簡(jiǎn)介：測(cè)繪學(xué)概論,趙建虎,第六章海洋測(cè)繪,§61概述,海洋面積占地球總面積的70，是人類生命的搖籃、現(xiàn)代社會(huì)的交通要道，也是地球上的資源寶庫(kù)。隨著人口的增加，環(huán)境的惡化，陸上資源的逐漸枯竭，今天，海洋已成為人類生存和發(fā)展的重要空間。由于海洋的重要戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)地位，瀕海國(guó)家間爭(zhēng)奪海洋勢(shì)力范圍的斗爭(zhēng)日趨尖銳，各海洋大國(guó)相繼提出了海洋研究和開(kāi)發(fā)計(jì)劃，并投入了大量的資金發(fā)展海洋產(chǎn)業(yè)，海洋事業(yè)出現(xiàn)了前所未有的繁榮景象。,611海洋與海洋測(cè)繪,我國(guó)是一個(gè)海洋大國(guó)。在東、南面有長(zhǎng)達(dá)18萬(wàn)公里的海岸線，與之相鄰有渤海、黃海、東海和南海，為西北太平洋陸緣海。按照聯(lián)合國(guó)海洋法公約，我國(guó)轄屬的內(nèi)水、鄰海、大陸架、專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的面積約為300多萬(wàn)平方公里，島嶼6500個(gè)，還擁有許多優(yōu)良的港灣。因此，海洋開(kāi)發(fā)和利用對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有戰(zhàn)略性意義。,一切海洋經(jīng)濟(jì)、軍事或科研活動(dòng)（如海上交通、海洋地質(zhì)調(diào)查和資源開(kāi)發(fā)，海洋工程建設(shè)、海洋疆界勘定、海洋環(huán)境保護(hù)、海底地殼和板塊運(yùn)動(dòng)研究等），均需要海洋測(cè)繪為其提供不同種類的海洋地理信息要素、數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)圖像。海洋測(cè)繪是一切海洋活動(dòng)的前提和基礎(chǔ)。,海洋測(cè)繪與陸地測(cè)繪中相關(guān)的理論和方法具有密切的聯(lián)系，但又有其獨(dú)特的一面；現(xiàn)代海洋測(cè)繪技術(shù)是建立在海洋物理知識(shí)基礎(chǔ)上的多學(xué)科的綜合；海洋測(cè)量環(huán)境相對(duì)陸地復(fù)雜，測(cè)量手段也比較獨(dú)特；現(xiàn)代海洋測(cè)繪已發(fā)展為潛載、船載、機(jī)載和星載測(cè)繪技術(shù)于一體的、多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科。,612海洋測(cè)繪的特點(diǎn),§62海洋測(cè)繪內(nèi)容,海洋測(cè)量包括海洋大地測(cè)量水深測(cè)量海洋定位海底地形地貌測(cè)量海洋工程測(cè)量海洋重力測(cè)量海洋磁力測(cè)量海洋水文測(cè)量,海洋信息管理包括海洋地理信息的管理、分析、處理、應(yīng)用以至數(shù)字海洋。,海洋測(cè)繪包括海洋測(cè)量、各種海圖的編繪及海洋信息的綜合管理和利用。,海圖繪制包括各種海圖、海圖集、海洋資料的編制和出版；,§621海洋大地測(cè)量,建立海洋控制網(wǎng)，為水面、水體、水底定位提供控制點(diǎn)服務(wù)。海洋控制測(cè)量主要包括海上控制網(wǎng)的布設(shè)和施測(cè)。海上控制網(wǎng)包括海岸、島陸、島島控制網(wǎng)。海底控制網(wǎng)的布設(shè)和施測(cè),海上控制網(wǎng)的布設(shè)與測(cè)量,海岸控制網(wǎng)主要包括島嶼與島嶼、島嶼與陸地間控制網(wǎng)，這些控制網(wǎng)的布設(shè)與陸地基本相同，但選點(diǎn)時(shí)，需要考慮海洋測(cè)繪的具體要求。