现代海洋测绘复习.docx

1、海洋：海洋是地球表面包围大陆和岛屿的广大连续的含盐水域。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八指沿海 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

2、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。海洋测绘特点：垂直坐标和平面位置同步测定；海 底 控制点的距离相隔较远；动态测量；采用低频电 磁波 信号；测深并进行测深改正；无法进行重复观 测，须 同步观测。海洋测绘任务：为研究地球形状提供更多的数据资 料o 为研究海底地质的构造运动提供必要的资料。 为海洋 坏境研究工作提供测绘保障。对各种不同的 海洋开发 工程提供所需要的海洋测量服务工作 海洋测绘的任务:（根据海洋测量工作的目的不同） 科学任务？ 1为 了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?为海洋坏境研究 工作提供测绘保障。实用

3、 性任务？?主要指的是对 各种不同的海洋开发工程，捉供它们所需要的海洋测量服务工作。海洋测量分为：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、海底地形勘测和制图等海洋测绘：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的测定和描述的科学。主要内容：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、水温要素钓场、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋专题测量.海 区资 料调查；以及各种海图、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。海洋地形分为:海岸带、大陆边缘和大洋底。海岸带：是海陆交互的地带7曲波浪

4、潮汐和海流等作 用下形成的。组成：海岸、海滩及水下岸坡。 大陆边 缘:是大陆和大洋莲接的迈缘地带。组成：木陆架、上 陆坡、大陆隆及海沟。天萍底：是天陆边缘乏间的天痒全部部分。组成： 丕 洋中沐大洋盆地。海岸：就是陆地和海洋相互作用，相互交界的地带。海岸线：是近似于多面平均大潮高潮的痕迹所形成的水陆分界线。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 状况相似海洋大地测量：研究海洋大地控制点及确定地球形状大小，研究海面形状变化的科学，其中包括与海面，海底遗迹海面附近进行精密测量和定位有关的海事活动海洋大地测量控制网：是陆上大地网向海域的扩展。

5、它是一切海洋活动中所进行海洋测绘工作的基础。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O海洋大地控制网的作用：1,大比例尺海底地形测 量， 尤其是大洋区域基本海图测绘的控制基础。2,对解决大地测量中地球形状和大小的确定提供科学依据。3,为高精度定位的海上或水下工程作业 提供定位。4,对 大地构造运动，地壳升降运动以 及地震.火山活动进 行动态监测。总之它是一切海 洋活动中所进行海洋测 绘工作的基础 海洋控制网：以固定浮标为控制点的控 制网，海岸 控制网，岛屿控制网，岛屿陆地控制 I海面大地测量控制网布设：采用的几何图形丁？陆地 上大

6、地网基本相同，通常采用三角形网，四边形网， 中点多边形网等。采取逐级控制的方法，按片形或锁形两种方式布设海底控制点：rh固设与海底的中心标石和水声照准 标 志组成。基本点：与陆地大地网直接联接的海洋大地控制点。加密点：在基本点的基础上进一步加密设置的海洋大地控制点。海底控制点坐标的测定步骤：海底控制点的定标 ： 当水声声标按布设网设计方案投入海底后，耍对控制点的深度，相互间距离以及方位进行测定。1?海 底 控制点深度的测定；2雁底控制点间距离的测 量；3? 海底控制点方位的测定？海底控制点坐标 的测定： 1?革个梅底控制点丛标的测楚：$禹点交 会法；b）最 迸路径点测j定法；三点空间交会法；d

7、）距离差法.2. 利用GPS实现海底控制点坐标的联测。已知控制点，确定目标须满足：测量船必须位于 作为海底控 制点的水声声标的有效位置：至少蛊 要三个这样的 控制点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。 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。被动式照准标志以自身表

8、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。简述海底控制网的建立思想以及数据处理流程：海底控制点网一般建成三角网或正方形，且测量船在网中至少能同时测量三个控制点。海底控制点坐标的测定一服分另函步进行：一是海辰牡制点克标；二是海底 控制点坐标的确定。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量，这项工程称为海底控制 点的定标。海底 控制点坐标的确定有单点海底控制 点坐标的确定和利 用GPS实现海底控制点坐标的 联测。单个海底控制 点坐标的确定的方法有：1 ?两 点交会法2?最近路 径点测定法3?三点空间交会 4.距离差法利用GP

