简述海洋测量的特点 -简述海洋测量的特点有哪些呢

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海洋测绘是海洋空间地理信息测量与表达的总称，是研究海洋、江河、湖泊以及毗邻陆地区域各种几何、物理、人文等地理空间信息采集、处理、表示、管理和应用的专门学科，是测绘学的重要分支，是所有海洋军事、海洋科研以及海洋开发利用活动的基础。以下，结合前段工作实践，简述海洋测绘前沿技术。

海洋测绘相关技术

一、海洋测绘相关技术介绍

⒈海洋大地测量

海洋大地测量是陆地大地测量在海域、海区的延展，作为测绘基础，海洋大地测量为海洋测绘建立重力、磁力、平面、高程基准体系。除海洋物理大地测量（海洋重力、磁力测量），还包括建立海洋基本控制。平面控制是陆地坐标系统向海洋的拓展延伸；海洋垂直基准包括陆地高程基准、平均海平面和深度基准面。近年来，卫星测高、GNSS系统等相关技术快速进步并迅速普及，海洋垂直基准数据源与表达方式产生了深刻变革。

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⒉海洋导航定位

所有的海洋活动基本上都需要基于位置的服务目前，主要是借助GNSS联合系统（中国北斗、美国GPS以及俄罗斯、欧盟卫星定位系统）提供海上位置的服务。船舶、其他海上航行器等导航大多采用GNSS单点定位技术；中小比例尺水下地形测量的导航定位一般采用GNSS广域差分或星际差分技术；高精度测量的定位则主要采用GNSS RTK、PPK、PPP定位技术。

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水下导航定位多采用水下声学定位系统，如LBL和USBL，上述系统均应用交会定位方法，并且经常将其组合在一起使用。在具体作业时还经常组合使用声学定位技术、惯性导航系统、航位推算系统等，这样既可以保证水下导航定位精度，还能提高稳健性。近年来，为加强水下潜器导航的隐蔽性、长时性和连续性，经常会将惯导系统与海底地形、地貌等几何场、重力、磁力等物理场相关导航技术进行选择性匹配，实现合理组合、形成（无源）自主导航定位系统，服务于水下潜器导航。

⒊海洋遥感技术

海洋遥感技术主要包括以下几个类别：利用各种卫星资源（包括国内和国外的），对海洋工作区进行全方位、立体的实时监测，以获取波浪、温度、海冰以及风力等海洋环境第一手数据，从而获得长期、稳定、可靠海洋观测资料的卫星遥感；依靠机载可见光照相机和摄像机、红外线照相机、高光谱成像仪、雷达以及合成孔径雷达等进行海岸带地形测量，实施海岸线、植被、水色等监测的机载遥感测量技术；带状海底成像设备侧扫声呐系统、多波束成像技术、合成孔径声呐等声呐遥感；还有清澈海水环境下所采用的光学近景摄影技术等。

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⒋海洋工程测量

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海洋工程测量是海洋工程建设中实际勘查、设计与预算、施工与检查、建造与运行管理过程中所应用测量技术的总称。由于其内容比较宽泛，所以几乎涵盖了海洋测绘的方方面面。

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随着“走向深蓝”的推进，海洋工程日渐增多，复杂程度也越来越高，海洋工程测绘技术不断更新。水下声学定位、三维声呐和水下激光扫描仪用于水工建筑物检测、水面无人船巡检和水下潜器定姿、智能水下机器人搭载多波束水深测量等创新理念和创新技术层出不穷，以应对海洋科学考察、海洋资源调查、海洋工程建设、单一要素测量、多要素综合测量、“多测合一”等不同领域的工作要求，并取得了良好的效果。

⒌水深测量、水下、海岛礁与海岸带地形测量

目前，水深测量多采用单波束、多波束测深系统和机载激光（LiDAR）全覆盖测深等方法。

水深测量是海道测量的基本要求和手段，通过水深测量获取理论深度基准面上的水深，从而保障船舶航行安全；水深测量还应用于海底地形测量；水深也是海图制图的重要依据。

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水深测量的高程起算面多基于历年观测获取的平均海水面数据，或者是采用1985国家高程基准。GNSS一体化水深测量技术是现代船基水深测量的代表，可在航行中综合采集多源信息，经过数据加工，削弱、减少各种误差产生的影响，提升海底地形测量精度和作业效率。

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在进行海底、海岸带地形测量时，还会经常应用反演技术，如卫星遥感反演水深（借助可见光在水中传播和反射后的光谱变化，结合实际测得的直接水深数据，构建反演模型，实现大面积水深反演，再结合遥感成像时刻水位反算获取海底地形）、反演海底地形（依据重力异常和海底地形在一定波段内存在高度相关，反演出大尺度海底地形）、SFS方法（基于声呐图像实现海底高分辨率地形反演）等。