海岸島礁、島嶼島嶼GPS控制網(wǎng)的布設(shè)，可方便的將陸地平面基準(zhǔn)及坐標(biāo)引入遠(yuǎn)離陸地的島嶼。目前，海岸控制網(wǎng)的施測(cè)主要采用GPS來(lái)實(shí)現(xiàn)。,,海底控制網(wǎng)的布設(shè)主要采用三角形和正方形圖形結(jié)構(gòu)。,海底控制網(wǎng),海底控制網(wǎng)的控制點(diǎn)為海底中心標(biāo)石。聲波在海水中具有很好的傳播特性，因而，觀測(cè)目標(biāo)的照準(zhǔn)標(biāo)志通常采用水聲照準(zhǔn)標(biāo)志（如水聽(tīng)器或應(yīng)答器），而觀測(cè)手段采用聲學(xué)測(cè)距技術(shù)。,雙三角錐測(cè)量,海底控制網(wǎng)測(cè)量和計(jì)算思想雙三角錐測(cè)量是首先利用正三角錐測(cè)量，獲得浮標(biāo)或者船體的平面位置，即通常的GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量，依目前的定位技術(shù)，采用非差單點(diǎn)定位，可獲得分米甚至厘米級(jí)的平面定位精度。正三角錐測(cè)量是聲學(xué)測(cè)量，利用超短基線或長(zhǎng)程超短基線確定各個(gè)水聽(tīng)器之間的距離，進(jìn)而獲得水底水聽(tīng)器的位置。正倒三角錐測(cè)量實(shí)際上利用了GPS測(cè)量技術(shù)和超短基線定位技術(shù)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)海底控制點(diǎn)的確定。測(cè)量和計(jì)算思想仍為傳統(tǒng)的邊交會(huì)。,海底控制點(diǎn)的解算原理,OUVW地固坐標(biāo)系。在測(cè)定GPS接收機(jī)與衛(wèi)星間距離RIJ的同時(shí)測(cè)量浮標(biāo)或船載聲納設(shè)備到水下水聽(tīng)器之間的距離RJM,并組建如下方程,上述數(shù)學(xué)模型為1測(cè)次倒三角錐和正三角錐的模型求解。當(dāng)1測(cè)次包含的衛(wèi)星數(shù)或應(yīng)答器多于4個(gè)，這樣的解具有很好的圖形強(qiáng)度。當(dāng)方程組隨著IJ和JM的增大而增大時(shí)，通過(guò)最小二乘將獲得不同水聽(tīng)器位置的解。,水深測(cè)量經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)展階段測(cè)繩重錘測(cè)量（點(diǎn)測(cè)量）單頻單波束測(cè)深（點(diǎn)測(cè)量）雙頻單波束測(cè)深（點(diǎn)測(cè)量）多波束測(cè)深（面測(cè)量）機(jī)載激光測(cè)深（面測(cè)量）,§622水深測(cè)量,（1）測(cè)繩重錘測(cè)量（點(diǎn)測(cè)量）,安裝在測(cè)量船底的發(fā)射換能器垂直向水下發(fā)射一定頻率的聲波脈沖，以聲速C在水中傳播到水底，經(jīng)反射返回，被接收換能器所接收，若往返傳播時(shí)間為△T。則水深H為,（2）單頻單波束測(cè)深（點(diǎn)測(cè)量）,,,（3）雙頻單波束測(cè)深（點(diǎn)測(cè)量）,換能器垂直向水下發(fā)射高、低頻聲脈沖，由于低頻聲脈沖具有較強(qiáng)的穿透能力，因而可以打到硬質(zhì)層；高頻聲脈沖僅能打到沉積物表層，兩個(gè)脈沖所得深度之差便是淤泥厚度ΔH。,,,（4）多波束測(cè)深（面測(cè)量）,多波束測(cè)深系統(tǒng)是從單波束測(cè)深系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)，能一次給出與航線相垂直的平面內(nèi)的幾十個(gè)甚至上百個(gè)深度。