[关键词]水深测量；误差；影响因素；措施
中图分类号：P229；TN967.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0307-01
海洋测绘，对于海上航行的保证以及海洋事业的发展具有重要作用，而海洋测绘的研究成果，不仅体现在海洋事业的发展，还体现在国民经济建设、国防建设以及科学研究的方方面面。对于我国来说，从新中国的成立至今，海洋测绘的发展也从弱走向强，从小做到大，并且有了骄人的成绩。而海洋测绘成果体现在那一万四千米的岛屿岸线1 800km的大陆岸线以及300多万平方千米和6 500多个岛屿的管辖海域。对于我国的海洋测绘事业而言，海军的测绘力量开创时间最早，随着海洋测绘事业的发展，我国成立了国家海洋局，国家海洋局对我国的海洋进行调查、规划以及实施，使得海洋测绘事业有了蓬勃的发展。下文将对基于海洋测绘水深测量的相关内容进行论述。
一、水深测量的内容
水深测量的内容主要包括以下两方面的内容：
1.测深点的深度测量
测量水深所使用的工具和仪器一般有测深杆、测深锤和测深仪等。为连续测得水深，必须选择适当的测深线间隔和方向。测深线间隔一般取为图上 1-1.5厘米，测点间距一般为图0.5-0.7厘米。测得水深后，必须进行水位改正。就是把在瞬时水面上测得的深度归算到由深度基准面起算的深度。
2.测深点的定位
在水深测量工作中，还要精确地测定深度点的平面位置，这项工作简称为定位。用测深仪测深时，深度点的平面位置是换能器的平面位置；用测深杆、水砣测深时，深度点的平面位置是测深杆、测深杆或水砣绳与水面垂直相交时的平面位置。
二、海洋测绘水深测量误差的影响因素
水深测量误差主要有仪器误差、声速误差、潮位观测因素、船速因素和船只因素等。
（1）仪器误差指的是在进行测量的过程中，由于测量仪器的性能而产生的误差或者因装配探测仪等相关设备所导致的误差。因为探测仪自身性能产生的误差指的是在使用探测仪的过程中，或者在多次使用探测仪的过程中，因为电压电池的换挡和降低、元器件老化等因素导致的转速和声速的变化，进而对水深测量的精度产生一定的影响。同时，因为型号不同的探测仪和使用程度不同的探测仪，对反射声波接受的敏捷程度也有所不同，在和水草、杂物、泥浆等介质进行碰撞的过程中，会产生虚假的水深，对测量的真实性和精度产生了影响。
（2）声速误差指的是走航式水深测量依据声波对深度进行测量，因为声波在水中传播的速度会对水深精度的测量产生一定的影响，在进行测探之前，应该对测深器的数值进行测定，因为设置声速值的水平会对测深数据的精确性产生较大的影响，一旦出现了声速值设置不合适的问题，很容易使测深的结果变浅或者变深，如果没有通过其它的方式进行检验，很难对系统误差进行发掘。
（3）潮位观测误差指的是因为水深测量得到的结果是通过理论上该地区最低潮位的数值，因此，应该将外业测量的结果计算到最低潮位面上，因此，在对潮位进行测量的准确性会对水深测量的精度产生影响。
（4）船只因素也会对测量的精度产生一定的影响，在对水深地形进行测量的过程中，船型和船的大小会对测量工作产生很大的影响。如果船只太大，在工作的时候很容易搁浅，而且因为船只的吃水太深，对浅水带附近的数据无法有效的测量。如果船只太长，在运行过程中的灵活性会受到一定的影响，很难按照预先设定的方式进行测量。如果船只太短，船体进行回旋的半径很小，但是在拐弯和掉头的过程中，有很大的灵活性。
三、海洋测绘水深测量相关技术
现如今常用于我国海洋测绘工作中的传统工作方法包括：罗盘定位与六分仪、测深杆、测深绳、测深铅鱼等，这些传统的工作方法测量精确度较低且效率不高，只能进行粗略的海图绘制，难以满足高要求的探测工作的进行。为了解决此类问题，在遥感探测、声波探测、卫星地位和激光探测等科学技术不断成熟的今天，它们将逐步被应用于海洋测绘过程中，随着这些技术的使用，海洋测绘技术也将逐渐向高效率、高精度、高现代化迈进。
四、提高水深测量精准度的措施
为了最大限度的提高测量结果的精确性，测量前，先要确定测区范围和测图比例尺，设计图幅，准备图板和展绘控制点，布设测深线和验潮站，以及确定验流点和水文站的位置。测量时，测量船沿预定测深线连续测深，并按一定间隔进行定位，同时进行水位观测。测量中要确定礁石、沉船等各种航行障碍物的准确位置，探清最浅水深及其延伸范围。
1.修正测量误差
对于采样速率及延迟造成的误差，可以在延迟校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返测量结果计算得到，也可以采用以往的经验数据。船体摇摆姿态和动态吃水的修正，可用电磁式姿态仪修正船的姿态，修正包括高程的修正和位置的修正。船的航向、纵摆和横摆等参数都可以通过姿态仪输出，借助专用的测量软件可以修正这些参数。动态吃水改正是船体自重下沉加上测深船的静态吃水深度和颠簸的总和，得到的是一个不定值，往往都是平均值。
2.提高GPS在海洋测绘中的精度
GPS定位系统在大地高的测量中应用较早，且测量结果较准确，但在将大地高转化为海图高的精确度上却并不高。由于海洋理论深度基准面具有跳跃变化的不稳定特点，因此，将大地高作为无缝垂直参考基准应用水对水深的测量，还需进一步加强对于数据处理准确性的研究，以做到通过大地高的测量，能对海图高的数值有比较准确的测定，尤其在我国的远海领域，应加大对GPS精确使用范围并加快相应技术研究，以不断促进海洋测绘技术的提高。
3.加快提高测深技术
在水深测量上，海洋测绘虽然在近些年的发展中取得了很大进展，但由于受先进的测量仪器价格昂贵、海洋测绘较之陆地测绘起步晚、在技术上相对较弱等原因的影响，在当前我国的水深测绘中，仍然主要使用单波束测深仪，对于多波束测深仪的研制还有待提高，如果主要依靠单波束测深仪，将会降低我国测深效率以及测量结果的精准性，对于我国海洋测绘业的发展是不利的。
4.建立完整的GPS无验潮海洋深度测量作业模式
在海洋测深过程中，为解决回声测深仪波束角效应使记录的测深图像失真问题，提出了波束角效应的改进模型及其改正算法。针对多波束测深数据集，采用改进的距离反比权重算法和多细节层次模型技术来建立海底数字地形模型（DTM）。
5.加快网络化信息服务系统建设，重视测绘人才的培养
海洋测绘信息目前还是主要在海洋测绘、科研、管理等部门建立的局域网上实现信息共享，并没有实现社会化应用，应尝试在当前局域网的基础上，与各级海事部门实现联网，通过与国家公共信息网站的链接，实现海事测绘公共服务信息的大众化使用，并尽快建立起信息服务系统，使海洋测绘信息能为与海洋打交道的各行业人员提供帮助。
结语
综上所述，对于海水测量的水深误差，要采取针对性的对策，对测量误差进行修正，当然，在这方面我们还需要进一步的研究和探讨，随着技术的不断发展和完善，水深测量也能发挥其最大的作用。
参考文献
[1] 陈长林，翟京生，陆毅.IHO海洋测绘地理空间数据新标准分析与思考[J].测绘科学技术学报.2011.
[2] 韩范畴，李春菊，贾建军.海洋测绘数据库支撑下的航海图书生产与保障[J].测绘科学技术学报.2010.