9、S实现海底控制点坐标联测的数据处理流 程 为：1）误差方程式 （1）船位到己知点的观测 法误差 式2）船位到海底控制点观测距离的误差 式（3）总 的误差方程式2）法方程式及平差结算 水文观测：是 指在江河、湖泊、海洋的某一点或断 面上观测各种水 文要素，并对观测资料进行分析和整理的工作。海洋水文要素：海水温度，海水盐度，海水密度，海水送明度.水色，潮汐，海悴波动，海流，水文要素影响海洋测量：海洋温度，盐度，密度，影响声波在水中的传播速度。海水透明度和水色决 定着海洋测量 中水深遥感以及机载激光测探的作 用范圉和精度。潮汐：受月球和太阳吸引力的作用，海水产生一种规律性的升降运动。产生原因：由于地

10、球上各点距离月球和太阳的相对位置不同引起海而升降现象。潮汐的四个过程和现象：涨潮：海面从低潮上升 到高 潮的过程中，海而逐渐上升的现象。落潮：自高潮至 低潮的过程中，海面逐渐下落的现象。平潮：当海面达到高潮时，在一段时间内海面暂时 停止上升的现象 停潮：当海面达到低潮时候，在一段时间内海面暂时停止下降的现彖潮汐类型：正规半FI潮，不正规半日潮，不止规 H潮 ?正规日潮？潮莎日不等：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H不等现象潮高：从某一基准面量至海绵的高度。潮差：两 个相 邻的高潮和低潮的水位高度差。潮汐观测：通 常称为 水位观测，又称验

11、潮。目的：是为了了解当地的潮汐性质，应用所获得的潮汐观测资料，计算该地区的潮汐调和常数.平均 海平 面、深度基准面.潮汐预报以及提供不同时刻 的水位 改正数，供给有关军事、交通、水产、盐业、 测绘等 部门使用。潮汐观测方式：水尺验潮；井式自记验潮仪验潮；超 声 波潮汐计？；压力试验潮仪 ；GPS在航潮位测量。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? 5 m, 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。井式自记验潮仪：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

12、化情况,达到 自动记录潮位的忖的。特点：是坚固耐用，滤 波性能 良好缺点是连通导管容易阻塞，成本高，机 劫性差。畜声菠韵汐计：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。需要进行温度补偿。压力式验潮仪：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。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。GPS验潮原理：均采用载波相位差分技术

13、作为定位 基 础，利用大地高反算潮位。海洋波动的基本特点和类型：在外力的作用下，水 质 点离开其平衡位置作周期性或准周期性的运动。按相对水深（水深与波长之比）分为深水波（短波）和浅水波（长波）；按波形的传播分为前进波与驻 波；按 波动发牛的位置分为表面波、内波和边缘波之分；按成因分为风浪.涌浪.地震波、潮波等 海流可分为三 类：梯度流，风海流，补偿流。海流属 于稳定流，亦 即没有加速度的定常海流。根据牛顿 定律，作用于海 流的合力必然为零。风海流：rhT海陆热力差异造成的。特点：由高温流向低温，由低 纬流向高纬.（中国 的季风）密度流：市于海水盐度差造成的特点：海水 表而密度高的地方流向密度

14、低的地方，海底rh密度 低的地方流向密度高的地方（地中海的直布罗陀海峡）补偿流：rh某一海区的海 水出现亏缺，相邻海区 的海水向缺水海区补充而形 成的海流 特点:垂直方向 的补偿流可分为上升流 和下降流，即垂直流动 海洋声学是研究声波在海洋中传播特性、规律和利用声波探测海洋的学科，是海洋学和声学的边缘学科，也是物理海洋学的分支。海洋声学的基本内容：1 ?声在海水中传播的规律和 海洋环境条件对声传播的影响。主耍包括不同水文和底质条件下声波的传播规律，海水对声的吸收，声波的起伏、散射和海洋噪声等。2利用声波探测 海洋。 3海洋声学技术和仪器。潘永中的肯逮：陶着温应、盐崖和压力的增加而增 加，是压力

15、P （bar）或深度Z （米）的线性函数， 是温度盐度S的非线性函数。声速剖面：海水中的声速可以用声速剖面来描述。 声 速剖面亦称“声速垂直分布”，反映的是声速沿 深度 的变化规律。声速梯度：声速随深度的相对变化率，即单位深度 内 声速的相对变化量，称为声速梯度，单位为1/秒。海 水中声速在垂直方向的变化可分为三个水层：表 层（0? 150 m）、中间层（150? 1500 m）、深水层 （1500 m?）。表层和深水层温度分布较均匀，由于 压力影 响）声速随深度而增加；中间层中的声速由于 温度迅速降低而减小。声波在海水中传播特性：声波在海水中传播时，会 在 介质常数不同的两个水层界面处产生反

