海岛（礁）航海保障测量技术简析

奉定平，邢攸姿，黄东武，刘 东（.北海航海保障中心 天津海事测绘中心，天津 300；.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300）



海岛（礁）航海保障测量技术简析

奉定平1，邢攸姿1，黄东武1，刘 东2
（1.北海航海保障中心 天津海事测绘中心，天津 300222；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

开展海岛（礁）航海保障测绘，既是完善我国海洋测绘基础数据，适应航海保障测绘数字化、信息化、网络化和现代化发展需要，也是航海保障职责之所在，有助于保障船舶航行安全，促进海洋经济发展，服务国家海洋战略。本文通过论述实施海岛（礁）的技术，分析不同环境条件下如何开展海岛（礁）测量，为实际作业提供参考和借鉴，力争促进海岛（礁）测量不断发展。

航海保障；海岛（礁）；水深测量；激光测深；摄影测量

引　言

我国大陆海岸线漫长，约1.8万km，岛屿海岸线约1.4万km。北起丹东鸭绿江口，南至广西东兴市南部的北仑河口，广阔的海面上散布着众多岛屿（礁）。随着我国海洋强国战略的实施和海洋经济的不断发展，海岛（礁）逐渐显现出其重要的经济价值和战略价值，开展海岛（礁）航海保障测绘，既是完善我国海洋测绘基础数据，适应航海保障测绘数字化、信息化、网络化和现代化发展的需要，同时也是航海保障职责之所在。通过开展海岛（礁）测量，及时发布水深、潮流、水文等航海保障信息，能更好地为维护国家海洋权益、促进海洋经济发展、实施国家海洋战略、保障船舶航运安全、开发利用海洋资源、保护海岛（礁）生态环境等提供全方位测绘基础数据。

1　海岛（礁）测量基本要求

20世纪50年代起至今，我国海事测绘部门一直进行着沿岸海岛（礁）测量工作。除水深测量外，大陆及海岛的陆地部分由海岸线向陆地测进，海岸线以下测至半潮线，与水深测量相拼接。今天的海岛（礁）测量比例尺大、测量要素多、测量精度高，无论海岛（礁）大小、离陆域远近，原则上一般采用国家统一的坐标及高程基准（1985国家高程基准和CGCS2000坐标系），但亦应根据实际情况遵照相关规定、技术标准以及保密要求确定坐标系统、投影方式、中央子午线、地形图分幅以及测图比例尺。为解决基准的统一，就必须要解决平面和高程基准的的传递问题（主要包括传递方法和传递技术等）。

采用的国家基准：坐标系统通常采用“CGCS2000坐标系”（即2000国家大地坐标系）；采用“1985国家高程基准”作为海岛（礁）测量的高程基准。深度基准采用理论最低潮面，从当地多年平均海面起算。

测图比例尺：应根据任务需要以及海岛（礁）的形状、大小、周围地形水深等特点确定测图比例尺，一般采用1：1 000～1：10 000等4种比例尺。

投影与分带：一般采用高斯一克吕格投影作为海岛礁测量的投影方式。根据测量范围大小、位置以及投影变形情况确定坐标分带，可采用1.5°带投影或3°带投影。

分幅原则：海岛（礁）测量分幅原则上一般按照岛屿来进行分幅（一岛一幅），也可根据海岛（礁）周边水深及地形的变化情况，在能满足使用者基本需求的状况下，测图分幅应以满足航海图编绘需求为基本原则进行分幅。

2　海岛（礁）测量技术

2.1平面基准传递

在海岛（礁）测量过程中应充分搜集沿海岛屿（礁）所属省份在沿岸及岛屿上布设的高等级GPS控制点（GPS B、C级点为宜），在此基础上进行GPS加密控制网测量，以满足海岛屿（礁）地形及水深测量的要求，已知控制点的检核、加密GPS控制网的外业观测和数据处理应严格遵照《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T 18314执行。

2.2高程基准传递

几何水准测量是陆地高程传递中最普遍的高程测量方法，同时也是目前海岛（礁）高程传递中使用最多、精度最高的一种高程传递测量方法。利用几何水准测量的方法，按照现有国家水准测量规范的要求，通过建设观测桩、多测回观测等方式在一定距离内可以实现从陆地基准点到海岛礁水准点的高程传递，该方法是目前海岛礁高程基准传递中最直接和最可靠的方法。

对于与邻近的沿岸长期验潮站具有相同或相近的潮汐性质的海岛礁，普遍采用同步水位观测法进行由陆地到海岛（礁）的高程传递。同步水位观测法是利用长期验潮站和短期验潮站的同步水位观测数据（在相关规范中对于同步水位观测周期有明文规定）计算短期平均海平面，并根据长期验潮站的多年平均海平面资料加以修正，从而得到短期验潮站的多年平均海平面。该方法目前在海洋测绘高程传递中应用较为成熟和广泛，是海岛（礁）测量中高程传递的一个普遍使用的测量方法。

GPS定位测量以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，在大地测量、工程测量、航空摄影测量等领域得到了充分的应用。近些年随着对GPS高程测量越来越深入的探讨和研究，GPS高程测量的精度在不断提高，应用领域不断扩展。在海岛（礁）高程基准传递中，通过GPS静态观测等方式可以获取精度可观的GPS大地高，进而通过重力测量或大地水准面精化模型可以将大地高换算为正常高，从而实现跨海高程的传递，解决水准测量中距离过大无法观测的问题。

在近距离跨海高程传递中（一般小于10 km）使用三角高程传递也能达到较高的精度效果，而在更远距离的跨海高程传递中由于大气折光等多种因素影响，使得结果精度无法保证。基于似大地水准面的高程传递原理是利用陆地和海洋重力异常数据，通过物理大地测量原理，计算陆地与所传递海岛（礁）一致的高精度整体重力似大地水准面数值模型，然后利用计算区域内的已知高程点，通过测量已知高程的GPS大地高和待测海岛（礁）点的GPS大地高，完成海岛（礁）的高程传递。