关键词:海洋测绘；技术；发展
中图分类号:P229;文献标识码:A ;文章编号:
海洋测绘在我国的国防建设中发挥着重要作用，在几十年的发展历程，海洋测绘取得了突飞猛进的进步，尤其是随着信息化时代的到来，海洋测绘在技术应用上取得了跨越式发展，实现了测绘的数字化、智能化、自动化的发展目标，在我国海洋事业的发展中发挥愈加重要的作用。
多波束测深是当代海洋基础勘测技术中的一项高新技术,是计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成。在各种海洋调查测量中,如海道测量、海洋工程(包括水下钻探、海底管道、电缆、疏浚、填海工程测量)、地质编图(包括矿物探查、研究、电子海图制作)、军事应用(包括扫雷)、其它调查任务(沉船考古、生物栖息地的地形研究)等领域,多波束勘测技术都有着巨大的优势,并得到了广泛的应用。
一、多波束测深技术与海洋测绘
多波束测深是当代海洋基础勘测技术中的一项高新技术,是计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成。在各种海洋调查测量中,如海道测量、海洋工程(包括水下钻探、海底管道、电缆、疏浚、填海工程测量)、地质编图(包括矿物探查、研究、电子海图制作)、军事应用(包括扫雷)、其它调查任务(沉船考古、生物栖息地的地形研究)等领域,多波束勘测技术都有着巨大的优势,并得到了广泛的应用。
1、多波束测深系统是利用多波束原理进行海底测图和测量海底地貌的宽条带回声测深系统，是水声技术、计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成。其工作原理通过声波发射与接收换能器阵进行声波广角度定向发射、接收,在与航向垂直的垂面内形成条幅式高密度水深数据,能精确、快速地测出沿航线一定宽度条带内水下目标的大小、形状和高低变化,从而精确可靠地描绘出海底地形地貌的精细特征。与单波束回声测深仪相比,多波束测深系统具有测量覆盖范围大、测量速度快、精度和效率高、记录数字化和实时自动绘图等优点。
2、测深时，载有多波束测深系统的船，每发射一个声脉冲，不仅可以获得船下方的垂直深度，而且可以同时获得与船的航迹相垂直的面内的几十个水深值。多波束测深系统一般由窄波束回声测深设备（换能器、测量船摇摆的传感装置、收发机等）和回声处理设备（计算机、数字磁带机、数字打印机、横向深度剖面显示器、实时等深线数字绘图仪、系统控制键盘等）两大部分组成。
3、测深系统的回声处理设备较多。计算机可按预先给定的程序对各种数据和参数在船上实时处理；数字磁带机按规定的格式记录时间、导航数据、罗经航向、纵横摇摆以及各波束测得的水深和相对于船的横向距离等有关数据，以便后期处理；数字打印机可根据需要对所有记录数据进行监控；显示器对系统的模拟输出进行监视，直观显示横向深度剖面（海底轮廓线图）；数字绘图机沿校正过的航迹标绘出等深线图，实时判读海底地貌的轮廓。
4、多波束测深系统同单个宽波束的回声测深仪相比，具有横向覆盖范围大（为深度的几倍），波束窄（约为3°～5°），效率高等优点。适用于海上工程施工区和重要航道的较大面积的精确测量，也可以用于精确测定航行障碍物的位置、深度。它能绘出海底三维图形，消除了使用侧扫声呐时判读的困难。有的系统还可在冰覆盖区使用。
5、海洋测量、数据库和产品化是海洋测绘体系的三个核心环节，它们相互依存，相互影响，共同发展。目前海洋测绘体系已完成了数字化技术改造，目前由控制、水深、地形等的测量到海图的编辑、加工和出版，全部实现了数字化。可是与纸质海图的工序相比，目前的海洋测绘的供需变化却不大，根本原因是由于整个技术的改造是参照纸质海图的工序实施的。水深测量是海洋测绘的核心技术，目前由于单波束到多波束测量方式的改变，水深测量技术发生了重大的变革，实现了垒覆盖的海底地形测量。可是，如果不考虑改变目前的测量工序和要求，不仅不会减少海图产品化的时间和扩大海洋测绘产品的多样性。相反，由于数据量太大，却会增加海图出版机构的负担。
二、海洋测绘的发展策略
1、加快提高测深技术
在水深测量上，海洋测绘虽然在近些年的发展中，取得了很大进展，但由于受先进的测量仪器价格昂贵，以及海洋测绘较之陆地测绘起步晚，在技术上相对较弱等原因的影响，在当前我国的水深测绘中，仍然主要使用单波束测深仪，对于多波束测深仪的研制还有待提高，如果主要依靠单波束测深仪，将会降低我国测深效率以及测量结果的精准性，对于我国海洋测绘业的发展是不利的。另外，虽然采用了空间遥感技术，但使用的范围还较小，目前主要在我国的浅海区域，在深海区域的使用范围以及技术的精确度均有待提高。
2、提高GPS在海洋测绘中的精度
GPS定位系统在大地高的测量中应用较早，且测量结果较准确，但在将大地高转化为海图高的精确度上却并不高。由于海洋理论深度基准面具有跳跃变化的不稳定特点，因此，将大地高作为无缝垂直参考基准应用水对水深的测量，还需要进一步加强对于数据处理准确性的研究，以做到通过大地高的测量，能对海图高的数值有比较准确的测定，尤其在我国的远海领域，应加大对GPS精确使用范围并加快相应技术研究，以不断促进海洋测绘技术的提高。
3、统一坐标系，提高海洋测绘精确度
当前在海洋测绘中，发达国家在一般使用地心坐标系进行测绘。地心坐标系因以地球质心为原点，较之参心坐标系在测量结果上更为精确，而鉴于各种原因，我国当前在坐标系的使用上，地方坐标系、国家坐标系以及施工坐标系的参照坐标还存在差异，且主要以参心坐标系为主，应尽快予以统一，并逐渐选择使用地心坐标系，以不断提高海洋测绘的精确度。
4、加快网络化信息服务系统建设，重视测绘人才的培养
海洋测绘信息目前还是主要在海洋测绘、科研、管理等部门建立的局域网上实现信息共享，并没有实现社会化应用，应尝试在当前局域网的基础上，与各级海事部门实现联网，通过与国家公共信息网站的链接，实现海事测绘公共服务信息的大众化使用，并尽快建立起信息服务系统，使海洋测绘信息能为与海洋打交道的各行业人员提供帮助。另外，应继续加强对于测绘专业人才的培养力度，除通过高校培养专门的人才外，基于科技的飞速发展，应注意对在业人员的培训，以及时更新他们的知识，使测绘人员的专业技能跟上时展步伐，并不断得以提升。
三、结束语
随着社会经济发展对水下地形测量要求的提高，传统单波测深仪已经无法满足日益增长的新需求，多波束水深测量技术的出现带来了海洋测量技术的一次重大变革。在新形势下，必将对多波束测量技术与海洋测绘工序做出进一步的调整。多波束测量技术的发展和海图数据库的建立，将会对数据库产品化产生重大影响，使得海洋测绘产品化的时间得以有效缩短，并能提高海洋测绘产品的多样性。
参考文献
[1]马兰，孔毅.信息化海洋测绘的构想[J].现代测绘，2010(1).
Abstract： Nowadays， major changes have taken place in modern surveying and mapping technology， and these changes are mainly embodied in the three aspects of theory， technology and application. The application of modern surveying and mapping technology is helpful to the study of the earth and natural environment， can help human to explain some natural phenomena， and even contributes to solving major problems existing in social development and national economy. The function and development trend of modern surveying and mapping technology are described in this paper.
P键词： 现代测绘技术；作用；发展趋势；数字化；信息化
Key words： modern surveying and mapping technology；effect；development trend；digital；information
中图分类号：P237 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）14-0200-02
0 引言
随着我国社会经济的发展，综合国力的增强和先进科学技术的不断深化，现代测绘技术也迎来了新的发展机遇，其应用领域在不断的拓宽。现代测绘技术产生的条件是卫星定位系统，地理信息系统和计算机网络技术三者的有机结合[1]。在国际领域，传统的模拟测绘技术正在或已经被现代数字测绘技术所代替，数字信息开始实现网络化，这预示着又一新的时代即将来临，这个新的时代就是数字化时代。最近几年，由于我们国家的经济社会信息化水平持续提升，致使数字化测绘产品的需求量不断增大。当今，我国处于社会主义初级阶段，这一时期的发展至关重要，我们要想在基础设施建设和自然资源开发上取得更好成果，就需要进一步提高测绘技术。所以，本文中具体阐述了现代测绘技术的作用及发展趋势。
1 测绘技术的含义
作为一门学科，测绘学的应用性是很强的，传统的测绘技术由五部分组成，包括施工测量、竣工测量、控制测量、地形测量和变形检测。现代测绘技术则是在传统测绘技术的基础上增加了新手段、新方法和新仪器[2]。探讨测绘技术，要理清测绘的定义。测绘是一门与地理和空间分布相关的科学、技术和经济实体，其包括的内容为采集、量测、处理、分析、解释、描述、分发、利用和评价。基础性、前期性和公益性是其特征。测绘产品的出现是为了把地表上自然人工要素及地理空间的位置属性信息反应出来，为社会经济的建设发展提供保障。控制测量，碎步测绘，线路测绘，施工放样等是测绘的主要任务。
2 现代测绘技术的作用
2.1 辅助城市信息化管理
运用现代测绘技术对自然地理要素和地表人工设施进行测定获得的信息被称之为测绘结果。此结果可以为人们在城市规划和地理管理等方面提供帮助。测绘资料是一个地形图，这个地形图由各式各样的比例尺和不同等级控制点坐标构成，它里面包含着精确的、详尽的地理信息，为现代城市信息化管理获得地理信息提供了唯一的来源[3]。例如，在城市建设中，为了更好地规划某一区域，城建和土管等部门需要较大比例且信息量大的地形图，以达到对该区域建筑物布局和土地使用情况的了解，而负责水电的部门需要更加详细的单体房屋类型和结构的地形图做依据来进行管线的铺设。