它能夠精確地、快速地測(cè)定沿航線一定寬度內(nèi)水下目標(biāo)的大小、形狀、最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，從而較可靠地描繪出水下地形的精細(xì)特征，從真正意義上實(shí)現(xiàn)了海底地形的面測(cè)量,,,多波束測(cè)深系統(tǒng)主要由發(fā)射器基陣、發(fā)射子系統(tǒng)，信號(hào)接收系統(tǒng)及聲納處理系統(tǒng)，圖形處理及顯示子系統(tǒng)，后處理工作站等組成。,多波束測(cè)深儀的換能器基陣精密安裝在船底或拖曳在船尾。因?yàn)槠錅y(cè)深的聲線是斜距，聲速剖面的精確性和船航行時(shí)的搖擺、升降對(duì)觀測(cè)精度影響特別大。因此多波束測(cè)深儀要配置姿態(tài)傳感器或涌浪濾波補(bǔ)償儀及聲速剖面儀。姿態(tài)傳感器能測(cè)出橫滾、俯仰、偏航參數(shù)，采用這些參數(shù)對(duì)水深值和位置進(jìn)行改正，涌浪濾波補(bǔ)償儀能對(duì)因波浪運(yùn)動(dòng)而引起的誤差源進(jìn)行校正補(bǔ)償，輸出數(shù)據(jù)包括涌浪、未校正深度、校正后深度和可選擇的橫擺、縱擺數(shù)據(jù)。,聲速剖面儀能測(cè)出海水沿垂直方向的分層聲速，進(jìn)而可對(duì)聲線彎曲進(jìn)行改正。以獲得波束腳印的船體坐標(biāo)。設(shè)換能器在船體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為X0,Y0,Z0，則波束腳印的船體坐標(biāo)X，Z為,,,激光測(cè)深的原理與雙頻回聲測(cè)深原理相似，從飛機(jī)上向海面發(fā)射兩種波段的激光，一種為紅光，波長(zhǎng)為1064NM，另一種為綠光，波長(zhǎng)為523NM。紅光被海水反射，綠光則透射到海水里，到達(dá)海底后被反射回來(lái)。這樣，兩束光被接收的時(shí)間差等于激光從海面到海底傳播時(shí)間的兩倍，由此可算得海面到海底的深度。,,（5）機(jī)載激光測(cè)深（面測(cè)量）,,,,激光測(cè)深系統(tǒng)目前測(cè)深能力一般在50M左右。測(cè)深精度在03M左右。機(jī)載激光測(cè)深具有速度快、覆蓋率高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。有廣闊的應(yīng)用前景。缺陷是對(duì)水質(zhì)的要求比較高，一般適合于近岸海域。,按照定位的對(duì)象，海洋定位可分為海面定位水下定位,623海洋定位,（1）海面定位,海面定位目前可采用如下定位方式天文定位陸基無(wú)線電定位GPS及其他衛(wèi)星定位局域差分GPSRTK、偽距差分、相位平滑偽距廣域差分GPSWASGPS非差PPP定位,2）水下定位,水聲定位系統(tǒng)測(cè)定聲波在海水中傳播的時(shí)間及相位變化，計(jì)算出水下聲標(biāo)到載體的距離或距離差，從而解算出載體的位置。按照定位距離的長(zhǎng)短可分為長(zhǎng)基線定位；短基線定位；超短基線定位,長(zhǎng)基線定位,,長(zhǎng)基線定位原理是船底換能器發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，同時(shí)接收布設(shè)在水下的3個(gè)以上相距較遠(yuǎn)的聲標(biāo)應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行測(cè)距，進(jìn)而計(jì)算出船位。如測(cè)4條以上聲距，用間接平差可求出船位坐標(biāo)（XU，YU，ZU），其中ZU為水深。如只觀測(cè)了三條聲距，換能器深度ZU已知，可列出三個(gè)方程，從而解出平面坐標(biāo)XU，YU。