海洋測(cè)量的組成部分。海道測(cè)量是對(duì)海洋和江河、湖泊水下地貌及其附近陸地地形所進(jìn)行的測(cè)量與調(diào)查的理論與技術(shù)。獲取的數(shù)據(jù)主要用于編制航海圖、發(fā)布航海參考資料、提供水域基礎(chǔ)地理信息，主要目的是保證船舶安全與高效率航行。比較而言，在海道測(cè)量基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的海洋測(cè)量，其內(nèi)涵要比海道測(cè)量廣得多。海洋測(cè)量是對(duì)海洋和江河、湖泊及其沿岸地帶進(jìn)行測(cè)量的理論、技術(shù)和 *** 。海洋測(cè)量按研究?jī)?nèi)容和任務(wù)可分為海洋大地測(cè)量、海道測(cè)量、海底地形測(cè)量、海岸地形測(cè)量、海洋重力測(cè)量、海洋磁力測(cè)量、海洋工程測(cè)量和海洋遙感測(cè)量等。
1.1.2 從狹義的海洋大地測(cè)量到廣義的海洋大地測(cè)量
大地測(cè)量學(xué)歷史悠久，內(nèi)容豐富，是研究和確定地球的形狀、大小、重力場(chǎng)、整體與局部運(yùn)動(dòng)和地球表面點(diǎn)的幾何位置以及它們的變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。而海洋大地測(cè)量作為陸地大地測(cè)量在海洋區(qū)域的擴(kuò)展，其研究?jī)?nèi)容不再局限于狹義的建立海洋大地控制網(wǎng)(點(diǎn))，測(cè)定平均海面、海面地形和大地水準(zhǔn)面等，而是漸漸融入了更多的陸地大地測(cè)量的研究?jī)?nèi)容。在陸地上，大地測(cè)量包括橢球面大地測(cè)量、物理大地測(cè)量、空間大地測(cè)量、衛(wèi)星大地測(cè)量、動(dòng)力大地測(cè)量、行星大地測(cè)量等。在海洋上，除了傳統(tǒng)的海洋大地測(cè)量研究的內(nèi)容外，隨著海洋重力測(cè)量手段的多樣化、垂直基準(zhǔn)的建立，建立海洋大地控制網(wǎng) *** 的發(fā)展以及海底長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)網(wǎng)的建立等，同樣包括了物理大地測(cè)量、空間大地測(cè)量、動(dòng)力大地測(cè)量的研究?jī)?nèi)容。這些內(nèi)容已經(jīng)超出狹義的海洋大地測(cè)量所包含的范圍，漸漸發(fā)展為廣義的海洋大地測(cè)量。
1.2 學(xué)科交叉融合發(fā)展
1.2.1 海洋測(cè)量與海洋調(diào)查
海洋測(cè)量與海洋調(diào)查雖然分屬于不同的學(xué)科，但在儀器設(shè)備、測(cè)量要素、作業(yè) *** 、數(shù)據(jù)處理和成果應(yīng)用等方面，有著許多的共同點(diǎn)。尤其在海底地形測(cè)量、海底底質(zhì)探測(cè)和海洋重磁測(cè)量等方面，技術(shù) *** 、測(cè)量要素、數(shù)據(jù)處理和成果形式等趨同性很強(qiáng)，體現(xiàn)了兩個(gè)學(xué)科之間的交融性正在增強(qiáng)。當(dāng)然，盡管有著這種學(xué)科交叉的特點(diǎn)，但兩者的區(qū)別還是明顯的。
海洋測(cè)量主要是對(duì)海洋地理空間要素的測(cè)量和處理，對(duì)海洋化學(xué)、海洋生物、海洋光學(xué)等不進(jìn)行調(diào)查。海底地形測(cè)量比例尺范圍為1：2000~1：50萬(wàn)，測(cè)量成果事關(guān)艦船航行安全，測(cè)量精確度和精密程度要求較高。海洋重磁測(cè)量成果主要用于海洋測(cè)量基準(zhǔn)確定和軍事保障目的，因此對(duì)測(cè)量成果的精細(xì)度和可靠性精度更高。
海洋調(diào)查主要是對(duì)海洋環(huán)境要素進(jìn)行調(diào)查，不涉及海岸地形測(cè)量、沿岸水深測(cè)量、海洋大地測(cè)量等內(nèi)容。海底地形調(diào)查比例尺范圍為1：10萬(wàn)~1：100萬(wàn)，調(diào)查成果主要服務(wù)于海洋資源勘查和海洋科學(xué)研究，只為編制艦船航行圖件提供參考信息，調(diào)查精確度和精細(xì)程度要求相對(duì)較低。同樣，海洋重磁調(diào)查成果也主要服務(wù)于海洋資源勘查和海洋科學(xué)研究，只為確定海洋測(cè)量基準(zhǔn)和保障軍事應(yīng)用提供參考信息，因此要求的調(diào)查精度較低[11-13]。
1.2.2 海洋測(cè)量與海洋地質(zhì)調(diào)查