2.2 现代测绘技术符合地理信息系统建设的需求
基础地理信息系统和应用地理信息系统构成了地理信息系统，而这两个系统的建设都需要现代测绘技术做支撑。地理位置信息在我们的实际生活中发挥着重要作用，例如日常生活中用到的交通路线地图就是地理信息的真实再现，而交通路线图绘制的前提条件就是现代测绘技术的应用，一份高质量的交通路线图的制作完成需要精确详细的测绘资料做依据。
2.3 现代测绘技术的实际应用
现代测绘技术与我们的生活息息相关。例如，公路工程实施中就离不开现代测绘技术的运用，并且测绘技术在其中发挥着很大的作用。公路修建过程中需要开挖隧道，架设桥梁，施工点布置、测试以及地质勘探等，这些都需要有依据作参考，而依据的来源就需要进行测绘工作，利用现代测绘技术对公路工程范围内土地的地质、地貌、地形条件等进行测绘，并与区域性地质资料结合分析，绘制出带状地形图。并在图纸上设计路线，把路基纵坡、平面、边坡位置标记出来，为公路工程的实际建设提供帮助和指导。在公路建设过程中如需在河流上修建桥梁，还需要测绘出河流两岸的地形图，并对河床断面、河流比降以及待建桥梁的轴面进行测定，从而获取精确的数据为设计桥梁建设方案提供指导。所以，公路工程的设计施工离不开现代测绘技术的使用。现代测绘技术的使用有助于公路工程建设安全性、合理性的提升，并呈现出了经济效益和社会效益。
3 未来发展趋势
3.1 发展海洋测绘技术
我国海洋资源丰富，海岸线绵长。在海洋资源的开发利用上离不开测绘技术的使用。现如今，海洋测绘技术的发展方向呈现出以下特征：高精度、全覆盖、全过程自动化。海洋测绘技术定位精度的提高可依靠卡尔曼滤波或卫星定位的方法，全面覆盖的目标可依据高精度条带式测深系统或航空航天遥感测深系统来完成，并使海洋测绘技术过程自动化进一步提高。把海洋测绘技术获取的资料与自动制图技术有机地结合起来，从而建立起丰富的海洋图数据库，并最终实现海洋测量信息系统的建立[4]。
3.2 发展遥感技术
人们要想对地球表面的陆地、海洋、气候等的变化实施长时间的观察和研究，就离不开遥感技术的使用。目前，遥感技术的发展呈现出多种传感器、多频谱、多时相的信息获取和信息处理智能化的特征。
3.3 发展地图学技术
当前，地图学的发展方向呈现出多领域、多层次、多功能和多时态的特征。地图学的理论、技术和工艺随着地理信息系统技术、自动制图技术、多媒体技术和遥感技术的发展也产生了很大的改变。地图学技术发展的最高目标是开发出地图设计专家系统、自动标记制版系统和信息分析专家系统，而这个目标实现的前提是遥感技术与其它迅速刷新地图信息的方法相结合[5]。
3.4 发展数字化摄影测量技术
众所周知，模拟摄影测量和解析摄影测量是传统摄影测量的两个发展阶段。社会发展到今天，数字化摄影测量的时代已经到来。数字化摄影测量技术与其它技术结合使用，产生了很好的效果。例如，其与地理信息系统的结合使用促进了测绘过程的数字化，其与全球定位系统的结合实现了航空摄影测量，从而减轻了野外摄影测量作业的难度。
3.5 发展空间定位技术
随着空间定位技术的发展，大地测量的状态正在慢慢地由静态向动态转化。动态大地测量技术的使用扩大了大地测量范围，转变了研究对象：测量范围由局部延伸到了全面，研究对象从地球表面延伸到地球内部。空间定位技术的发展从技术和理论上改革了传统的大地测量方法。例如，某工程中几条高速公路采用了1：2000数字地形图和DEM制作，该过程选取1：10000的地形图，以航飞像片的每六条基线量取两个地物点的坐标，作为像控点使用，进行空三加密和物方相关等，得到像对的DEM成果。
综上所述，人类社会发展离不开现代测绘技术的使用。现在，我国的测绘技术水平与国际测绘水平还存在着差距，表现如下：数字化测绘的技术问题的解决还没有实质性的进展；测绘生产存在着周期长、质量较低等缺陷。所以我们应当积极引进国外的先进技术和经验，在各个领域充分地发挥现代测绘技术的作用，更好地服务于我国现代化建设。
参考文献：
[1]罗兵.浅谈现代测绘技术的作用及发展趋势[J].工程技术：全文版，2016，2（4）：318.
[2]QIN Ke.浅析现代测绘技术的发展趋势[J].山西建筑，2015， 34（23）：358-359.
[关键词]远海； PPK技术；PPP技术；水位改正。
中图分类号：K928.44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0167-01
1 引言
水深测量是海洋测量的分支，就测量海域分布而言可分为近岸水深测量和远海水深测量。随着科技的高速发展，人类探索海洋的进程逐步加快。1993年3月10日，美国前总统里根宣布“200海里海域专属经济区”后，美国、日本、英国、法国、荷兰等国都进行了大量的大陆架测绘工作，我国也完成了一定比例尺的大陆架海域水深测量。远海大陆架有丰富的生物水产资源和油气及矿产资源，这些资源的开发利用都离不开海洋水深测量。本文将分析远海水深测量的特点和难点，全面总结影响精度的各种因素，并探讨提高远海水深测量精度的两大关键技术，目的为远海水深测量工程的实施提供参考。
2 远海水深测量特点及难点
近岸水深测量主要满足港口及近岸工程设计施工的需要，而远海水深测量则主要为航海、航运、资源开发提供测绘保障。由于远离大陆，测量船补给、外海风浪条件、避风条件等客观因素将给远海测量带来极大的作业困难。远海水深测量最大的技术难点在于平面控制系统及高程控制系统的设定。随着测绘理论的发展及测绘设备的更新，远距离定位技术不断成熟，但是面对广袤的海洋，仍然存在大量无法获取控制资料的海域。如何在没有控制资料可以利用的情况下开展远海水深测量，并满足一定的精度是本文探讨的重点。
3 影响精度的因素
随着测量设备的发展更新，水深测量定位先后经历了天文定位、六分仪定位、经纬仪定位、无线电双曲线定位、物理测距定位、水下声标定位、全站仪定位、子午卫星定位和GPS全球定位等方法手段。近年来GPS技术在水深测量定位方面应用越来越广泛，影响GPS定位精度的因素主要包括：仪器误差、GPS接收天线多路径效应、卫星几何强度、差分信号发送间断等。
水深测量的特点是测深数据缺少多余观测值，因而测深精度主要取决于对影响水深值的系统误差和偶然误差。主要包括：仪器误差、声速误差、潮位观测误差、船速误差、潮汐、海浪、换能器安装、船只情况等方面。由于远海水深测量区域远离大陆，传统的水位控制方法不能满足，因此笔者认为水位改正是影响远海水深测量精度的一个重要因素。
4 关键技术问题浅析
水深测量的三大重要内容是定位、测深和水位改正。随着科技的发展，海洋测量仪器逐步从单一功能向多功能、从低精度向高精度、从低效率向高效率方向发展，测深精度也随之提高。以下浅析远海测量中的两个重要内容：平面定位和水位改正。
4.1 平面定位
近年来，GPS RTK技术成为水深测量定位应用的主要手段， RTK定位技术基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。不同型号的GPS接收机其基准站与流动站间的作业距离也不尽相同，一般都小于15km。由于受到作业距离的限制，该技术用于远海水深测量定位也受到影响。
欧阳永忠等[1] 应用双频GPS动态后处理高精度定位技术（post processing kinetic， PPK），建立了一套完整的GPS无验潮海洋深度测量作业模式，通过海上试验与传统作业模式作了数值分析比较，表明80km以内动态继续测量数据后处理的精度在大地高方向优于10cm。
近年来出现的精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）技术，利用精密卫星轨道和精密卫星钟差改正，以及单台卫星接收机的非差分载波相位观测数据进行单点定位，可以获得厘米级的精度。唐有国[2]贾登科[3]等结合境外工程的生产实例，对缺少坐标系统的欠发达国家和地区使用PPP技术进行坐标系建立及平面控制测量，并取得毫米级精度进行了研究。李冲等[4]探讨了利用PPP技术进行水深测量的基本原理和作业步骤，从多个方面分析了其精度和可靠性。远海水深测量的作业区域远离大陆，往往没有现成的控制点资料，与欠发达国家的作业情况类似。PPP技术能很好的克服上述困难，有效解决远海水深测量定位问题。
4.2 水位改正
水位改正是水深测量的一项基础性工作，水位改正的精度直接影响最后成图的精度。刘雁春[5]提出了调和常数水位改正法及水位加权改正法，并且提出了三角分带法的完善数学模型。暴景阳等[6]将海道测量的垂直基准理论和水位改正方法综合为统一的水位控制理论与方法体系。
目前，水深测量水位改正可以通过布设验潮站、GPS无验潮测深模式、潮汐场数值预报以及基于余水位配置的潮汐推算等方法予以解决[7]。布设验潮站是近岸水深测量及海洋工程使用最为广泛的水位改正方法。验潮站的具体操作手段包括设立水尺、使用压力式验潮仪和验潮井验潮仪等。GPS RTK无验潮测深模式主要是利用GPS获取定位数据及海面瞬时高程，并配合测深仪水深数据，从而获取海底地形数据的一种作业模式。RTK配合测深仪的无验潮作业模式适用于近岸水深测量，PPK配合测深仪[8，9]及PPP配合测深仪[4]的无验潮作业模式能使用于远海水深测量。王征等[10]研究了用于海洋水深测量的天文潮加余潮水位订正方法，并在沿岸测量中得到验证，数值精度符合测量标准要求。吴中鼎[11]利用潮汐数值预报的方法对南海区域进行水位改正，其精度到达令人满意的效果。黄辰虎等[12]基于全球潮汐场DTU10模型及GPS无验潮测深两种改正模式，形成了一套适用性强的航渡水深测量水位改正方法与流程。卢军民等[13]利用高平潮法进行水位传递应用于远岸水深测量，并进行了精度分析。另外，郑童瑜等[14]通过对EGM96、WDM94和GFZ重力场模型计算的测区重力（似）大地水准面的比较，提出了一种利用重力场模型和移去―恢复法确定海域无控制岛屿高程的方法。武威等[15]综合利用水准测量和卫星定位测量，给出了基于三角高程测量的高精度远距离海岛礁高程基准的统一方法和实施方案，并针对此方案给出了一些跨海三角高程需要注意和值得借鉴的参考意见。
5 结语
远海水深测量的重点和难点是平面定位和水位改正。随着 PPK和PPP技术的日趋成熟，远海水深测量定位精度逐步提高。远距离水位改正精度也随着理论的成熟及试验积累得到逐步改善。
参考文献
[1] 欧阳永忠，陆秀平，黄谟涛，等.GPS测高技术在无验潮水深测量中的应用[J].海洋测绘，2005，（1）：6-9.
