海洋测绘的工序与多波束测量技术的策略调整

海洋测绘的工序与多波束测量技术的策略调整

王德江

交通运输部南海航海保障中心广州海事测绘中心510320

摘要：海洋空间信息数据库和海底地形图为海洋开发提供了支持条件。制图综合是制图学领域研究的热点问题，尤其是在多波束测深系统出现后，海底地形数据的获取分辨率相较于传统的单波束测深系统有了极大的提高，但是分辨率的提高也带来了海量数据冗余的问题，这使得制图综合显得尤为重要。传统的制图综合需要耗费大量的人工和时间，而计算机自动综合的结果又往往不够理想。因此，海底地形制图综合成为海洋测绘领域一个重要的研究方向。本文笔者主要讨论了海洋测绘的工序与多波束测量技术的策略调整，供同行参考互相学习。

关键词：多波束测深系统；多波束测量精度；海洋测绘工序；海洋测量；测绘技术

1、多波束测深系统综述

多波束水深测量技术的出现引起了海洋测量技术的一次重大变革，但是水深测量的核心目的是海图产品的出版。由于多波束数据量太大，如果不调整目前的技术体系，不仅发挥不了多波束技术的特长，相反会增大由水深测量到海图产品的时间。多波束的测深系统是使用多波束的原理，对水下地形勘测与测图的一种宽条带的回声测深系统，是计算机、数字化传感器、水声及导航定位技术等多种技术的合成。它工作的原理是由声波利用发射与接收换能器阵再进行声波广角度的定向发射与接收，通过不同传感器对每个波束测点的空间位置进行归算，进而可以得到与航向相垂直的条带式高密度的水深数据。

测深系统所载有的处理回声的设备较多。数字磁带机可按照所规定的格式进行数据导航、时间记录、纵横摇摆、罗经航向及各波束测得的水深与船的横向距离等相关数据，以便于后期的处理；数字打印机能够对所需要的所有数据记录进行时时监控；计算机可以预先给定一种程序，在按照这种程序对不同参数及数据在船上进行实时处理；数字绘图机能够沿这校正过的航行痕迹标绘出等深线图，及时的对海底地貌轮廓进行判读；显示器则是对系统模拟输出进行时刻得到监视，可直观的对横向深度剖面进行显示。

2、目前的海洋测绘工序技术和多波测量技术体系

近年来，在海洋测绘体系中，我国从地形、控制及水深等方面的测量再到海图编辑与加工出版等一系列工作已完全实现了数字化的技术改造。可是和纸质的海图工序相比较，但是这些对于它现在的供给与需求量的变化却不大，其主要的因素还是它进行改造的全部的技术都是借鉴了原纸质海图的工序，进行实施改造的。

在海洋测绘中，水深测量是最主要的工作，同时也是难度系数最高的，而多波束作为目前水深测量最先进的设备，它能够对所测水域进行全覆盖无遗漏的测量，进而能够客观全面的反映出所测水域的海底地貌。目前受到单波束到多波束测量方式的变化，多波束水深测量技术完全实现了垒覆盖的海底地形测量方式，这是一项重大的变革。但是，如果不对现在的测量要求与工序进行改变，不仅扩大不了海洋测绘产品的多样性和减少不了海图产品化的时间，反而由于数据量过大，增加了海图出版的负担。

3、多波束测量技术与海洋测绘工序的技术调整

由于技术工序的调整和测量重点的改变必会导致海洋测绘方法和技术的变革，大量的成熟技术需要改变，必需的难点技术需要攻克，部分的理论与方法也需要修正。

3.1、影响多波束测量技术的主要因素

多波束测深系统可形成高密度条幅式的水深数据，通常它使用广角度及多组阵来进行接收、发射，且其大部分都是由数字化的计算机与传感器技术、导航定位系统等各类技术进行高度集成的。因为多波束系统的纵向、横向测点都非常密集，必须要与之相配套高精度的GPS定位系统，否则测点的位置就会错位。测点一旦错位多波束系统便就失去了它勘测的意义，而所勘察到的海底地形也会畸变或失真。所以，必须保障测量的精度，严格的测量每个坐标的定位数据，以达到最佳测量结果。