海洋地質(zhì)調(diào)查本身就具有兩個(gè)學(xué)科交融的特點(diǎn)，其既有海洋學(xué)科的特點(diǎn)，又有地質(zhì)學(xué)的特點(diǎn)。海洋測(cè)量過(guò)去僅對(duì)水深在100 m以?xún)?nèi)的海區(qū)進(jìn)行海底表層底質(zhì)探測(cè)。隨著海洋測(cè)量成果應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，海洋測(cè)量的探測(cè)要素不再局限于海底底質(zhì)，而是向海底地質(zhì)調(diào)查的內(nèi)容靠近。所用的儀器設(shè)備、作業(yè) *** 和探測(cè)要素基本相同，但由于應(yīng)用目的不同，海洋測(cè)量對(duì)樣品的分析和底質(zhì)分類(lèi)的精細(xì)程度要求較低。
1.2.3 海洋測(cè)量與海洋聲學(xué)調(diào)查
聲波在海水中的傳播路徑和速度直接影響著海底地形地貌的測(cè)量精度。為了保證多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)海底地形地貌的探測(cè)精度，測(cè)量期間必須在測(cè)區(qū)布設(shè)若干聲速剖面，以便對(duì)聲線(xiàn)彎曲進(jìn)行跟蹤改正，提高海底地形地貌的探測(cè)精度。隨著中遠(yuǎn)海綜合測(cè)量調(diào)查船的建造，為了充分利用測(cè)量船上搭載的聲速測(cè)量設(shè)備，實(shí)施海洋測(cè)量時(shí)已經(jīng)更多地兼顧了海洋聲學(xué)調(diào)查的需要，使得海洋測(cè)量和海洋聲學(xué)調(diào)查在儀器設(shè)備、作業(yè) *** 、測(cè)量要素、成果應(yīng)用等方面達(dá)到了更多的交融和協(xié)調(diào)發(fā)展。
2 海底地形與海岸地形測(cè)量技術(shù)的進(jìn)展
海底地形測(cè)量是海洋測(cè)量最為核心更具特色的信息獲取技術(shù)。目前多波束全覆蓋測(cè)深技術(shù)已經(jīng)成為海洋測(cè)量的常規(guī)技術(shù)，點(diǎn)線(xiàn)測(cè)量模式已經(jīng)發(fā)展為面狀的全覆蓋測(cè)量模式。目前在海底地形與海岸地形測(cè)量方面，其研究進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1-9, 14-17]：
(1) 海底地形地貌立體測(cè)量體系基本形成。采用船載方式實(shí)施海洋測(cè)量一直是海洋地理空間信息獲取的主要方式。傳統(tǒng)的點(diǎn)線(xiàn)式海底地形測(cè)量模式已發(fā)展成面狀的全覆蓋作業(yè)模式。隨著機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)的應(yīng)用，這種高精度高效率的機(jī)載水深測(cè)量作業(yè)方式在淺于50 m的水域已成為多波束水深測(cè)量手段的重要補(bǔ)充。利用大量的衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)可以在全球海域結(jié)合船載水深測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)海底地形地貌進(jìn)行反演，相對(duì)精度可優(yōu)于反演水深的7%。可見(jiàn)光遙感和微波遙感也是水深反演的一種手段。航空攝影和遙感技術(shù)作為傳統(tǒng)的實(shí)地測(cè)量的補(bǔ)充已成為海岸帶地形測(cè)量的常規(guī)手段。水下隱蔽式測(cè)量手段正在建設(shè)中。船載和機(jī)載的水陸一體化測(cè)量技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用。這些航天、航空、地面、水面、水下五位一體的測(cè)量手段標(biāo)志著全要素多平臺(tái)的海洋測(cè)量體系已初步形成。