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Abstract： In order to better develop and utilize marine resources， protect the marine environment and marine life， all kinds of marine survey work in China have been launched. And the seabed topography and geomorphology investigation work is very important. Combined with the special situation of shallow water area and the specific requirements of task， this paper introduces a scheme in detail， which takes single beam sounding technology as the core， uses advanced combination of hardware and software and includes preparation， planning， implementation and survey， data processing and standard specification. And it successfully completed the work of surveying and mapping the seabed topographic map of 2～10 water depth area in Shenzhen.
关键词： 海洋调查；海底地形地貌调查；浅水区域；单波束测深；方案设计
Key words： oceanographic survey；seabed topography survey；shallow water area；single beam sounding；conceptual design
中图分类号： P716 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）24-0257-05
1 海洋调查的意义与深圳海洋调查的需求
1.1 海洋调查的意义
海洋调查是用各种仪器、仪表对海洋中能表征物理、化学、生物学、地质地貌学、气象学及其他相关学科的特征要素进行观测和研究的科学。海洋占了地球表面积的70.8%[1]，其中蕴含着丰富的自然资源与潜在的战略意义。1986年美国制定的“全球海洋科学发展规划”更是将海洋的战略价值彰显无遗，在充分认识到海洋问题的重要性之后众多国家纷纷对海洋科研投入了巨大的人力物力。甚至从某种角度来说，在21世纪对海洋资源的开发与利用，不仅仅是国家长远发展与兴盛的保障，而且是国家综合实力的体现。
海洋调查是海洋科学研究的基础。1872年12月至1876年5月，英国挑战者号的世界首次的环球海洋考察，并邀请了来自多国的著名科学家对采集的样本和数据进行了分析和研究，其后发表的《H.M.S.挑战者号航行科学成果报告》奠定了近代海洋学的基础。受制于当时的科学技术，获得的成果较为有限，直到第二次世界大战结束后，先进的航海仪器与声呐等技术才逐渐在海洋科学研究中得到普及，极大地推进了海洋调查的发展。海洋调查的展开不仅为相关的行业提供了珍贵的海洋环境资料，为进一步的科研与实践提供了数据基础，而且不断深化和提升人们对海洋的认识，促进新设备、新仪器的发明创造，使一些新的理论与观点得以提出和证实。
我国的海洋地质调查相对起步较晚，1958年由国家科学技术委员会成立的海洋专业组才进行了全国首次海洋综合调查，改革开放后，海洋科技事业才逐步加快发展速度，在《国家中长期科学与技术发展规划纲要》将海洋科技作为重点领域部署。2011年国家多部委制定并的《国家“十二五”海洋科学和技术发展规划纲要》指出“海洋调查观测能力显着增强为‘十二五’实现快速发展奠定了良好的基础”，同时也指出“海洋调查探测仍然不足，重点区域的持续性调查和观测研究不够，海洋重大基础研究与生态系统研究不深”。
1.2 深圳市海洋调查项目
深圳市为了为进一步贯彻落实党的十、十八届三中全会精神，切实推进深圳市生态文明、建设美丽深圳，计划开展优化滨海生态空间与开展海域生态修复工作，打造多元、活力、美丽的滨海岸线风貌，推进广东省内伶仃―福田部级自然保护区部级示范保护区建设。因此亟需开展深圳海域环境和海洋资源调查，分步摸清全市海洋资源基本情况，开展海洋环境保护规划编制，建立以海洋环境容量为目标的入海污染物总量控制制度，加强区域联防和生态系统保护与修复，积极推进深圳湾等重点地区海域污染治理，全面实现保护目标任务。
2014年10月，根据《深圳经济特区政府采购条例》和《深圳网上政府采购管理暂行办法》的有关规定，深圳市政府采购中心就“深圳市海洋资源基础调查一期”项目，采用公开招标的方式在全国范围内实施采购，浙江华东测绘地理信息有限公司为本项目中标单位，承担本次“深圳市海洋资源基础调查一期”项目的工作。对深圳东部海域的海底地形地貌进行详尽调查测量，绘制1：2000数字化水下地形图，并对东部海岸海底珊瑚礁分布进行侧扫声纳测量。具体范围为向陆域测至海岸线高潮线为止，往南测至港粤分界线，往东测至深惠分界线以东100m，往北测至深惠分界线以北100m，图1所示即为测量范围[2]。
鉴于当今的海洋测绘技术水准与深圳市开展工作的需求，最终对精度的要求为：平面精度，测深点的点位中误差在图上≤±1.0mm，1：2000比例尺水下地形测量时，即实地±2.0 m；水深精度，当水深范围在0～20m时，海域测深点深度中误差为≤±0.20m。
本文主要介绍在本次深圳市海洋地形图测绘工作中，设计一套能够满足该精度要求的单波束测深方案，顺利完成水深为2～10m浅海区域的海底地形勘测成图工作。
2 单波束测深方案的设计
2.1 单波束测深技术的原理与应用
单波束测深系统是由水声技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术手段高度集合而成的，利用回声测深原理[3]，完成“换能器发出声波――声波遇到障碍物发生反射――换能器接收反射声波”的过程，通过所用时间与水中声速计算得到转换器与障碍物之间的距离，再结合RTK定位解算出该点的高程与坐标，最终利用软件完成地形图的绘制。
相较于后来居上的多波束测深技术，单波束测深虽然在作业范围、测量精度、工作效率等方面都处于劣势，但在实际的海洋测绘中依然作为一种主要的技术手段而被广泛应用，其原因在于：
①单波束测深系统在长期的发展与优化中，软硬件设备与数据处理手段不断更新与升级，精度指标与时俱进，在理论研究与实际应用方面积累了丰富的经验，兼具较高的完整性与稳定性。
②单波束相较于多波束所使用的仪器，有着体积更小、重量更轻的优势，易于运输、安装和维护，在经过简易调试即可在不同的工程项目中投入使用，尤其在复杂多变的河流与浅滩等地理条件下体现出极高的环境适应能力。
③单波束测深仪器价格相对便宜，而且功耗小、操作便捷、数据处理流程简单，更具亲和力与市场推广价值，其优越的性价比在众多的水下地形图测量任务中备受青睐。
由于这次测量工作中要测量的范围包括2～10m的浅水区域，海岸线情况复杂多变，要控制装载多波束测深系统的测量船进行频繁的转弯与调头难以实现，不仅难以发挥出其工作效率上的优势，且存在着因水位浅、礁石多引起的安全隐患，因此使用单波束测深系统是不二之选。
2.2 单波束测深方案的设计原则
鉴于深圳市海洋地形图测量的范围之大、精度之高、时间之紧，单波束测深方案的设计必须要兼顾各项因素，完美解决所有问题[4]。在当今的方案设计理念中，不能只局限于测量中所使用的软硬件实体，只有将工作者的相关因素同时考虑在内，从计划的制定到规范守则都必须要进行详尽的设计，才可能真正有效地提高质量、压缩时间、降低成本。
经过对国家标准与本次测量任务要求的分析研究，最终制定出一套以前期准备为基础、计划制定为纲领、规范落实为约束、开展实测为核心、数据处理为手段的综合方案，具体的框架体系如图2所示。
2.3 单波束测深方案的详细情况
①前期准备：收集所测海域的地形图与潮汐数据，对其可靠性及精确度进行评估，为后期工作的开展提供参考数据；充分了解海域的地理环境与气候条件，对安全隐患与自然灾害发生概率进行评估，制定相关的应急预案；从技术层面分析工作的难易程度，购买仪器与软件，对工作人员进行培训；利用地面控制点与GPS建立地面控制网。
②计划制定：根据收集的资料，划出属于单波束测量任务的区域范围（深度2～10m的浅海区域），并计算其面积；根据划定的范围进行测线布设，在保障精度和安全性的情况下，优化测量船的行驶路线；对于整个测量工作的周期时间与经费开支进行初步预算，递交深圳市政府相关部分审核。