長(zhǎng)基線法定位的精度取決于測(cè)距的精度和定位的幾何圖形，目前精度一般為5～20M。,,短基線定位短基線定位系統(tǒng)的船上設(shè)備除控制、顯示設(shè)備外，還在船底安置一個(gè)水聽(tīng)器基陣和一個(gè)換能器，在水下部份僅需一個(gè)水聲應(yīng)聲器，其工作原理是測(cè)定聲脈沖到不同水聽(tīng)器之間的時(shí)差或相位差，從而計(jì)算出船位。,超短基線定位超短基線系統(tǒng)與短基線系統(tǒng)的區(qū)別僅在于，船底的水聽(tīng)器陣以彼此很短的距離（小于半個(gè)波長(zhǎng)，僅幾厘米）按直角等邊三角形布設(shè)，裝在一個(gè)很小的殼體內(nèi),測(cè)量海底起伏形態(tài)和地物的工作。是陸地地形測(cè)量在海域的延伸。按測(cè)量區(qū)域可分為海岸帶、大陸架和大洋三種海底地形測(cè)量。特點(diǎn)是測(cè)量?jī)?nèi)容多，精度要求高，顯示海底地物、地貌詳細(xì)。測(cè)量?jī)?nèi)容包括海底地貌、各種水下工程建筑、底質(zhì)、沉層厚度、沉船等人為障礙物、海洋生物分布區(qū)界和水文要素等。通常對(duì)海域進(jìn)行全覆蓋探測(cè)，確保測(cè)圖比例尺所能顯示的各種地物和地貌，是為從事各種海上活動(dòng)提供重要資料的海洋基本測(cè)量。,§624海底地形地貌測(cè)量,水下地形測(cè)量是利用聲納技術(shù)、激光技術(shù)和攝影技術(shù)，獲得海底的地形特征。現(xiàn)有的主要手段有（1）船載聲納設(shè)備水下地形測(cè)量（船載）（2）機(jī)載激光水深測(cè)量（機(jī)載）（3）水下機(jī)器人測(cè)量（潛載）（4）激光雷達(dá)三維水下地形測(cè)量（岸載）（5）遙感反演海底地形（星載）,無(wú)論采用何種手段，海底地形測(cè)量通常需要如下幾個(gè)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)首先，進(jìn)行海岸或海底平面、高程控制測(cè)量。其次，野外探測(cè)/掃測(cè)海底地物、地貌及其相關(guān)信息，并采集潮位等輔助測(cè)量信息。該步處理獲得載體坐標(biāo)系下的相對(duì)地形地貌、瞬時(shí)基準(zhǔn)和反映瞬時(shí)基準(zhǔn)與固有平面和垂直基準(zhǔn)間關(guān)系的參數(shù)等。最后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即對(duì)瞬時(shí)測(cè)量信息進(jìn)行質(zhì)量控制、獲取測(cè)量深度，再根據(jù)瞬時(shí)基準(zhǔn)與固有基準(zhǔn)間的關(guān)系，獲得海底地形地貌在固有基準(zhǔn)下的表達(dá)。,傳統(tǒng)水下地形測(cè)量模式（有潮模式）定位采用GPS差分定位技術(shù)（僅獲取平面位置）測(cè)深單波束、多波束潮位驗(yàn)潮站潮位測(cè)量及時(shí)空內(nèi)插船位處水位（傳統(tǒng)方法）現(xiàn)代水下地形測(cè)量模式（無(wú)潮模式）定位采用RTK/PPK/PPP技術(shù)（獲取平面和高程坐標(biāo)）測(cè)深單波束、多波束,（1）船載聲納設(shè)備水下地形測(cè)量,常規(guī)水下地形測(cè)量,,（2）機(jī)載激光水下地形測(cè)量,類似于船載聲納設(shè)備水下地形測(cè)量系統(tǒng)。水深由機(jī)載激光提供水面高程基準(zhǔn)由潮位測(cè)量來(lái)提供平面位置由DGPS提供,,（3）水下地形測(cè)量機(jī)器人（AUV/ROV）,,由機(jī)器人深潛水下，在接近水底時(shí)用水下攝影的方式獲得水下目標(biāo)的圖像。