2.3海岛（礁）及周边基础数据获取

海岛（礁）测量的主要内容包括岛礁地形及邻近海域水深测量等。海岛（礁）周围的干出滩的传统测量方法有全站仪极坐标法、平板仪测图法等，目前主要采用全站仪和GPS RTK方式进行测量。海岛（礁）周围海岸线以下的滩涂测量，可采用断面测量、GPS RTK测量、GPS+激光测距定位或GPS+近景摄影测量等方法。GPS RTK以及全站仪测量具有测量精度高、要素判绘准确的优点，但实地测量受天气和海况的影响比较大，海岛（礁）人工测量作业危险系数高。航空摄影测量能很好的解决海岸线附近地形测量难度大的问题，尤其在滩涂和陡峭的岸崖测量上优势更加明显，作业效率高、覆盖范围广，能有效地解决常规海岸地形测量难的问题。GPS+激光测距定位技术是将卫星定位和激光测距技术进行组合，测站选择灵活、测站间无通视要求、仪器不需要置平，可以利用小船从海上对海岛目标进行定位。GPS+近景摄影测量技术是将卫星定位与近景摄影测量技术相结合，实现移动状态下的海岛地形测量，具有高程相对精度高、地形信息精细等特点，特别适合海岛滩涂、小岛、群礁、干出滩的高效地形测量。LIDAR技术在三维空间信息的实时获取方面取得了重大突破，具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、测量精度高、实现无地面控制测图、无水准测量等特点，有传统摄影测量和地面常规测量技术无法取代的优越性，目前还未广泛使用。

近海水深测量一般采用单/多波束测深，但沿岸浅水域有时还需要测深杆或者水坨等工具量测，目前也有采用无人艇进行测深，有利保障了测量人员的人身安全。根据测图比例尺定位精度要求选择适合的水深测量定位设备，定位设备主要分为星站差分GPS设备、无线电指向标信标差分GPS设备、GPS RTK实时动态载波相位差分设备、GPS PPK动态后处理技术等。水深测量通常采用 GPS RTK三维水深测量（作用距离有限，而且需知道高程基准面间关系）、GPS+近景摄影测量和浅水多波束测深组合测量（对于近岸或暗礁附近极浅区域，或测量船无法靠近的其它区域应用难度大）、GPS+激光扫描和浅水多波束测深组合测量（对陡峭海岸、坡度很小的淤泥质海滩和沙滩的地形测量十分有利）、无人驾驶船用于岛礁水深测量以及机载激光测深等。目前由于机载激光测深设备价格昂贵，有效测量深度和测深精度有待考察，尚未推广使用，而且与海岛（礁）周边水域海水的浑浊度影响很大，测深范围有限。

3　海岛（礁）航海保障测量

根据目前海洋测绘采用的技术手段及装备水平，结合当前提供的产品信息服务内容，航海保障海岛（礁）测量通常包含常规单波束、多波束海岛（礁）周边水域水深测量、暗礁探测、GPS RTK或全站仪开展海岛（礁）岸线测量或地形修测、近距离海岛（礁）高程基准传递及深度基准面确定以及深度基准与高程基准转换、海岛（礁）精确定位、海岛（礁）地图及海岛（礁）专题图集编制等。同时在积极开展低空无人机海岛（礁）航摄测量、GPS+激光测距定位和GPS+近景信息采集、无人艇测深、船载多传感器水上水下无缝地形测量、GPS RTK三维水深测量、深水测量等技术手段应用研究。在不久将来，将实现多元化、多手段、高效前覆盖的海岛（礁）航海保障测量，为服务国家海洋发展战略、服务船舶航行安全、服务区域经济建设提高优质全方位的基础地理信息。

4　结　语

十三五期间，航海保障部门将全力推行“全域测绘”发展战略。海岛（礁）航海保障测量是海事测绘的一项重要工作内容，是实现航海保障从浅蓝走向深蓝，从港口走向海洋的重要机遇。海岛（礁）测量也是实现海上“高速公路”的重要组成部分，海岛（礁）测量有着极为广泛的研究与应用空间，完善海岛（礁）测量有助于助推我国海洋强国战略的实施。随着国家海洋经济发展，海岛（礁）测量日益受到海事、港航等部门的关注，海岛（礁）测绘既是满足航海保障事业发展的需要，也是海事测绘自身发展的需要。海洋测绘技术的不断更新，将更好促进海岛（礁）测量技术的快速发展。

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Analysis of Surveying Techniques to Guarantee Navigation near Island and Reef

Feng Dingping1，Xing Youzi1，Huang Dongwu1，Liu Dong2
（1.Tianjin Maritime Affairs Mapping Centre，Navigation Guarantee Centre of North China Sea，Tianjin 300222，China； 2.CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

To carry out navigation guarantee surveying of Island and reef will reinforce the basic data base of China ocean mapping，meet the requirements for the digitization，information mode，networking and modernization of navigation guarantee surveying.In addition，the above work will be done out of the navigation guarantee duty，which guarantees the navigation safety，promotes marine economy and serve China national ocean strategy.The discussion and analysis are made for the application of surveying techniques to guarantee navigation near island and reef under different environmental conditions，which will provide references for the operation and promote the development of island and reef surveying.

navigation guarantee； island and reef； water depth measurement； laser sounding； photographic surveying

P229

A

1004-9592（2016）04-0098-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160424

2016-04-22

奉定平（1968-），男，高级工程师，主要从事海洋测绘工作。