(2) 水陸一體化測(cè)量技術(shù)得到應(yīng)用。海底地形測(cè)量和海岸地形測(cè)量在傳統(tǒng)的海洋測(cè)量中是分開(kāi)實(shí)施的。前者采用船載方式實(shí)施，后者采用人工實(shí)地測(cè)量或攝影遙感的方式實(shí)施。隨著激光三維掃描儀的出現(xiàn)，利用船載方式，通過(guò)搭載多波束測(cè)深儀(或單波束測(cè)深儀)、GNSS接收機(jī)、激光三維掃描儀、姿態(tài)傳感器等設(shè)備，就可以在岸線(xiàn)附近同時(shí)實(shí)施海底地形測(cè)量和海岸地形測(cè)量，實(shí)現(xiàn)水陸一體化無(wú)縫測(cè)量。同樣，利用具有海岸地形測(cè)量功能的機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)岸線(xiàn)附近的水陸一體化無(wú)縫測(cè)量，目前該技術(shù)已經(jīng)成熟。國(guó)產(chǎn)的機(jī)載測(cè)深激光雷達(dá)在國(guó)家科技部重大儀器專(zhuān)項(xiàng)的支持下年內(nèi)即可問(wèn)世。利用氣墊船開(kāi)展大面積淺灘地形測(cè)量的試驗(yàn)取得了較好的成果，這對(duì)于船只因吃水問(wèn)題無(wú)法駛?cè)牒蜑┩棵娣e大而人工實(shí)測(cè)困難的大面積灘涂地區(qū)的地形測(cè)量無(wú)疑提供了一種有效的解決途徑。
(3) 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的淺水多波束測(cè)深系統(tǒng)已經(jīng)研制成功。多年來(lái)，無(wú)論是深水還是淺水多波束測(cè)深系統(tǒng)一直依賴(lài)于引進(jìn)，嚴(yán)重制約了沿岸水深的全覆蓋測(cè)量和內(nèi)陸水域的全覆蓋測(cè)量。目前，淺水多波束測(cè)深技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)突破，采用多脈沖發(fā)射技術(shù)和雙條幅檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高密度信號(hào)的采集和處理。采用Dolph-Tchebyshev屏蔽技術(shù)，減少了垂直航跡方向的旁瓣效應(yīng)。其產(chǎn)品已推廣應(yīng)用。深水多波束測(cè)深系統(tǒng)、側(cè)掃聲吶和淺底層剖面儀正在研制中。
(4) GNSS無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，被廣泛應(yīng)用于沿岸水深測(cè)量當(dāng)中。一是有效提高了測(cè)量的作業(yè)效率，減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；二是有效削弱了波浪和潮汐誤差的影響，提高了測(cè)量成果精度。GNSS無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量的定位 *** 也已由初期的GNSS RTK發(fā)展到現(xiàn)在的精密單點(diǎn)定位(ppp)，大大拓展了差分定位的作用距離，使得遠(yuǎn)離海岸的GNSS無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量成為可能。
(5) 海底地形反演 *** 取得進(jìn)展。除了利用單波束測(cè)深儀、多波束測(cè)深系統(tǒng)和機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)實(shí)施海底地形測(cè)量外，利用衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)反演大尺度海底地形也是海洋測(cè)量領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。其反演 *** 除了傳統(tǒng)的匹配濾波法和線(xiàn)性回歸法，國(guó)內(nèi)學(xué)者又改進(jìn)和發(fā)展了新的反演 *** 。其中基于地殼密度差的重力地質(zhì)法更加適宜于利用衛(wèi)星測(cè)高重力異常反演海底地形。其將重力異常劃分為長(zhǎng)波參考場(chǎng)和短波殘差場(chǎng)，前者由已知海水深度和重力異常的控制點(diǎn)計(jì)算，后者在待求點(diǎn)上用重力異常減去長(zhǎng)波重力異常得到短波分量，然后根據(jù)短波分量來(lái)反演海水的深度。這種 *** 能夠獲得比ETOPO1模型更高的精度。
(6) 海底地形產(chǎn)品更加多樣化。海洋測(cè)量成果的主要產(chǎn)品形式一直以紙質(zhì)航海圖為主，兼有航海書(shū)表等產(chǎn)品。海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、國(guó)防建設(shè)和科學(xué)研究的需要促進(jìn)了海底地形產(chǎn)品的多樣化、服務(wù)保障的 *** 化、覆蓋區(qū)域的全球化。海底地形測(cè)量成果除了用于編制出版紙質(zhì)航海圖外，還用于編制出版各種格式的數(shù)字航海圖以及數(shù)字海底地形模型DEM(或者數(shù)字水深模型DDM)。通過(guò)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、增刪部分要素或者與其他相關(guān)的要素疊加，編制出版不同用途的專(zhuān)題海圖(海底地形圖、海底地質(zhì)圖等)。
