海洋测绘新技术与误差研究

■罗韬

（辽宁省有色地质局一〇八队辽宁沈阳110013）

海洋测绘新技术与误差研究

■罗韬

（辽宁省有色地质局一〇八队辽宁沈阳110013）

科学技术的不断发展渐渐揭开了海洋的神秘面纱，开发海洋测绘先行，本文就测绘新技术在海洋测绘中的应用做简单阐述，及误差探讨与研究。

海洋测绘 测绘新技术 误差探讨及研究

1　概述

海洋测绘是测绘学的重要学科。相比陆地测量,海洋测量有动态、实时等特点,要求在同一时间对坐标、深度和重力参量进行测定,而且无法重复测定,这就意味着海洋测绘成果无法重复观测，质量检核有一定技术难度。海洋测绘工作受到海水、大气的影响，故海洋测绘有更多的干扰。相对陆地测绘海洋测绘在测量误差处理并不十分严密。

2　海洋测绘新技术介绍

2.1多波束测深系统的应用

多波束测深系统具有高精度、高分辨率、高效率的特点。近十几年在GPS、计算机、IMU技术及其它相关技术的支撑下。获得了极大的发展。较传统的单波束测深仪相比，实现成图自动化。成功的实现了海洋测绘由点线状测绘到现状测绘的转变。使海洋测绘发展取得了较大的发展。我国从20世经末开始引进多波束测深系统,分别应用于海洋工程测量、海道测量、海洋划界测量、港口维护、地质灾害监测、海洋资源调查以及考古等多个领域,在国民经济建设中发挥了重要作用。我国一直致力于多波束测深系统的研制与开发,由于技术与资金等原因,一直处于原理性试验阶段，只生产出了样机。直到20世纪90年代,我国进入实用型多波束测深系统的研制阶段,并于1997年研制出H/HCS-017型多波束测深系,次年便投入使用。该系统由换能器阵、接收子系统、发射子系统、海底检测单元以及数据传送单元等主要部分组成。系统具有48个波束，波束角为2°×3°，工作频率为45kHz，其测深扇区开角为120°，范围为10 ～1 000m，测深覆盖范围最大可达4倍水深。H/HCS-017系统测深精度优于当前IHO标准。该系统的研制成功,标志着我国海洋测绘仪器水平已达到一定的高度。

2.2机载激光测深技术

机载激光测深技术是一种主动式遥测技术，利用的是光在海水中的传播特性。海水组成成分复杂，主要的有悬移质、可溶有机物、浮游生物等，这些物质一方面影响了海水的透明度，使得海水的透明度从零米到几十米，这其中影响海水透明度最大的因素是泥沙含量；另一方面这些物质对光的吸收和散射作用很强，这导致光波在海水中的衰减较大，传播距离非常短。

通过对光在海水中的辐射、散射、透射等性能的研究，人们发现海水中存在一个类似于大气的透光窗口，在该窗口内，光波在海水中具有较好的传播特性，尤其是波长为0.47～0.58μm之间的蓝绿光表现出了衰减系数最小的特性。正是利用这一特性，人们研制开发了利用蓝绿激光进行水深测量的机载激光测深系统。

海水对激光的衰减使得在设计机载激光测深系统时需要综合考虑激光器的重复频率、脉冲宽度、发射功率、航高等因素。几十年的研发经验和测量实践表明，一般激光器的重复频率为1 000～4000Hz，个别的机载激光测深系统甚至高达10000Hz。脉冲宽度为5～10ns，发射功率为2～8mJ，航高为250～500m，最大测深能力为50m。以CZMIL机载激光测深系统为例，典型的飞行高度为400m，扫描宽度为0.73倍的航高，飞行速度按250km/h计算，则每小时可覆盖的测区面积高达73km2。

机载激光测深系统由数据后处理和自动成图两部分组成。在该系统的研制过程中,我国科研人员相继开展了海洋潮汐、载体姿态动态效应改正及涌浪改正、测深数据质量控制、条带测深数据融合处理、测深数据自动成图和海量测深数据管理等多项关键技术研究,成功突破了理论建模、参数计算和数据处理中的技术难题,取得精度较好计算效果,达到了预期的目的。现在机载海洋测深系统将与传统的声学方法将在未来的实践中寻求它们之间的最佳结合方式。机载海洋测深系统的应用和推广,标志着我国将更加重视航空遥感测量技术在海洋测绘中的应用和发展。

3　误差分类

3.1粗差

在传统测量学按照产生误差的原因将其划分为粗差、偶然误差和系统误差。经典测量平差是以观测值中无粗差及系统误差为条件，而现代测量平差要求能有效地顾及到粗差和系统误差的存在,确保平差结果可靠。因此，由于多种系件的制约,相对陆地测量而言海洋测量出现粗差的概率很大，并且海洋测量进行重复观测难度很大，缺乏必要检核条件，因此，对粗差的处理是海洋测量质量控制中最重要的研究方向。

3.2系统误差

海洋测量在仪器校准、海洋观测、数据处理各个环节,都不可避免的出现受到各种影响，它们或表现为系统性。系统误差产生的原因有仪器校准误差、海洋气候条件的差异、各项改正过量或不足等。整个主测线方向或检查线方向均呈系统性变化的误差称为测区系统差，把只在单一测线(包括主测线、检查测线)方向呈系统性变化的误差称为测线系统差(又称半系统差)。

4　结论

海洋测量误差处理方法是随着实际测量工作的深入而发展的,经过多年的积累,已经建立起了比较完善的海洋测量误差处理技术理论体系。这些研究成果在我们开展海洋重力测量数据处理工作的各个阶段都已得到广泛应用,对提高我国海洋重力测量技术的整体水平起到了重要作用。

由于海洋测量具有显著的动态性和实时性，因此，在数据处理过程中增加了许多项环境改正。需要进行深入研究的测量环境改正项包括:水深测量中的浪涌改正和波束角效应、多波束测深中的声速剖面改正、机载激光测深中的浪涌改正和磁力测量中的船磁改正等，由于各项改正过量或不足是产生系统性偏差的重要原因，因此，保证各项改正数的计算精确度是有效提高海洋测量成果质量的前提条件。

[1]李家彪.多波束勘测原理技术与方法 [M].北京:海洋出版社,1999.

[2]陈非凡.多波束条带测深仪研究发展动态 [J].海洋技术,1999,18(2):26～32.

[3]朱光文.我国海洋探测技术五十年发展的回顾与展望 (二)[J].海洋技术,1999, 18(3):1～13.

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-7-199-1