隨著海洋光學(xué)的研究及其技術(shù)的發(fā)展，不斷有水下攝影系統(tǒng)、海洋探測(cè)激光雷達(dá)系統(tǒng)的產(chǎn)品應(yīng)用于水下工程測(cè)量。水下電視攝像系統(tǒng)、水下數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)是目前獲取在水下環(huán)境清晰圖像的主要方法，掃海測(cè)量中，配置水下數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)有助于障礙物性質(zhì)的判斷，提高掃測(cè)能力。水下攝影系統(tǒng)對(duì)水域環(huán)境要求較高。在水質(zhì)渾濁，水流較急的地方適用性差。同時(shí)由于水下機(jī)器人的平面位置和高程難以準(zhǔn)確確定，因而，這種方法僅適合于特定目標(biāo)形狀的獲取，難以應(yīng)用于大面積的地形測(cè)量。,,,,（4）測(cè)掃聲納,側(cè)掃聲納測(cè)量是現(xiàn)階段掃海測(cè)量、應(yīng)急測(cè)量、掃測(cè)障礙物的重要手段。它具有分辨率高反映海底地形徹底等單波束、多波束設(shè)備所不具備的優(yōu)點(diǎn)，是目前尋找水下障礙物最有效的方法之一。,,,傳統(tǒng)的側(cè)掃聲納有兩個(gè)缺點(diǎn)首先，它正下方附近的測(cè)深精度很差；其次，當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上由不同方向同時(shí)到達(dá)的回波入射到聲納陣列上時(shí)，它不能正常工作。因此只能得到二維的回波聲納圖，測(cè)深側(cè)掃聲納的作用距離、測(cè)量精度不高。隨著聲學(xué)、干涉技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在出現(xiàn)了新型測(cè)深側(cè)掃聲納，它能夠測(cè)量出海底的高分辨三維成像，能夠測(cè)量海底地形地貌的細(xì)微構(gòu)造，可以同時(shí)獲得等深線圖和地貌圖的兩大類內(nèi)容，可應(yīng)用于海洋工程、海洋開(kāi)發(fā)、海上油田區(qū)域和海底油管敷設(shè)路徑的海底地形測(cè)量，航道和港灣水下地形測(cè)量。配置足夠的先進(jìn)的側(cè)掃聲納測(cè)量系統(tǒng)，并整合其它測(cè)量手段，是提高應(yīng)急掃測(cè)能力的關(guān)鍵。,,,（5）遙感海底地形測(cè)量,空間遙感技術(shù)應(yīng)用于海底地形測(cè)量是20世紀(jì)后期海洋科學(xué)取得重大進(jìn)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。遙感海底地形測(cè)量具有大面積、同步連續(xù)觀測(cè)及高分辨率和可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)。微波遙感器還具有全天候的特點(diǎn)，這些都是傳統(tǒng)的測(cè)量手段所無(wú)法比擬的。遙感設(shè)備包括可見(jiàn)光多譜掃描儀、成像光譜儀、紅外輻射計(jì)和微波輻射計(jì)以及高度計(jì)、散射計(jì)和成像雷達(dá)。這些遙感器能夠直接測(cè)量的海洋環(huán)境參數(shù)有海色、海面溫度、海面粗糙度和海平面高度。在這些參數(shù)的基礎(chǔ)上可以反演或計(jì)算出若干其他海洋環(huán)境參數(shù)，其中包括葉綠素和懸浮粒子濃度、上混合層溫度、海面風(fēng)場(chǎng)、有效波高、海浪方向譜、海流、潮汐、波動(dòng)（包括內(nèi)波）、峰面、渦波、上升流、鹽度、海冰、海洋降水、海底地形、海洋重力場(chǎng)和海洋污染等。