(7) 綜合航空攝影測(cè)量和潮位推算來(lái)確定海岸線(xiàn)位置的 *** 已在海岸地形測(cè)量中得到應(yīng)用。海岸線(xiàn)的位置作為海洋測(cè)量要素的重要組成部分，《海道測(cè)量規(guī)范》規(guī)定：“海岸線(xiàn)以平均大潮 *** 時(shí)所形成的實(shí)際痕跡進(jìn)行測(cè)繪。海岸線(xiàn)應(yīng)進(jìn)行實(shí)測(cè)”。但在痕跡不明顯或者困難地區(qū)，實(shí)地測(cè)量也會(huì)存在很多差異。因此，應(yīng)用航空攝影測(cè)量和潮位推算來(lái)確定海岸線(xiàn)位置的 *** 不失為一種可行的 *** ，且已經(jīng)在國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)中得到應(yīng)用。然而，在日潮特征海域，現(xiàn)有海岸線(xiàn)定義中的多年平均大潮 *** 面是沒(méi)有實(shí)際意義的，國(guó)內(nèi)有學(xué)者提出了在日潮特征海域，應(yīng)該用回歸潮平均高 *** 位來(lái)取代多年平均大潮 *** 面來(lái)確定海岸線(xiàn)的位置[14, 16-17]。
(8) 多波束測(cè)深數(shù)據(jù)處理更加精細(xì)化。主要表現(xiàn)為：聲線(xiàn)彎曲改正 *** 不斷改進(jìn)，一是提高了聲線(xiàn)彎曲改正的精度，二是提高了聲速剖面的代表性。為了對(duì)聲速傳播的路徑和速度大小進(jìn)行跟蹤，先后出現(xiàn)了常聲速聲線(xiàn)跟蹤法、常梯度聲線(xiàn)跟蹤法、聲線(xiàn)跟蹤誤差修正法和等效聲速剖面法。為了將實(shí)測(cè)聲速剖面和經(jīng)驗(yàn)聲速剖面相結(jié)合，又提出了經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)法。為了實(shí)現(xiàn)相鄰條帶的拼接，削弱“哭臉”與“笑臉”現(xiàn)象，除了簡(jiǎn)單的取平均法、人工調(diào)差法、兩步平差法，國(guó)內(nèi)學(xué)者還提出了以中央波束為控制條件的條帶拼接 *** ，取得了較好的效果。在異常數(shù)據(jù)探測(cè)方面，主要采用人機(jī)交互式編輯和自動(dòng)編輯的 *** ，前者是人工對(duì)每一ping的數(shù)據(jù)或者對(duì)海底三維立體模型數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，以發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。后者是利用加權(quán)平均、統(tǒng)計(jì)分析、中值濾波、抗差估計(jì)、趨勢(shì)面濾波、CUBE濾波等數(shù)學(xué) *** 發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，或者直接刪除(用于建立DEM時(shí))，或者再由人工予以確認(rèn)(用于出版海圖時(shí))，以免出現(xiàn)納偽或棄真的現(xiàn)象。
3 海洋重力與磁力測(cè)量技術(shù)的進(jìn)展
海洋重力和磁力測(cè)量方面的進(jìn)展主要體現(xiàn)在：重磁力測(cè)量信息采集平臺(tái)逐步實(shí)現(xiàn)多樣化，海洋重力和磁力測(cè)量?jī)x器研制國(guó)產(chǎn)化取得成效，數(shù)據(jù)融合處理和誤差處理更加精細(xì)化，應(yīng)用領(lǐng)域得到有效拓展[18-23]。
(1) 航空重力測(cè)量和海底重力測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速。船載海洋重力測(cè)量方式一直是實(shí)施海洋重力測(cè)量的主要作業(yè)模式，但隨著海洋航空測(cè)量體系的構(gòu)建，航空重力測(cè)量模式成為船載重力測(cè)量的重要補(bǔ)充，尤其在近岸海域，航空重力測(cè)量是最有效的獲取重力場(chǎng)信息的手段。同時(shí)，國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)的實(shí)施又為海底重力測(cè)量提供了發(fā)展契機(jī)。不久的將來(lái)，將會(huì)在一些局部海域開(kāi)展一定數(shù)量的海底重力測(cè)量，作為基準(zhǔn)比對(duì)和研究之用。