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岸上与海底地形相互连接的部分，亦即海岸带与海岛礁陆地地形与海底地形的过渡地带，是海洋空间资源不可分割的重要组成，毫无疑问，它是海洋测量的重点，而对其实施测绘的海岸带一体化地形测量技术目前受到高度重视，因为对海岸带、海岛礁陆地地形与海底地形进行测量也是编制海洋空间规划、实施海洋工程建设的需要。

传统海岸带地形测量一般采用全站仪、RTK进行，但对特殊区域，如海浪冲刷陡崖、高差较大或复杂地形等而言，施测难度很大，效率也比较低。目前，GNSS与机载LiDAR结合、航摄、遥感、水下近岸一体化测量技术迅速普及并得以应用。如在码头、堤坝等水域应用效果很好，水上水下一体化移动测量的特点是快速、动态和低成本，未来必将广泛应用于海岛礁与海岸带地形测量。

总体而言，当今使用的水下、水深、海岸带测绘技术更为先进，体现了高精度、立体化，且效率更高。

⒍海洋水文测量

海洋水文测量是海洋测量不可或缺的组成部分。海洋水文测量包括海流、波浪、泥沙、海水的温度与含盐度、水色、透明度、含沙量、浑浊度、海发光以及海冰等，其目的是了解水位和流速等与其他海洋测量有直接关系的内容，了解海洋水文要素分布状况和变化规律。

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海洋水文测量项目是根据调查任务确定的，海流、泥沙等水文要素观测应用于码头和航道区的选划、海洋环境评价、滩涂演变分析等；多要素的水文观测广泛应用于赤潮监测、危险化学品污染监测、海洋溢油调查、海岸侵蚀调查、海洋倾倒区选划、海洋自然保护区选划、特殊海区发展规划、海水增养殖区监测和陆源污染物排海监测等工作中。

海洋水文测量的观测手段大多利用卫星遥感、机载遥感、海洋浮标、岸基监测及船基测验等，观测方式大致可以分为大面观测、断面观测以及连续观测等。

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⒎海洋底质探测

海洋底质探测是海测量的重要组成之一。海洋底质探测的目的是为海洋动力学研究、各种海洋资源的开发利用、船只停泊锚地的选择、设计布设各类海底管线、水下潜器座底、海洋工程建设等海洋科学、海洋经济以及军事等提供准确的基础数据。

海底底质探测主要针对海底表面及浅层沉积物性质进行，以获取海床表面及浅表层沉积物类型、质地、分布等有关信息。

目前，常用的方法有表层采样、取样、柱状采样、浅地层剖面测量和单道反射地震等。表层采样、取样大多用采样器取样；柱状采样则利用水下钻探技术，钻孔取芯，以此分析结果。采用表层采样和柱状采样这两种方法虽然具有直观、可直接接触样本的优点，但效率低下、成本较高；浅地层剖面测量根据声波回波特征与底质的相关性完成底质探测，分辨率精度较高、效率也比较高；单道反射地震可以满足地质构造研究、航道疏浚、填海工程、海上基建项目选址等可研依据的需求，当然还可以应用于海底管线、隧道和各种掩埋物等的勘测、调查和研究。

⒏侧扫声呐测量

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侧扫声呐测量技术也是海洋测绘的重要手段。侧扫声呐系统主要是借助船只等各种海上航行器的左舷、右舷换能器阵列发射的宽扫幅波束，在走航过程中不间断地对海底进行线性扫描，从而形成可反映海底目标分布情况、地貌特征以及水体的条形带状图像。

目前，侧扫声呐测量是比较常见的条带式海底成像设备和扫海测量手段，侧扫声呐测量也应用于码头等水下构建物检测。

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随着科技的不断进步，侧扫声呐系统向多频段、多脉冲、多波束等方向发展的同时，又增加了测深及成像等功能，尤其是深度、精度、分辨率也不断提高，越加广泛地用于各种水下目标探测、扫海测量、裸露海底管线调查、海底障碍物探测等。

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⒐合成孔径声呐

关于合成孔径声呐探测（SAS）以虚拟孔径取代真实孔径，能更好地解决方位向分辨率问题。与传统侧扫声呐相比，SAS的最大优势是具有很高的方位向空间分辨能力而与距离不相关。

通过高、低频换能器组合，同时获取高频和低频声呐图像，进而相对清晰地呈现出海底地貌和海床下一定深度的目标。利用SAS搭载平台动态测量获取的信息并生成地理信息系统，可以自动定位目标，同时，还支持自主作业航迹规划（如由于特殊情况带来的随机决策或临时确定）。该GIS对条带成像后的声图进行拼接（亦称之为镶嵌），即可生成大范围的图像。