16、射.折射和某 种程度的反向散射。其中折射现象起因于海水是非均匀介质，这也是导致波束声线弯曲和传播速 度发生改 变的根本原因。折射后的声线是向声速减 小的方向弯 曲。波束在海水中的折射待性，可通过 Snell法则很 好的反映。Snell法则不但解释了波束 在水中的传播 特性，还给出了求解声线路径的算法。声线的弯曲程度和方向与声速在垂直方向的变化 相互联系，声速变 化越大，弯曲越显著。此外，声 波的传播速度在温水 区要比冷水区快，且向冷水区（即声速较低的水区）弯曲。因此，若温度随深度 增加，声线向海面弯曲， 反之则向海底弯曲。正常 情况下，声线弯曲成圆弧 状。声道：当声波在海洋中传播时，若有一部分

17、声能在 海 中某一水层内而不逸出该水层，则称此为声道， 亦称 声波道。声线：入射角算0时，波束在界面处发生折射，若 经 历的水柱中有N+1个不同介质层，则产牛 N次折 射，波束的实际传播路径为一个连续折线，即声线。海面皮着辛：声波山淹水射向海面时）余屯梅水土空气界面上所产主的反射，褊庙反射：声菠也淹水射向海底时）在海水与海底的界面上所产生的反射，海水中声波强度减弱因素：1几何衰减：由于海水 温 度、盐度、压力等分布不均匀，因此有声速梯度存在，再加上海面、海底的影响，引起声线弯曲。2散射夷减：声波在海永申传捕时，由于海面、海 底的不 平整性.海水介质温度不均匀而产生散射，使部分声能离开原来的前进

18、方向，向其它方向发射出去，使声波传播方向上能量减少，声强度减弱。 3海水 对声波的吸收：rh? 丁 ?声波在海水介质中传瑶时要引起海水内部发生一些变化，如海水温度的变化，在传播过程中，相邻的海水介质耍发生相对运动，有一部分声能耍用来克服因海水介质相对运动而产生的摩擦力，消耗于海水+,使声强度减弱 声波传播特性： 声波在两种介质的界而上或同一 种介质性质发生变 化时会发生发射和折射，且符合 反射、折射定律； 由于海洋中每点的温度.盐度 以及压力是不同的，因而 声波在海水+的传播声速 也是变化的，声波穿过不同 的水层而产生折射和反射现象，且服从折射定律。折 射后的声线是向声速 减小的方向弯曲。声波

19、在两种 介质的界面处也会 发生反射。海水中声速确定的两种方法：凡通过测量声速在某 一 固定距离上传播的时间或相位（一般采用声速 测量仪 测量声速），从而直接计算海水声速的方法 均属直接 声速测量。根据测得的温、盐度和压力数 据，用特定 的计算公式确定水声速的方法称为间接 声速测量。直 接声速测量方法有：脉冲时间法，T涉法，相位法和脉 冲循环法等。声线跟踪：是建立在声速剖面基础上的一种波束脚卬（投射点）相对船体坐标系坐标的计算方法。声 线跟 踪通常采用层追加方法，即将声速剖面内相临两个声速采样点划分为一个层，层内声速变化可假设为常值（零梯度）或常梯度。在常梯度的声线跟踪计算过程声速变化函数采用

20、Harmonic平均 声速误差修正法：由于这种方法不是直接依赖于实际声速剖而进行声线跟踪计算,而是通过选择一个简单 的声 速剖面（如零梯度声速剖面）作为参考声速剖面，根据相对面积差，建立参考声速剖而与实际声速剖面间的联系，进而修正参考声速剖面的计算结果，获得最终的波束脚卬位置，因此，该方法被称 为误差修正法 等效声速剖面法：市于常梯度声速剖面与实际声速剖面具有相同的积分面积，利用常梯度声速剖面计算的结果同实际声速剖面相同，因此，常梯度声速剖面被称为等效声速剖面，利用等效声速剖面确定波束脚印位置的方法计算精度比较：常梯度一声线跟踪法的假设与实际 比 较吻合，计算精度相对较高，实验表明其深度相 对