(2) 重力測(cè)量?jī)x器的研制已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的捷聯(lián)式航空重力儀和海洋重力儀、三軸平臺(tái)式航空重力儀和海洋重力儀的研制均已取得突破性進(jìn)展，并進(jìn)行了航空重力測(cè)量試驗(yàn)和船載重力測(cè)量試驗(yàn)，其測(cè)量精度可與國(guó)外同類(lèi)重力儀相媲美。
(3) 重力場(chǎng)向下延拓 *** 研究取得進(jìn)展。應(yīng)用航空重力測(cè)量技術(shù)獲取海洋區(qū)域的地球重力場(chǎng)已經(jīng)成為海洋重力測(cè)量的重要 *** 。由于海洋區(qū)域的特殊性，其數(shù)據(jù)處理 *** 有著區(qū)別于陸地區(qū)域航空重力測(cè)量的特點(diǎn)。重力場(chǎng)向下延拓除了傳統(tǒng)經(jīng)常采用的迭代求解法、最小二乘配置法、梯度法、正則化 *** 外，我國(guó)學(xué)者提出的基于高階重力位模型或者衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)的海域重力場(chǎng)向下延拓 *** ，無(wú)論是計(jì)算的穩(wěn)定性，還是延拓精度都取得了很好的效果[18]。
(4) 海洋重力測(cè)量誤差處理更加精細(xì)化。海洋重力測(cè)量系統(tǒng)誤差處理 *** 已經(jīng)成熟，可應(yīng)用整體網(wǎng)平差法或者兩步處理法來(lái)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)多航次不同船不同儀器的海洋重力測(cè)量，有時(shí)彼此之間會(huì)存在比較明顯的系統(tǒng)誤差。為了統(tǒng)一多航次船載重力測(cè)量數(shù)據(jù)基準(zhǔn)，基于平差思想，選取一個(gè)重力異常模型作為參考場(chǎng)，將航次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與參考場(chǎng)數(shù)據(jù)差異的平均值作為觀(guān)測(cè)量進(jìn)行分析計(jì)算，可有效統(tǒng)一多航次船載重力測(cè)量的數(shù)據(jù)基準(zhǔn)[19-20]。
(5) 磁力測(cè)量?jī)x器的研制已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光泵式海洋磁力儀已研制成功，并在海洋工程建設(shè)中得到應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)航空磁力測(cè)量?jī)x的可靠性和精度有了大幅提高，已廣泛應(yīng)用于海洋磁力測(cè)量和水下磁性目標(biāo)探測(cè)。
(6) 為了解決離岸較遠(yuǎn)海區(qū)的磁力測(cè)量，已廣泛應(yīng)用海底日變站進(jìn)行日變改正。同時(shí)，國(guó)內(nèi)對(duì)于地磁海底日變觀(guān)測(cè)儀器的研制也取得了重要進(jìn)展。在地磁偏角測(cè)量方面，為了克服個(gè)別島嶼面積小，觀(guān)測(cè)基線(xiàn)短的問(wèn)題，提出了觀(guān)測(cè)太陽(yáng)天體解決小島的磁偏角測(cè)量問(wèn)題。同時(shí)，還提出了基于陀螺經(jīng)緯儀的超短基線(xiàn)磁偏角測(cè)量 *** 。傳統(tǒng)的單探頭海洋磁力儀適用于大尺度的海洋地質(zhì)體調(diào)查，不適合水下小目標(biāo)的精細(xì)化探測(cè)作業(yè)。為了探測(cè)水下磁性小目標(biāo)，考慮到利用多探頭同步測(cè)量數(shù)據(jù)比單探頭數(shù)據(jù)具有更好的分辨率，便于對(duì)目標(biāo)的解釋和推斷，為此研制了多探頭磁力儀陣列，可較好地解決磁性小目標(biāo)的識(shí)別和定位問(wèn)題[21-23]。
4 海洋測(cè)量信息應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)展[24-30]