③开展实测：根据海底地形图测绘的要求，利用快艇作为载具，组装成具有单波束测深仪、GPS接收机、涌浪仪、声速剖面仪的测量船[5]，使用的仪器配置如表1所示，组装示意图与实物图如图3和图4所示。按照测量规范和既定的航线，使用测量船进行测量作业，获取海底障碍物探测点的高程数据。
④数据处理：使用中海达海测软件+V6.3.1+（20130531）进行预处理和潮位改正，完成消浪处理、水位改正工作，获得坐标、水深、高程数据；使用南方cass9.2将处理完的数据绘制成地形图，经过检核与修改得到最终成果。
⑤规范落实：《GBT 12763.10-2007 海洋调查规范 第10部分：海底地形地貌调查》与《深圳市海洋基础调查一期技术设计书（06.25最终稿）》所规定的准则与要求贯穿整个工作流程，每次工作前必须先对仪器进行检查，确保一致性与稳定性；在测量工作中，控制船速与航迹，监测波浪高度，保证测线的走向与获取数据的精度；处理数据时，需要先将数据的平差结果与精度指标进行校对，确保无误后再开始制图，并最终检验成图效果。
3 实际工作流程与获得成果
3.1 资料收集
本次东部海域调查范围位于东经114°13′～114°39′及北纬22°22′～22°42′所包围区域。作业区域属亚热带海洋性季风气候区，温和湿润，长夏短冬，气候温和，日照充足，雨量充沛。年平均气温23.0℃，历史极端最高气温38.7℃，历史极端最低气温0.2℃；年日照时数平均为1837.6h；年降水量平均为1935.8mm，全年86%的雨量出现在汛期（4～9月）。测区南临香港海域，东临惠州海域，近海潮汐属于不正规半日潮。整个测区水域来往船只频繁，且船舶吨位较大。陆上经济发达、交通便利。
3.2 测深线布设
根据查阅的相关资料，初步将2～10m水深的范围划归单波束测深区域，如图5所示。测深线的布设采用断面法施测，主测线按基本垂直等深线方向布设，如图6所示。主测深线间隔为图上1.5cm，测点间距为图上0.25cm。岛礁附近海底地貌复杂的海区，及需要详细探测的重要海区，测点间距缩短，岛礁周围视情况绕岛一到三圈。检查线的方向与主测深线尽量做到垂直，且分布均匀，布设在较平坦处，能普遍检查主测深线。计划布设单波束主测线3398km，检测线220km。实际测量主测线3395km，检测线251km；检查线总长达到主测深线总长的7.4%。
3.3 测点定位
根据本项目设备配置情况，在水下地形测量实施过程中，采用GPS-RTK与DGPS定位技术。测量前在已有CGCS2000成果坐标点上进行仪器精度测定，确保仪器精度符合要求，并进行仪器稳定性测试，确保仪器稳定可靠。对天宝R10（星站差分机）、C-nav3050（星站差分机）、天宝R8（GPS-RTK）仪器精度测试，定位误差最大为3cm，满足要求。水下地形测量时，测深定位点间距为图上0.25cm，地形变化剧烈处适当加密；定位点点位中误差均不大于图上1.0mm。
3.4 测深仪器检核与精度确认
在组装测量船时，测深仪换能器安装在船体稳定处即船体中间部分，保持换能器垂直与水面，换能器安装牢固、作业期间没有滑动，波浪补偿器靠近测深仪换能器。
测深仪测前经过稳定性、一致性试验和静态比测，符合要求的仪器才投入使用；每天工作前都使用声速剖面仪测量作业区域的水中声速，并对测深仪进行声速改正，取样由计算机每隔一段时间自动取样，由于测区范围内外界温度、盐度等因素对声速的影响较小，故测试时声速均设定为1500m/s。
每天作业前后精确量取测深仪换能器吃水，并使用测深杆在平坦的海床上对测深仪进行静态比测，最大测深比对误差为5cm；在测区选择了一个海底平坦、底质较坚硬的海区，水深为船吃水的7倍左右，该海区能保证船只用各种速度航行，观测定位仪的固定位置与水深的差值三次以上，求二者平均得到测深仪动态比测，加上静态吃水，即为测量船只在常规测量航速下之动态吃水。
3.5 开展测量工作
在AutoCAD上布置好计划测线，并套绘已知资料中各地区海岸、岛屿、礁石的水边线，特别标明测量海区的暗礁、干出礁、危险礁、助航标志的位置及边线，再转换成测量导航文件。使用中海达导航软件，设置好定位参数和记录模式，连接好测深仪、定位仪、波浪补偿器、计算机，引导测量船进入测线位置，按指定的测点间距进行测点定位和测深，并根据导航软件实时修正测量船航向，保证航线的准确性。
为了保障测量的精度与规范性，导航测深时必须满足：
①测量船保持匀速、直线航行。
②每天对测深仪进行时间校正，使测深仪时间标记与定位时间保持同步。
③对海底地形变化剧烈的地区，进行加密测量，加密的程度以完整反应海底地形为原则，采集水深点的间距为5m或10m。
④测量过程中测量船前后左右摆动过大，当风浪引起测深仪回声线波形起伏较大时、波浪超过0.6m时暂停作业。
⑤检查线的测量方法及测量精度与主测线相同。检查线的定位点间距根据测量比例加密，保证与主测线有重合点（图上0.5mm内）。
3.6 处理定位数据与水深数据
在处理定位数据时，首先进行位置偏心改正，当定位中心与测深中心两者水平位置不重合时，根据测定的偏心距进行测点位置归算。然后进行粗差数据剔除与改正，对时间出现异常的测点进行时间修正；对位置或者水深出现异常的测点，当异常点小于2个时，由于不影响成图，后续处理直接剔除，当大于2个时，按照规范重新进行测量，直至符合规范要求。
在水深数据处理时，首先进行水深数据检查校对，由作业人员对卫星数、卫星质量、测深数据等要素进行校核，对水下地形测量中漏测地形特征点根据测深仪测深迹线按坐标进行内插；然后按测定记录的静、动态吃水参数进行换能器吃水改正；再根据校对法或声速剖面仪获取的声速改正数进行改正；如果所测数据受到风浪影响较大，则必须在进行海底高程计算前，采用消浪软件对水深点进行消浪处理，对所有测线记录水深数据进行校对，剔除或修正粗差点，并对波浪部分进行平滑处理。
使用中海达海洋测量软件对经合理修正后的水位文件及断面数据文件，采用三角分带解析法求解各断面测点的海底高程，并用同样的方法计算检查线测点高程。最后，统计主测线测点与检测线测点重合点（图上1mm范围内）的比较结果。
3.7 成图与质量检核
将经过消浪处理的数据添加验潮站信息、设置水位改正方案、设置水位改正方案、批量改正水深，从而获得坐标、水深、高程数据，完成潮位改正；再导入南方CASS软件，制作成果图，如图7即为海底地形图，图8为水深图。
2015年6月9日-11日，广东省测绘产品质量监督检验中心对本项目进行了外业抽样检查。采用单波束对整个测区均匀抽取26幅图进行了检查，检查比例为6.0%。
2015年10月进行了内业抽样检查。单波束主测线3395km，检测线251km，检测线与主测线的百分比为7.4%，超过设计书规定的5%，多波束的主测线2862km，检测线57km，检测线与主测线的百分比为2%，大于规定的1%。数学精度经检测线检查，测深精度合格，满足设计书的要求。统计主测线测点与检测线测点重合点（图上1mm范围内）的比较结果，高程中误差见表2。
4 结论与展望
综上所述，利用单波束测深技术为核心的综合性方案，顺利地完成了深圳市2～10m浅水区域的地形图测绘任务。充分的装备工作、合理的流程安排、先进的仪器设备、缜密的工作规范都是方案中不可分割的重要一环，是高效率、高质量完成工作的基础保障。合理地设计单波束测深方案，不仅有利于提高海洋调查的工作效率与成果质量，而且为近海区域的测深工作开辟了一种成本更低、操作更安全有效的方法。
虽然本次设计的方案顺利达到了各项指标要求，并与多波束、侧扫测量成果相结合，最终获得了全面的海底地形地貌调查资料，但其中依然存在一定的不足和可以提升的空间：
①在规范要求中没有对声速剖面仪的使用进行量化指标，测量水中声速的数据并非即时性的，因此可能会受到潮汐、大气环境骤变等因素的影响，对测深仪中参数的设定与修正产生偏差。
②测量船中缺乏记录姿态的传感器，快艇抗干扰的能力相对较弱，易受到风浪的影响而使测深仪的回声线波形成不规则形起伏，在海面起伏剧烈的时不得不停止工作，使得测量工作的开展受天气制约较为明显。
③初步划分单波束与多波束测区的时候，没有明确地规定二者范围的重叠度，也没有进行统合二者精度的综合性成果，需要一种具有容错性和交叉性的分区计划，并将二者结果进行联合平差，提高边界精度的同时实现单波束与多波束测深成果的无缝对接。
④进一步考虑在测量船上安装其他的传感器与专业设备，实现协同工作，利用便捷高效的单波束测深系统，将生物、地质、化学要素等调查的结果同时录入在空间数据库之中，为进一步的分析与研究提供具有多元信息的数据来源。
随着对海洋资源的开发利用逐渐走进公众的视野，通过对传统的海洋测绘所使用的技术进行优化升级，形成新的技术手段与工作模式已经势在必行。在智能科技蓬勃发展的当今，在设计单波束测深方案之时，可以考虑更多地借助于科技的便利，以人的智慧与经验作为中枢，一方面从决策角度构建和优化工作方案，另一方面高效利用自动化程度较高的仪器与软件，提升工作效率与成果质量。
参考文献：
[1]陈练，苏强，董亮，左艳军，葛宋.国内外海洋调查船发展对比分析[J].舰船科学技术，2014（S1）.