21、误 差优于Z%。；常声速一声线跟踪法在*60。时，深度相 对误差优于z嫁；误差修正法和等效声速断 面法一般 优于4z% o各种声线追踪方法的比较：（1）常梯度一声线跟踪 法 的计算精度最高，但计算过程烦；（2）等效声速 断面 法的计算精度仅次于常梯度一声线跟踪法，但参考深度的要求相对苛刻；（3）误差修正法的计算 精度相对 前两者稍差，但也能满足1HO的测深精度要求，且计 算过程简单；（4）精度最差的当属常声 速一声线跟踪 法，其计算过程也比较复杂。（5）三角法：未考虑声 速在水中的传播特性（认为声线在 整个水柱中直线传 播），声速断面变化复杂时，深 度相对误差急剧增大。 这也体现了声线取决于声

22、速 和声速对波束脚印位置计 算的重要性。引潮力是地球上任何一点所受的天体引力减去该天体对地球中心的引力。分潮：因而可以将实际潮汐分成许多有规律的分振 动, 这些分离出来的具有一定周期.一定振幅的分 振动就 叫分潮。潮汐分析：潮汐分析亦称潮汐调和分析，把任一海 港 的潮位变化看作是许多分潮余弦振动之和，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，即潮汐调和分析过程。 根据观测时 间的长短，一般可将调和分析分为短期、 中期和长期潮汐分析方法：经典的潮汐调和分析有：Darwin分析 法.Doodson分析法；现代潮汐调和分析多采用最 小二 乘分析法.傅立叶分析法和波谱

23、分析法等。原理思 想：任何一种周期性的运动，都可以 FlT许多简谐振 动组成。潮汐变化是一种非常近似的周期性运动，因而也可以分解为许多固定频率的分潮波，进 而求得分 潮波的振幅和相位。潮流分析：潮流同潮汐一样，起因于月亮和太阳等 引 潮天体的引力，与潮汐一样，潮流也可表示为许 多分 潮流之和的形式。只不过为了分析和预报的方 便，一 般把溢速w分解为向北和向亲的分量，记为 北分量U 和亲分量V;溢向记为0 °常采用深度基准（起算面）：海图深度基准面（保 守水深）；平均深度基准面（平均水深）。垂直基准：陆地高程与海洋深度都需要固定的起算 面，统称这些垂直坐标的参考面为垂直基准。包括： 高

24、程基准和水深基准。高程基准：高程基准就是陆地高程的起算面，它通常取为某一特定验潮站长期观测水位的平均值一长期平均海面，即定义该面的高程为零，因此有参考面的意义。水深基准：海洋 测量中常 采用深度基准面。深度基准面是海洋测量中的深度起算面。不同的国家地区及不同的用途采用不同的深度基准面。平均海平面：平均海面亦称海平面。某一海域一定时期内海水面的平均位置。是大地测量中的高程起算面，由相应期间逐时潮位观测资料获得，高度一 般由 当地验潮站零点起算。国家高程基准：世界各国或地区均以一个或儿个 验潮 站的长期平均海面定义高程基准。我国采用的1954生簧海平均显宙基准和1985黄海高程萦。 深度基准 面：

25、定义在当地平均海平面之下）使得瞬时海平面可以但很少低于该面，在海道测量中比较常用的基准一般采用当地深度基准面，我国忖前法定的深度基准面是理论深度基准面：理论上可能的 最低潮面。海图深度基准面：定义在当地稳定平均海平面之下 , 使得瞬时海平面可以但很少低于该面。确定的基本原则：长期平均海平面具有良好的稳定性；要照顾 到航 道利用率。短期验潮站平均海面的确定：（1）水准联测法：若长期验潮站和短期验潮站的水准点均连接在国家水准网中，或两站水准点间可直接进行水准观测（2）同步改正法：基本原理是在同一短时间内，两验潮 站短 期平均海面与长期平均海面的差距（称为短期 平均海 面距平）一致（3）线性关系最小

26、二乘拟合法。深度 基准面传递与推估：海图深度基准面传递的 主要方法 是潮差比法，因为深度基准面数值等效于 最大半潮 差，可以假定两站的短期潮差比与两站的 理想最大潮 差比相等。在有多个已知长期验潮站时,通常采用深 度基准值的直接内插推估方法，如采用距离倒数加权内插法。海洋定位手段：天文定位；光学定位；陆基无线电定彳立；空塞无线电定立 （GPS）;水声定位。水声 设备：换能器声电转换器，起水声天线作用，水听 器接收信号,应答器水声声标,可以接收和发送信号 水声 定位方式：测距定位方式：船台发射机通过 船底转 换器向水下应答器发射声脉冲信号，应答器 接受后即 发回一个应答声脉冲信号，接收机记录两