(1) 海底地形測(cè)量信息一直以服務(wù)于海圖編繪為主要目的，并為經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和海洋權(quán)益維護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。近年來(lái)，海底DEM的構(gòu)建成為多波束測(cè)深數(shù)據(jù)的一個(gè)重要應(yīng)用方向，與之相關(guān)的數(shù)據(jù)融合處理、不確定度評(píng)定、DEM構(gòu)建 *** 以及在不同領(lǐng)域的應(yīng)用也成為研究的熱點(diǎn)。水下潛器的定位一直是人們研究的興趣所在，除了研究基于地球物理場(chǎng)(重力場(chǎng)、地磁場(chǎng))的水下匹配導(dǎo)航外，人們也在積極探索水下地形匹配對(duì)于潛器定位的可能性。
(2) 海洋重力測(cè)量數(shù)據(jù)的主要用途之一是確定地球形狀和大小。隨著國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)的實(shí)施，海洋垂直基準(zhǔn)的確定受到格外重視，在建立近岸海陸一致垂直基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，海域范圍進(jìn)一步拓展，基準(zhǔn)精度進(jìn)一步提高。作為水下匹配導(dǎo)航的另一種數(shù)據(jù)源，人們對(duì)水下重力匹配導(dǎo)航的模型算法和模擬仿真進(jìn)行了深入的研究，在匹配區(qū)選擇、匹配算法改進(jìn)、重力場(chǎng)模型建立等方面取得了重要進(jìn)展。為了對(duì)遠(yuǎn)程戰(zhàn)略武器發(fā)射提供重力場(chǎng)保障，我國(guó)學(xué)者在重力場(chǎng)對(duì)潛地戰(zhàn)略導(dǎo)彈發(fā)射的影響分析、海洋重力場(chǎng)測(cè)量精度需求論證以及重力異常場(chǎng)賦值模式構(gòu)建研究等方面取得了創(chuàng)新成果。
(3) 海洋磁力測(cè)量數(shù)據(jù)除了用于研究地殼構(gòu)造和礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)外，在大地測(cè)量基準(zhǔn)建立、水下潛器的磁力儀探測(cè)、艦船的消磁、地磁匹配導(dǎo)航等方面的應(yīng)用研究取得了明顯進(jìn)展。
(4) 針對(duì)我國(guó)缺乏高精度海底基準(zhǔn)控制點(diǎn)，未有海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)，水下導(dǎo)航技術(shù)單調(diào)匱乏，陸海地理空間信息未形成統(tǒng)一體系的問(wèn)題，我國(guó)開(kāi)展了海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)與海洋導(dǎo)航新技術(shù)等研究，在海洋大地測(cè)量觀(guān)測(cè) *** 構(gòu)建、海陸基準(zhǔn)無(wú)縫連接、水下參考點(diǎn)建立和海洋多傳感器融合導(dǎo)航等方面取得進(jìn)展。
(5) 數(shù)字海洋地理信息基礎(chǔ)框架建設(shè)完成了我國(guó)“數(shù)字海洋”從科學(xué)概念到工程實(shí)體建設(shè)的重要一步，我國(guó)數(shù)字海洋地理信息基礎(chǔ)框架建設(shè)已取得了豐碩的成果。國(guó)家海洋局系統(tǒng)和軍方的海洋測(cè)繪部門(mén)在數(shù)字海洋建設(shè)方面先行先試，在理論 *** 、觀(guān)測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理 *** 取得了重要進(jìn)展。目前的全球空間基準(zhǔn)國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)和海洋觀(guān)測(cè)計(jì)劃，都將海底控制網(wǎng)或海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè)列位重要的建設(shè)內(nèi)容。根據(jù)服務(wù)目的的不同，這些海底觀(guān)測(cè)網(wǎng)將具有定位、測(cè)流、重力測(cè)量、磁力測(cè)量、地震監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋Ｎ磥?lái)數(shù)字海洋地理信息從技術(shù)研究、產(chǎn)品研發(fā)、系統(tǒng)建設(shè)到產(chǎn)業(yè)化的社會(huì)化應(yīng)用服務(wù)模式將不斷完善。