影响多波束测量精度的主要因素包括：GPS定位系统的精确度对坐标精度所产生的影响、在不同的水域环境的音速对波束的传播所产生的影响、潮位的变化对水深所产生的影响、测船中换能器的相对位置等等。如坐标系的影响，因为多波束测深系统采用的多阵列的信号接收及广角度的定向发射，多个波束的形成及处理等技术，为了能够更好的理解波束海底的投影点的空间位置与波束的空间关系，第一就是要定义好多波束测船的参考坐标系。不论是便携式还是固定安装的多波束系统的换能器，其测量船相对的位置是不会变的，所以，在多波束的勘测工作之中，最真实的考察平台其实是测量船。由于在波束空间中其角度的表达相对方便，因此，测量船的进行参考的坐标系的原点一般设置在换能器的对称中心点，以船只前进方向的纵向船头的方向作为Y轴，以船只的横向右舷的方向作为X轴，而船只的铅垂向下的方向设为Z轴。除此之外，设计运动传感器时必须要在船中轴线相平行的方向进行装置。多波束船只进行参考的一些坐标系是一种随着船只不断运动而进行运动的一种三维坐标轴的坐标系，建立这种的坐标系，使得多波束的各个测深点的相对位置和测量船只的定位系统的大地空间的位置拥有了更加有效的联系，与此同时，也为不同船只的补给提供了便利。因此，所有坐标所进行定位的数据都必须准确且严格的进行测量。通过实际试验得出，进行工作时通过使用多波束的测深系统，对潮位与参考坐标系、导航系统和声速系统的定位等影响因素都要加以注意，对数据进行严格的精细的处理及利用合理的测量方法，完全能够发现水下一些较细微的地形变化，还可以很可靠准确的测得水下的地形图。

3.2、海洋测绘工序的技术调整

因为进行技术工序的改变或测量重点的调整，一定会使得一些海洋测绘等方面的技术及方法的发生变革，部分方法与理论需要修正，大量的不够成熟的技术需要克服。多波束测量系统有数据量大、全覆盖、精度高等特点，如果当前海图水深数据仍由相符合要求的多波束测量的源数据组成，水深测量工序不进行及时的改变，其发展是相当困难的，这样会加大从水深测量再到海图成品的时间差。

1)多波束和全数字摄影测量技术的出现不是单一的技术问题，会影响到整个技术工序的改变;也只有工序的变革，才可最大限度地发挥数字化技术的特长。2)引入NS和H-Cell概念，可扬弃按照模拟方式建立的海洋测绘的工序，形成一个海洋测绘产品的修测体系，突出体现了信息化的本质特征。3)海底地形NS是一个多波束的测量成果，不仅可形成H-Cell，而且能及时完成海图的更新，同时，也可实现海底DTM的产品化，扩大海洋测绘产品的多样性。4)立体像对是海岸地形的一个NS，与原始地形数据相结合，不仅可形成H-Cell，而且能及时完成海图的更新。同时，除了陆地DTM和正射影像产品以外，也可实现立体像对的产品化，扩大海洋测绘产品的多样性。5)海底地形NS到H-Cell的映射，由于海图要素单一，降低了自动综合的难度，可给自动综合技术的实用化提供重要条件。6)海岸地形NS到H-Cell的映射，由于引入了原始的地形数据，降低了图像自动识别技术的难度，可实现海岸地形摄影测量技术的智能化。7)NS概念的提出会导致摄影测量理论的变革，由NS到H-Cell的根本矛盾是图形与图像的匹配，难点技术是图像的自动识别。

4、结束语

由上可见，海洋测绘体系的三个核心环节分别为产品化、海洋测量及数据库，它们相互的影响，相互的依存，并共同发展。海图数据库的完成及多波束测量技术的进步，极大地影响了数据库的产品化，有效的缩短了海洋测绘产品化的时间，并且很好的提高了海洋测绘产品的多样性。

参考文献

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[2]暴景阳.海洋测绘垂直基准综论[J].海洋测绘，2012（2）.

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