因此，SAS探测可以应用于海底地形测量、水下勘察及水下考古探查、水下军事目标识别等，特别是对海底管线路由调查、泥下小目标探测等是比较有效的。随着需求的增加和技术进步，合成孔径声呐技术将在以下几个方向迅速发展：SAS系统集成技术，尤其针对多频段（高、中、低）和多平台（舷侧、拖曳、UUV等）等应用；结合实时处理系统框架结构，借助现代信息技术研发出快速、精准、高效成像的算法，进一步提高性能，进而提升SAS系统实时处理能力。惯导和移动测量技术的不断进步也将促进SAS运动补偿技术升级；集合各方面相关技术，结合水声物理理论研究，促进SAS研究不断进步。

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⒑海洋地理信息系统

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海洋测绘技术还包括海洋地理信息系统（MGIS）建设（当然也包括CGIS——海岸带地理信息系统构建）。由于MGIS的关注重点和研究对象主要是海面海底、岩石岛礁、水体水质、海岸带以及大气等涉海自然环境，同时还关注、研究人类所进行的各类活动，对由此产生的不同来源的、复杂的、登台的空间数据进行采集、处理、集成、存储、分析、显示和管理，为不同用户提出的不同需求提供诸如电子海图绘制、综合制图服务、可视化表达、空间分析、模拟预测及决策支持等不同类型的多种服务。

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随着互联网技术的进一步成熟，应用Web技术还能够实现海洋数据和相关MGIS功能的实时更新与实时共享。MGIS为一应涉海管理部门的规划设计、评估评价、监测监管、决策支持、综合管理以及各类需求提供支持，实现涉海单位的信息资源共享，进而满足海岸带资源和海洋环境综合治理、管控的需要，以及航道整治工程测量、针对海底地形环境复杂地区的海洋磁力测量等。

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二、海洋测绘装备国产化现状

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海洋测绘装备国产化，核心是坚持中国特色的自主创新道路，研发中国特色的系列海洋装备。

具体地说，就是立足国际海洋装备技术前沿，瞄准中国的海情、国情，以自主创新为主线，以协同创新为手段，突破科研装备和产业装备的关键技术，打造具有自主知识产权的国产海洋勘测装备。

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近年来，我国在海洋测绘装备的自主研发方面投入了较大人力和物力，在引进、消化和吸收国外先进技术的基础上，海洋测绘装备的国产化进程取得了重要进展，如单波束、多波束、侧扫声呐、海洋重力仪、海洋磁力仪、水声定位等设备已基本跟上国外先进设备的步伐。

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在水声定位系统上，嘉兴中科声学科技有限公司生产的PS系列超短基线系统，可同时对5个信标进行跟踪定位，作用距离1000～3000m，测距精度优于±1m＋1.5%D，定位精度±1m＋2%D。江苏中海达海洋公司推出的iTrack系列便携式超短基线水下定位系统，融入了高精度差分RTK-GPS定位技术，可满足各种高精度的水下定位导航应用的需求，等等。

在多波束测深设备上，北京海卓同创公司推出的MS200/400浅水多波束测深仪，工作频率、测深范围，波束角、波束开角、工作Ping率等关键技术指标均达到国际主流产品水平；北京星天科技有限公司推出了具有自主知识产权的GeoBeam系列浅水多波束测深系统，测深深度、分辨率、测深精度、整机性能等指标都达到了国际同类产品的先进水平，等等。

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在侧扫声呐设备上，北京蓝创公司推出的Shark系列双侧/单侧侧扫声呐系统，最小水平波束宽度0.2°，垂直波束宽度45°，最高图像分辨率可达1.25cm，工作水深1000m；北京海卓同创公司推出的SS系列双侧/单侧侧扫声呐系统，最小水平波束宽度0.2°，垂直波束宽度50°，最高图像分辨率可达1cm，最大工作水深1000m，等等。

在海洋重力测量设备上，2014年航天科工集团公司研制成功基于三轴惯性稳定平台的海空重力仪原理样机GIPS-1AM，经海洋重力测量试验表明，其内符合精度优于1mGal；国防科技大学推出了采用“捷联＋平台”方案的第三代海洋重力仪SGA-WZ03，已完成7套设备的生产与推广应用，等等。

在海洋磁力设备上，中船重工715所先后研制了GB-6A型拖曳式海洋氦光泵磁力仪，CSCC-1型船载三分量地磁测量系统，2018年研制的GB-6B型海洋磁力仪通过严格测试，主要性能达到国外同类产品水平，灵敏度优于0.01nT，数据采样率可调，全球适用性良好，标志着海洋磁力仪国产化取得了重大突破。