[2]郑勇玲，吴承强，蔡锋，鲍晶晶，许艳.我国海底地貌研究进展及其在东海近海的新发现、新认识[J].地球科学进展，2012（09）.
[3]李国庆.单波束测深仪设计与实现[D].哈尔滨工程大学 2009.
关键词：声场模型，简正波，水声学
1.引言
从不同的物理角度看待波动方程，可以建立不同的声场模型，对应不同的数值解算方法。随着波传播理论的发展，海洋声学领域中的多种数值模型应运而生。根据不同的声场模型选择不同的声场计算理论是提高声场计算精度和计算速度的重要方法之一。现有的声传播模型大致可分为简正波模型、射线理论模型、抛物方程模型、快速场模型和多途展开模型。这些模型是水声学相关理论研究的基础，不同的模型具有不同的优缺点，其中，简正波模型是比较经典的声场模型，它具有模型精度高，物理意义明确的优点，目前广泛应用于水声学研究。
2.简正波模型原理[1]
简正波模型假设声场环境与距离无关，然后利用分离变量法求解波动方程。首先把海洋看作硬质海底，水深为常数的水层。声速c(z)与介质密度r(z)是与深度有关的函数。点声源位于zs处，这样声场应满足非齐次赫姆赫兹方程，由于是圆柱对称的，非齐次方程可写为：
（1）
带入边界条件后，可以解出在远场条件下，声压场可以表示为
（2）
式中: kn为第n号简正波的波数，βn为简正波的指数衰减因子，un(z)为正交归一的本征函数，r为声源距离，z，zs分别为接收水听器和声源深度，w为声源角频率。简正波解是波动方程精确的积分解，它是用简正波(特征函数)来描述声传播，每一个特征函数都是波动方程的一个解，把简正波迭加起来，以满足边界条件和初始条件，就得到简正波解。
3.基于简正波模型的计算程序——KRAKEN程序[2]
简正波模型的精确解很难得到，目前工程上常用数值解法得到简正波模型的解。目前，基于简正波理论的声场计算软件有KRAKEN，SNAP，SNAPRD和ORCA，但是还没有能够快速解算三维声场的理论模型。下面介绍常用的一种简正波计算程序——KRAKEN程序。
KRAKEN是在直角坐标系和柱面坐标系下处理径向相关问题的简正波程序，其中与径向相关的解采用绝热耦合简正波方法给出。KRAKEN程序可以自由选择绝对软、绝对硬、均匀半空间等边界条件，能够处理分层介质环境，考虑了界面的粗糙度和弹性介质的情况，并可计算表面和底部平面反射系数。求特征值的方法有效的保证收敛。，水声学。
KRAKEN程序实际是由很多子程序组成，不同子程序完成不同的任务。按其功能主要完成下面3个任务：
（1）模式计算
模式计算程序包括KRAKEN、KRAKENC及KRAKENL，在处理实际问题时只要选择其中一个。它们的主要功能是读入环境文件（ENVFIL），计算出各阶简正波的波数，相速度以及深度方向的声场值等，并且存入到MODFIL和SHDFIL中。
（2）声场计算
FIELD：计算水平方向上各点的声场值。对于环境与距离有关的问题采用绝热近似或单向耦合模式。
FIELD3D：使用绝热近似理论计算三维可变环境问题的声场。需要输入一个附加的海底环境参数文件FLPFIL。，水声学。
（3）绘图程序
PLOTSSP:绘制对应声场环境的声速剖面图。
PLOTMODE:绘制计算出的各阶简正波模式。
PLOTTTLT:绘制某一确定深度上沿水平方向的传播损失。
PLOTTLD：绘制某一确定距离上沿着深度方向的传播损失。
POTFIELD：采用直角或极坐标绘制二维声场传播损失图。
PLOTXYZ:绘制声线图。
4.数值仿真
声场计算是水声学理论研究的前提。，水声学。下面分别给出几个典型的海洋声场环境，生成环境文件然后利用KRAKEN程序计算出海水声场的分布，并分析计算的结果。
假设某海水声场海深2000米，海面是绝对软边界，沉积层厚度为200米，海底是硬质海底。海水中声速、沉积层声速以及密度已知，声源位于440米处，声源频率50Hz。
利用生成的环境文件，用KRAKEN程序计算生成模式文件MODFIL，用模式绘图程序PLOTMOD将该声场的简正波模式绘制出来，如图所示。图1是第1、2、10阶简正波幅度随深度分布图，图2为所有的简正波模式，共有21阶。
图1 频率50Hz时第1、2、10阶简正波模式
图2 频率50Hz简正波模式分布图
利用计算出的模式文件和生成的FLP文件就可以将上述海洋环境下的声场分布绘制出来，如图3所示。由图可见这是一个典型的混合层声道，声波能量集中在声源深度440米的一个声道层内，这一仿真结果和声速梯度分析结果是一致的。
图3 声场分布图
5.结束语
简正波模型虽然精度较高但是也存在一些问题。第一，当简正波阶数较多时，简正波计算量增大，因此简正波不适合处理高频深海问题，而适合低频远距离求解，能够给出声场严格的解析解。，水声学。第二，求解宽带信号或脉冲信号时，简正波理论只能进行逐个频率单独计算再叠加合成，计算量很大。，水声学。第三，对于非水平分层介质问题，对海底地形、声速、密度等海洋环境参数变化剧烈的传播问题只能用耦合简正波方法，但其计算量非常巨大，对于实际应用是不可取的，只能做一些简单的理论计算，作为检验其它方法的标准。，水声学。第四，本征方程的求解是难以解决的问题，研究表明，只有几种特定的介质情况能够获得本征方程的严格的解析解，而在绝大多数海洋环境中只能通过数值近似方法求解。这些近似方法有WKB近似[3]、WKBJ近似、WKBZ近似等。由于这些原因，简正波模型在实际工程应用中受到限制，目前国内外学者正致力于研究快速精确的声场模型。
参考文献：
[1]刘伯胜，雷家煜.水声学原理[M]，哈尔滨工程大学出版社，1993
[2]PorterMB.TheKRAKENnormalmodeprogram[CP]，SACLANTUnderseaResearchCentreMemorandum(SM-245)/NavalResearchLaboratoryMem.Rep.6920(1991).
[3]HenrickRF，BrannanJR，WarnerDBandForneyGP.TheUniformWKBModalApproachtoPulsedandBroadbandPropagation[J].J.Acoust.Soc.Am,1983，74(1464-1473.