5 結(jié)論與展望
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，海洋測(cè)量平臺(tái)更加多樣化，以傳統(tǒng)的船載平臺(tái)為主的航天、航空、地面、水面、水下五位一體的多樣化的立體數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)體系基本建立。無(wú)人機(jī)、無(wú)人船、氣墊船等新型測(cè)量平臺(tái)得到初步應(yīng)用。水陸一體化的海底地形/海岸地形測(cè)量技術(shù)進(jìn)步明顯，已在海洋測(cè)量中展現(xiàn)其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海洋測(cè)量?jī)x器設(shè)備研制成功，并取得了令人滿(mǎn)意的試驗(yàn)結(jié)果，有些設(shè)備已得到實(shí)際應(yīng)用。一些新理論、新 *** 、新技術(shù)在海洋測(cè)量中得到推廣，顯著提高了測(cè)量效率和成果精度。學(xué)科之間的交叉融合程度增強(qiáng)，衍生了很多新的研究方向。可以預(yù)見(jiàn)，測(cè)量平臺(tái)多樣化，測(cè)量設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，信息獲取綜合化，測(cè)量區(qū)域全球化，數(shù)據(jù)處理智能化，產(chǎn)品制作系列化，服務(wù)保障 *** 化，將逐漸成為海洋測(cè)量的新常態(tài)。
海洋測(cè)量的各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)將更加完備，最終會(huì)形成軍民融合、銜接兼容、協(xié)調(diào)互補(bǔ)的海洋測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)的實(shí)施，覆蓋中國(guó)近海的海洋測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施體系建設(shè)受到格外重視，相關(guān)的專(zhuān)業(yè)檢定場(chǎng)建設(shè)和水陸一體化基準(zhǔn)建設(shè)將取得突破。
海洋地理空間信息獲取平臺(tái)和儀器設(shè)備研制與開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加快。海洋測(cè)量全要素信息融合處理、多樣化產(chǎn)品制作、全球化信息應(yīng)用服務(wù)等儀器設(shè)備的自主研制將取得明顯進(jìn)展。
國(guó)產(chǎn)淺水多波束測(cè)深系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將與國(guó)外產(chǎn)品抗衡，中深水多波束測(cè)深系統(tǒng)也將實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。海/空重力儀、海洋/航空磁力儀的國(guó)產(chǎn)化程度明顯加快，目前已經(jīng)進(jìn)行了多次海上試驗(yàn)，精度及可靠性可與國(guó)外同類(lèi)儀器相媲美。可以預(yù)期，其在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有一席之地的日子已為期不遠(yuǎn)。
陸海一體化無(wú)縫測(cè)量技術(shù)將得到更加普遍的應(yīng)用，海岸地形航空攝影測(cè)量技術(shù)將成為海岸帶地形圖快速更新的常規(guī)手段。無(wú)人機(jī)、無(wú)人艇將得到更廣泛的應(yīng)用。
在數(shù)據(jù)處理、 *** 技術(shù)、算法模型等方面，將會(huì)更加精細(xì)， *** 更加實(shí)用、精度更加提高。垂直基準(zhǔn)建立、海底地形測(cè)量、海洋重力測(cè)量、海洋磁力測(cè)量等方面的數(shù)據(jù)處理 *** 會(huì)更加成熟。無(wú)縫拼接、偶然誤差和系統(tǒng)誤差的處理、各種環(huán)境參數(shù)的改正、不同源數(shù)據(jù)的融合處理等將會(huì)更加完善。
【引文格式】翟國(guó)君，黃謨濤。海洋測(cè)量技術(shù)研究進(jìn)展與展望[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017，46(10)：1752-1759. DOI: 10.11947/j.AGCS.2017.20170309