27、信号的时间 间隔，以此计算船至水下应答器间距 测向定位方 式：船台上除换能器外还在船的两侧各 安置一个水听 器。先由换能器发射询问信号，应答 器接受后，发射 应答信号，水听器和换能器均可接 受。如果船首线在 应答器正上方，信号相位差为零。水声定位系统的工作方式：直接工作方式，中继工 作方式，长基线工作 方式，拖鱼工作方式，短基线 工作方式，超短基线工 作方式，双短基线工作方式 水下声学定位系统的精确 定位需要进行如下几种改正：船姿态改正水听器基阵 偏移改正声线曲率改正长基线系统：包含两部分，一部分是安装在船只上 或 水下机器人上的收发器；另一个部分是一系列己 知位 置的固定在海底上的应答器，这

28、些应答器之间 的距离 构成基线。实际工作时，它既可利用一个应 答器进行 定位，也可同时利用二个，三个或更多的 应答器来进 行测距定位。超短基线系统超短基线安装在一个收发器中，组 成声 基阵，声单元之间的相互位置精确测定，组成 声基阵 坐标系。系统通过测定声单元的相位差来确 定换能器 到目标的方位（垂直和水平角度）。换能器 与li标的 距离通过测定声波传播的时间，再用声速 剖面修正波 束线，确定距离。超短基线系统与短基 线系统的区别 仅在于，船底的水听器阵，以彼此很 短的距离（小于 半个波长，仅儿厘米），按直角等边 三角形布设而装 在一个很小的壳体内。它以方位一 距离法定位。短基线系统：该系统的

29、水下部份仅需要一个水声应答器，而船上部分是安置于船底部的一个水听器基阵。换能器之间的距离一般超过10m,换能器之间 的相互 关系精确测定，并组成声基阵坐标系。系统的工作方式是距离测量。测量方式是由一个换能器 发射，所有 换能器接收，得到一个斜距观测值和不同于这个观测值的多个斜距值。短基线的优点是集成系统价格低廉、系统操作简单、换能器体枳小，易于安装。短基线的缺点是深水测 量 要达到较高的精度，基线长度一般需要大于 40米；系 统安装时，换能器需在船坞上严格校准。广域差分GPS定位基本原理：在一个相当大的区域 中用相对较少的基准站组成差分 GPS网，各基准站 将求得的距离改正数发送给数据处理中心

30、，由数据 处 理中心统一处理，将各种 GPS观测误差源加以区 分，然后再传递给用户。水深精度应理解为改正后水深的精度。水深精度主 要 取决于对影响水深值的系统误差和可能的随机 误差的 估计精度。总传播误差由所有对测深有影响的因素所造成的测深误差组成，其中包括： 与声信号传播路径 （包括 声速剖面）有关的声速误差； 测深与定位仪器自 身的系统误差； 潮汐测量和模型误差； 船只航向与船摇误差；由于换能器安装不正 确引起的定位 误差；船只运动传感器的精度引 起的误差，如纵 横摇的精度、动态吃水误差； 数据处理误差等 等。回声测深仪：利用声波在水中的传播特性测量水体深度的技术。设时间为t,换能器吃水深

31、D,水深II二0? 5Ct+D。原理：声波在均匀介质中做匀速直线 传播， 在不同界面上产生反射，利用这一原理，选 择对水的 穿透能力最佳、频率在1500Hz附近的超 声派）在祈 面乘直向海底爱生声信号，并记录从声 波发生到信 号由水底返回的时间间隔，通过模拟 或直接计算，测 定水体的深度。过程：安装在测量船下的发生换能器，垂直向水下 发 射一定频率的声波脉冲，以声速 C在水中传播到 水 底，经反射或散射返回，被接收机换能器所接收。组成：发电机，接收机，发射换能器，解说换能器，显示设备，和电源部分。侧扫声呐：将转换器向船的一侧倾斜，形成扇形测 区 覆盖，其水平波束宽度很窄 （1°-2。），垂直平波束 宽度很宽（40°左右），以这样的波束对海