关键词：导航 海底地形 数据标准
1 三维地形数据发展现状
1.1 美国SRTM 90米分辨率原始高程数据
由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量。2000年2月，美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载SRTM系统，共计进行了222小时23分钟的数据采集，获取北纬60。至南纬60。之间总面积超过1.19亿平方公里的雷达影像数据，覆盖地球80%以上的陆地表面。SRTM系统获取的雷达影像的数据量约9.8万亿字节，经过两年多的数据处理，制成了数字地形高程模型（DEM），即现在的SRTM地形产品数据。此数据产品2003年开始公开，经历多次修订，目前的数据修订版本为V4.1版本。SRTM地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3，对应的分辨率精度为30米和90米数据（目前公开数据为90米分辨率的数据）。SRTM的数据组织方式为：每5度经纬度方格划分一个文件，共分为24行（-60至60度）和72列（-180至180度）。
1.2 日本GDEM高程数据
2009年6月，日本经济产业省（METI）美国航天局（NASA）与共同推出了最新的地球电子地形数据ASTER GDEM（先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型），该数据是根据NASA的新一代对地观测卫星TERRA的详尽观测结果制作完成的。这一全新地球数字高程模型包含了先进星载热发射和反辐射计（ASTER）搜集的130万个立体图像。ASTER测绘数据覆盖范围为北纬83°到南纬83°之间的所有陆地区域，比以往任何地形图都要广得多，达到了地球陆地表面的99%。ASTER GDEM数据是世界上迄今为止可为用户提供的最完整的全球数字高程数据，它填补了航天飞机测绘数据中的许多空白。NASA目前正在对ASTER GDEM、SRTM两种数据和其他数据进行综合，以产生更为准确和完备的全球地形图。
1.3国家测绘局
“中国空间信息网”（）网站上提供了下列空间数据产品：地形数据库、地名数据库、数字栅格地图数据库、数字正射影像数据库、数字高程模型（DEM）、重力数据库、大地数据库。数字高程模型（DEM）产品按比例尺分为：1：100万、1：25万、1：5万、1：1万。1：100万数字高程模型利用1万多幅1：5万和1：10万地形图，按照28".125X18".750（经差X纬差）的格网间隔，采集格网交叉点的高程值，经过编辑处理，以1：50万图幅为单位入库。原始数据的高程允许最大误差为10-20米。全国1：100万数字高程模型的总点数为2500万点。1：25万数字高程模型的格网间隔为100mX100m和3″×3″两种。陆地和岛屿上格网值代表地面高程，海洋区域格网值代表水深。另外，国家测绘局于1999年安排生产了七大江河区域范围的1：1万数字高程模型，其格网尺寸为12.5m X 12.5m。已完成13781幅，数据量达24GB。
1.4 中国科学院
中科院“国际科学数据服务平台”提供以下DEM数据产品：中国30米分辨率数字高程数据产品、中国30米分辨率坡度数据产品、中国90米分辨率数字高程数据产品、中国90米分辨率坡度数据产品、中国90米分辨率坡位数据产品、中国90米分辨率坡向数据产品。其中，中国30米分辨率数字高程数据产品利用ASTER GDEM第一版本的数据进行加工得来，是覆盖整个中国区域的空间分辨率为30米的数字高程数据产品。
2 现有二维电子海图标准不足
IHO特别出版物S-57是IHO数字海道测量数据传输标准。它主要目的是为不同海道测量组织之间交换数据、向航海设备生产厂商、航海者和其他用户数据用。S-57在1992年5月被第十四届国际海道测量大会正式批准为IHO的官方标准。它的确保了各类海道测量数据的转换具有统一和规范的格式。但是，在近几年的推广使用过程中，人们发现S-57标准存在很大限制，如标准维护缺乏弹性、不支持栅格、图像数据和时变数据格式等。现在的S-57 3.1版本已经“冻结”，换句话说，即标准内容已不再改变。这更难满足随时变化、日益增长的海洋测绘和航海保障的需求。
以S-57标准为基础的二维电子海图在航海领域已得到了广泛的应用，然而它与其他的二维海图一样，本质上都是基于抽象符号的系统，不能直观还原自然界的真实面貌且易形成抽象多义化，给使用者的辨识和符号意义还原带来困难。另外随着应用的逐步深入，三维高程、水下海岸等信息越来越重要，迫切需要真三维这种表现方式的出现。目前二维电子海图导航技术也一直在采取各种措施来弥补二维固有的缺陷，例如对于航标、重要建筑物、关键地形，通过提供图片链接，使驾驶员得到相应物标的直观图像信息，利用各种动画图片来表征灯标的灯质等，但这些手段是远远不够的，我们需要建立真三维的航行环境，为二维平台引入三维这一直观、形象辅助手段，进一步提高船舶航行的安全性。ECDIS系统作为地理信息系统在航海领域的特殊应用，结合陆上地理信息系统的发展趋势，我们可以预测三维电子海图导航技术将成为电子海图技术的重要发展方向之一。
另外，ENC数据单元的数据大小不超过5兆，因此，海事测绘的图幅ENC数据在原始测量数据的基础上进行了大规模的抽稀和压缩，这样原始测量获取的高密度多波束水深点数据未得到有效的应用，造成了这些数据资源的浪费。未来若不同密度的海底数字地面高程模型数据，则可以充分发挥测量数据的效益，满足不同用户的不同需求。
当前，S-100系列标准是IHO正致力于重点发展的海道测量最新标准，它将支持多种数据格式，如图像和栅格数据、3D、随时间变化的数据 （X， Y， Z和时间），以及超出传统海道测量范围的新应用，例如，高密度水深、海底分类和海洋地理信息系统。它也将能够使用获取、处理、分析，访问和提交数据这些基于Web的服务。重要的是要认识到S-100不是一个S-57标准的修订版本。S-100是一个新的标准，其中包括更多的内容并支持新的数据传输格式。它将成为新的可界定的最广泛的各种应用和利用的水文数据基础标准。S-100将按照IHO网站上的ISO合格注册进行汇编和管理，并将成为地理信息ISO 19100系列标准的一部分—目前，有超过40个标准列入ISO 19100系列。这些已经包括国际标准（包括已实施的和草案）的时空架构、数据、图像和栅格数据、资料、描述和编码。
在S-100的第8 部分“影像和栅格数据”中定义“影像”为一种特殊类型的栅格数据结构。并指出：海道水深就其性质而言是一组测量数据点。这些数据点可以采用不同方式的格网结构进行表示，包括使用一个规则格网间距的高程模型，以及用单元大小可变的不规则格网。它们也可以用不规则三角网或者点集表示。
3 数字三维海底地形模型产品标准研究
虽然，目前S-100对三维数据交换标准的规定还不是十分细化，但是S-100的基本原则就是要与S9001等通用测绘标准相一致，网格时变数据在S-100的标准中明确表示将支持NetCDF格式，可以预期的是在未来S-100标准框架下，NetCDF一定是其中重要的标准格式。基于以上提出问题，本文研究在现行S-57电子海图数据标准的基础上参考新版海道测量数据地理空间标准S-100中的数据模型，定义了海事测绘三维航道数据的交换标准，同时参考目前成熟的三维GIS建模技术及三维场景重建和可视化技术提出了三维航道模型的建立与实现的关键技术。
3.1 NetCDF标准的介绍
NetCDF（network Common Data Form）网络通用数据格式是由美国大学大气研究协会的Unidata项目科学家针对科学数据的特点开发的，是一种面向数组型并适于网络共享的数据的描述和编码标准。利用NetCDF可以对网格数据进行高效地存储、管理、获取和分发等操作。NetCDF文件开始的目的是用于存储气象科学中的数据，现在已经成为许多数据采集软件的生成文件的格式。NetCDF提供一组针对阵列数据访问的接口，一个可自由分发的数据访问库（包），支持C、Fortran、C++、Java、R以及其他的一些语言。NetCDF数据具有下列特性：自我描述、可携带和可移动性、可伸缩性、可追加性、可共享性、可存档行。由于NetCDF是一种灵活的、自描述的，并能表达大量数组数据的格式，因此NetCDF在地球、海洋、大气科学中得到了广泛的应用，许多国家的组织和科学机构都采用NetCDF作为一个表示科学数据的标准方式。例如，NCEP（美国国家环境预报中心）的再分析资料，NOAA的CDC（气候数据中心）的海洋与大气综合数据集（COADS）均采用NetCDF作为标准。
支持NetCDF的软件和系统有许多，除了ArcGIS，还有Matlab、Ferret、GrADS、PanoplyWin等。
3.2 数字三维海底地形模型产品标准
不同于现有的陆地数字地形模型采用纯二进制或文本文件的表示方法，本文提出的数字三维海底地形模型采用NetCDF作为数据存取的手段，这样保证格式具有足够的开放性，能够被现有大量的软件支持，同时适应S-100未来的发展。数字三维海底地形模型产品的数据来源主要有两大方面：一是原始测量产生的多波束、单波束水深数据，二是制作完成的电子海图ENC数据。与数字海图类似，海底地形数字模型产品也是海道测绘测绘数字化保障的一个产品形式，可用于海底电缆、管道等海上工程、海洋石油、海上交通运输、海洋环境保护、海上航行安全等海洋综合开发、利用和管理。它按照固定大小的格网间隔，表示了海底地形的深度。
3.3 元数据设计
元数据是描述数据的数据。数字三维海底地形模型产品的元数据需要包含以下信息：数据标准名称、数据标准版本、数据制作方、数据测量日期和时间、数据制作日期和时间、数据集名称、平面精度、深度精度、接边精度、等效比例尺分母、数据范围、采样间隔、平面坐标参照系、垂向坐标参照系、插值方法、维度、坐标轴名称、起始点位置、网格行数、网格列数、坐标单位。
网格值矩阵