在海洋测量资料处理软件系统开发上，广州点深软件有限公司根据市场需求相继开发了亿点通多波束测量软件和多波束后处理软件，可以接入市场上所有类型的定位、姿态仪、罗经和多波束等设备，强大的计划线布设功能，通过三维立体和二维平面，可辅助测量人员和舵手完成各种地形测量和海底调查任务，并极大地提高多波束外业数据采集的效率，等等。

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三、国产化存在的问题及思考

我国海洋科技领域，从陆上的实验室到海上的调查船，其大型科研探测和观测装备严重依赖进口，起码超过80%。

即便有了一些装备，但在探测精度、深度、研究尺度上与海洋科技大国的地位极不相称，我国在深海探测领域的装备产业化方面几乎是空白，远远落后于欧美、日本等国家和地区。

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海洋科研装备严重依赖进口，因此特别需要建立起真正自主知识产权的综合性、系统性、国产化的海洋科研装备研发和产业化体系。

我国的海洋装备产业几十年来以从事代理进口业务占主导，国产装备比例严重不足。国内科研院所对海洋装备投入也不少，只是大多停留在研发试用阶段，并未形成产业化、市场化和国际化的格局。

在海洋勘测装备领域，我们缺乏世界级海洋装备制造的龙头企业引领，多数国产研发企业规模不大，批量小、品种多、市场认可度低，阻碍了海洋勘测装备产品的产业化进程。

由于没有形成规模效应，造成投入产出比较低，难以吸引大的资本运作，难以聚集资本、人才、技术等促进行业发展。缺少资本引人就难以深度投入研发，国外同类公司也是靠资本兼并收购才逐步壮大的，有了资本的参与才能做强做大。

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因此，多数国产海洋高端装备由于技术和质量原因主要仅仅限于国内使用，远没有达到国际化的标准，也导致规模小、质量次，难以进入国际市场。

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应该看到，在当今的国际形势下，国产代替已经上升为国家战略，海洋高端装备自主可控成了大家的共识。所以各级部门都在积极推进其海洋勘测装备的国产化、商业化进程，努力扩展国产设备在实际工程中的应用范围和领域，鼓励国产厂家参与市场化竞争。

近年来，我国在海洋勘测装备的自主研发方面投入了较大人力和物力，在引进、消化和吸收国外先进技术的基础上，海洋勘测装备的国产化进程取得了重要进展，如单波束、多波束、侧扫声呐、海洋重力仪已基本跟上国外先进设备的步伐。

但我们也应认识到，除国产浮子式水位计设备牢牢占据了国内市场外，其余海洋测绘装备均处在刚参与市场竞争或尚未产品化应用推广，国产化进程还有很长的路要走，同时也面临着海外产品的市场挤压等问题。

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对于水下导航定位设备、浅地层剖面仪、海洋磁力仪等与国外先进设备存在一定技术差异的海洋测绘装备，应通过引进、吸收、消化和创新手段，加大研制力度，积极推进国产化进程，鼓励商业化应用，尽快打破国外产品的市场垄断地位。

同时，分析和研究市场需求，研判海洋测绘装备发展趋势，实现弯道超车。如针对水下导航定位深远海远程应用日益广泛的需求趋势，可在研制和发展超短基线定位技术的基础上，开展超短基线与长基线相结合、超短基线与姿态传感器一体化、超短基线与高速数字水声通信相结合、提高定位数据更新率等技术研究；针对海洋磁力测量正朝着高精度、智能化、小型化、多学科交叉和深远海应用方向发展，可在测量传感器的高精度和小型化、海洋磁场信息测量载体多样化、测量模式和测量要素多样化等方面提前布局。

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在此基础上，引导资本和高端人才的聚集，鼓励海洋勘测装备企业做强做大，兼并收购形成龙头效应，引领行业的发展。同时充分发挥我国集中精力办大事的体制优势，长期投资和集众人之力研发攻关，创新驱动实质上是人才驱动，谁拥有一流的创新人才，谁就拥有了科技创新的优势和主导权，要有全球视野，下大气力引进高端人才。

涉海单位及国家有关机构要多鼓励采购国产装备，在同等或接近国外产品的条件下，优先考虑国产装备。海洋装备的研发是一个长期积累的过程，需要不断在海试中、在多场景应用中改进自身的不足，用户越多、反馈的意见越广泛，产品的优化就越有利。对于深海装备要鼓励参与单位借船出海共享航次，以解决设备测试经费普遍不足的问题。

附录：海洋测绘装备供应商

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