一定海区内规则格网点的平面坐标与深度的数据集合。格网的遍历顺序按照ISO 19123附录C中定义的方式进行。可采用的遍历方式有：线性扫描（Linear Scan）；莫顿顺序（Morton Order）。下图表示了格网的线性扫描遍历以及一个莫顿顺序的遍历。莫顿排序容易适应不规则形状的格网以及格网大小可变的格网。莫顿顺序对应于一个二维的四叉树，并且可以扩展为更高维的。莫顿遍历顺序可以处理大小可变的单元。曼顿顺序是从左到右，从底到上，逐个单元、不考虑单元大小地遍历。它先增加X坐标，然后是Y坐标。这也可以扩展到多维的情况，先增加X坐标，然后Y坐标，再然后Z坐标，以此类推到更多的维度。
4 数据转换和试验系统
建立DEM的方法有多种。从数据源及采集方式讲有：直接从地面测量，例如用GPS、全站仪、野外测量等，从现有海图上采集、内插生成DEM等方法。DEM内插方法很多，主要有分块内插、部分内插和单点移面内插等几种。目前常用的算法是通过等深线和水深点建立不规则的三角网（TIN）。然后在TIN基础上通过线性和双线性内插建DEM。主要的离散点网格生成算法应该有：移动平均插值法、距离平方倒数加权法、趋势面拟合技术、样条函数插值法、克立金法插值法。
本原型系统采用西戈公司的cgGlobe三维地理信息&虚拟现实软件平台作为底层三维开发支撑平台，用Microsoft Visual C++开发工具实现航道数据NetCDF 格式数据的访问接口，选用微软的WPF技术作为整个软件呈现界面功能。三维航道数据主要来源于多波束水下测量形成的水深文件和ENC电子海图中提取的水深数据等，本原形系统将这些不同种类的水深数据统一以三维航道数据交换标准（草案）中的网格覆盖数据标准的NetCDF数据格式。各类原始水深数据经提取后可以比较容易的生成XYZ格式的水深数据文件，再将其转换为符合三维航道数据交换标准中的网格覆盖数据标准的NetCDF数据格式，由NetCDF数据读取模块接入cgGlobe三维GIS平台，完成数据交换流程。
本系统采用经企业应用程序经典的三层结构，从下至上分别为：数据层、逻辑业务层和呈现层。分层设计通过把不同的逻辑封装在不同的软件开发层次上，来实现逻辑意义上的层次结构。逻辑上实现软件功能的封装性和相对独立性。数据层主要包括三维航道数据和其他GIS相关基础数据，为业务逻辑层提供数据支持，业务逻辑层则实现三维航道的数据的组织、三维建模、渲染和各查询功能接口，呈现层则将接受用户的输入并在三维渲染画面上叠加显示各查询结果信息。
5 结束语
下一步，将对标准继续完善，优化数据转换软件，开发数据质量检测软件，争取尽早纳入海事测绘产品体系。另外，将研究内容扩展到航标、地面建筑等其他目标的三维建模标准、数据生成算法、场景显示调度等方面，形成整个海洋的真实化三维场景，并开展相关的应用研究，争取尽早实现全要素的船舶三维导航的海洋环境数据生产、质检、、应用的全套体系。
参考文献
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[2]梅雄，钟成雄，电子海图显示与信息系统简介.中国航海学会内河海事委员会2006会议论文集，2006
[3]李军，滕惠忠.海底三维可视化技术及应用[J].海洋测绘，2004，24（4）
[4]胡清华等.利用MB-System软件进行多波束测深数据处理的研究[J].海洋测绘，2006（5）
关键词：遥感测量；城市建设；发展趋势
中图分类号：K915 文献标识码： A
Abstract：the ability of remote sensing data to get the data with the development of technology has been greatly improved， which also increased the remote sensor's application ability， make it has a practical value in many fields. With deepening of degree of application， new technology and method must be made photogrammetry and remote sensing technology to a higher level， for the development of the measurement of lay a solid foundation.
Key words： remote sensing； Urban construction； The development trend
引言
摄影测量与遥感技术的应用已经逐渐步入信息化阶段。随着我国航空航天技术的不断发展，如何将各行各业的发展与摄影测量和遥感技术相结合从而推动我国经济的发展，已经成为未来摄影测量和遥感技术发展的主要方向。
一、摄影测量与遥感技术的现状
从摄影测量与遥感技术的发展来看，摄影测量与遥感技术在近30年的时间里已经涉及到城市建设、水利、测绘、海洋、农业、气象、林业等各个领域，在我国的经济发展中起着至关重要的作用。摄影测量从20世纪70年代后期从模拟摄影中分离出来，并逐渐步入数字摄影阶段，摄影测量正在逐渐的转变为数字化测绘技术体系。
1、摄影测量与遥感技术有利于推动测绘技术的进步
我国的摄影测量从上世纪70年代后期经历一个系统的转变。在经历了模拟摄影测量以及解析摄影测量阶段之后，摄影测量终于步入了数字摄影测量的阶段，这也成为我国传统测绘体系解体，测绘技术新体系兴起的标志。
首先，从数字影像的类型来看，当前我国已经建立了数字栅格图、数字高程模型以及数字正射影像，土地利用与地名数据库也随之建立起来，摄影测量与数据库的多样性在一定程度上为生产运用提供了可能，从而进一步推动了测绘技术的发展。
其次，由于摄影测量与遥感技术的飞速发展，也逐渐被国家所重视，并利用这两项技术来完成了各种地理比例尺地形图的绘制。此外，还推动了诸多具有全国界别的基础地理信息数据库的建立。比如：比例尺级别为1：50000，1：1000000等的部级地理信息数据库；除开部级的，还有省级、县级等的地理信息数据库等。
2、摄影测量与遥感技术有利于提升空间数据的获取能力
我国获取空间数据的能力在经过五十年的发展，有了较大的提升。对具有自主知识产权的处理遥感数据平台进行了研发，从而推动了国产卫星遥感影像地面处理系统的建立，并在摄影测量方面积极进行研究和探索，为我国独立处理信息、获取观测体系的建立提供了坚实的基础。
首先，从获取数据的能力方面来看，传感器在国家863以及973计划的支持上成功被研制出来，成功发射了对地观测的包括通信卫星、海洋卫星、气象卫星以及资源卫星等五十多颗卫星，并推动了资源、风云、环境减灾以及海洋四大民用对地观测卫星体系的建立，实现了从太阳和地球同步轨道对地球多传感器、多平台的观测以及对地球表面分辨率不同的雷达和光学图像的获取，并将这些获取的数据用于对海洋现象、大气成分、自然灾害以及水循环等各个方面的监测。
其次，从数据储备方面来看，数据积累已经成功的覆盖了全国海域、陆地以及我国周围国家和地区的包括一千五百万平方公里的地球表面数据。
二、遥感测量技术在地籍测绘中的应用
1、动态监测应用
随着越来越成熟的技术已融进地籍测绘中，比如遥感结合地理信息系统，以及GPS等定位技术，给土地测绘带来了更多的方便。遥感测量技术在地籍测绘中的应用，最直接的一点便是其动态监测。所谓动态监测，就是运用遥感测量技术，对土地的变更、土地调查和动态进行相关监测。在地籍测绘中，动态遥感监测技术是对土地利用率和相关调查资料，通过数字和图形等难识别对象为基础，利用计算机相关技术，对难识别的信息进行处理，变成可识别的文字和图像，然后记录相关数据信息，合理确定监测周期，对土地利用变化情况进行全新的监测，各个时期的数据进行对比，做出结论。地籍测绘相互资料便于核查土地利用总体规划，为国家整体规划和相关决策提供可行的理论资料。动态监测，可以及时发现违法用地情况，对于违法用地情况上报相关部门，进行查处。
2、遥感测量技术运用
在计算机制图的环境下运用遥感资料编制出所需的地籍图，这是遥感信息在地理研究和测绘制图中的重要运用。利用遥感测量技术制作地籍图的技术流程主要体现为：先是选择合适的影像源，数据源不同特性也会不同，因此提取信息的方法也不相同，目前常用的遥感影像有Landsat-TM、SPOT等。其次要选择某种遥感软件进行影像的几何纠正和影像的配准，当前常用的遥感软件有ERDAS、ENVI等。然后是遥感影像的融合，通过影像融合，希望不仅突出其中较高的空间分辨率，还能保持良好的光谱特征。还可对融合后的影像进行线性拉伸、灰度变换等增强处理，以提高图像的对比度和清晰度，突出图像的细节部分，利于影像判读和量测。最后通过目视解译和实地踏勘相结合的方法，把不同地物的形状和各个区域的范围从遥感影像上提取出来，就是形成矢量文件，提取过程中，地物类型可参照地籍调查中的土地利用现状分类标准进行。
三、遥感技术的发展趋势
1、新型传感器 SAR 系统及其数据处理
怎样合理高效的处理SAR 数据并进行信息提取是当今研究的一个重要方向 ，在立体 SAR 方面 ，构象方程的建立、精度评估和平差参数的选取还将是研究的重点。在参数的提取上面已经发展基于知识的识别阶段，处理对象从像元到同质像斑发生转变，但是SAR 数据参数的提取效率和精度仍然影响着其发展。
2、多源遥感数据融合
在多源遥感数据融合方面，线特征的配准是当今的研究重点，现如今，各种新的数据融合方法不断出现，目标旨在保持丰富的光谱信息并提高计算效率。但是目前还缺乏统一的融合模型以及客观的评价方法。
3、高级新型分类算法
分类计数在近几年中出现了飞速进展 ，各种智能化和自动化程度很高的新算法涌现出来 ，成为了研究的热点。这些新的算法在精度方面都有了明显提高 ，而且 ，分类的不确定性分析也受到了重视。
4、遥感可反演参数的类型增多，精度提高
在参数反演方面，通过引进先验知识，改进参数的反演策略，使得涉及到海洋、陆地、大气、社会、生物等多领域的反演参数类型有了增加，而且其精度正在提高。