,,水深遙感的基本思路,水深遙感的物理基礎(chǔ),衛(wèi)星傳感器接收水體信息示意圖,在大氣和水體中，光線以指數(shù)形式衰減,,,水深遙感的計(jì)算機(jī)遙感圖象處理,,,上海市,崇明島,研究區(qū)域,長(zhǎng)江口位置圖（TM4,5,1假彩色合成圖象，1995）,長(zhǎng)江口南支數(shù)字化水下地形圖,為海洋工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)進(jìn)行的測(cè)量。海洋工程是與開(kāi)發(fā)利用海洋直接有關(guān)的所有工程的總稱。早期的海洋工程多指碼頭、堤壩等土石方工程。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，海洋工程的內(nèi)容不斷擴(kuò)大，可分為海岸工程、近海工程、深海工程、水下工程等。按照用途又分為海港工程、堤壩工程、管理工程、隧道工程、疏浚工程、救撈工程以及采礦、能源綜合利用工程。海洋工程測(cè)量仍以海洋定位、測(cè)深等手段為基礎(chǔ)，在不同海洋工程勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工和管理階段所進(jìn)行的測(cè)量工作，例如，海上鉆井的鉆頭歸位，港口、碼頭的施工放樣，等等。,§625海洋工程測(cè)量,海洋重力測(cè)量可歸屬于海洋大地測(cè)量。它為研究地球形狀，精化大地水準(zhǔn)面提供重力異常數(shù)據(jù)。為地球物理和地質(zhì)方面的研究提供重力資料。在軍事方面，可為空間飛行器的軌道計(jì)算和慣性導(dǎo)航服務(wù)，提高遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的命中率。重力測(cè)量分為空中重力測(cè)量和海上重力測(cè)量?？罩兄亓y(cè)量又可分為衛(wèi)星重力測(cè)量和航空重力測(cè)量；海上重力測(cè)量分海底重力測(cè)量和航海重力測(cè)量。,§626海洋重力測(cè)量,海底重力測(cè)量一般是離散的點(diǎn)狀測(cè)量，海面重力測(cè)量是連續(xù)的線狀測(cè)量。海底重力測(cè)量就是把重力儀用沉箱沉于海底，用遙控及遙測(cè)方法進(jìn)行，多用于沿海，其測(cè)量方法和所用儀器與陸地重力測(cè)量基本相同，測(cè)量的精度比較高，但必須解決遙控，遙測(cè)以及自動(dòng)水平等一系列的復(fù)雜問(wèn)題，且速度很慢。,海面重力測(cè)量是將儀器安裝在船只上，在勻動(dòng)中連續(xù)進(jìn)行觀測(cè)，因此儀器除了受重力作用外，還受船只航行時(shí)很多干擾力的影響。這些干擾力不僅超過(guò)了重力觀測(cè)誤差，有的達(dá)到了幾十伽，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力異常。為此必須進(jìn)行改正和消除。重力測(cè)量主要受6個(gè)方面的干擾力徑向加速度，航行加速度周期性水平加速度周期性垂直加速度，旋轉(zhuǎn)影響，厄缶效應(yīng)的影響，,近年來(lái)衛(wèi)星重力測(cè)量取得了較大的進(jìn)度。利用衛(wèi)星手段獲取海洋重力資料的精度和分辨率越來(lái)越高，與海洋重力儀所達(dá)到的精度和分辨率間的差距越來(lái)越小。未來(lái)海洋重力場(chǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，可以利用衛(wèi)星測(cè)高、衛(wèi)星重力梯度測(cè)量和海洋重力測(cè)量相結(jié)合的方法獲得。,衛(wèi)星重力學(xué)是繼GPS之后，大地測(cè)量學(xué)研究的又一重大科學(xué)進(jìn)展。利用衛(wèi)星重力資料將使確定地球重力場(chǎng)和大地水準(zhǔn)面的精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，還可測(cè)定高精度的時(shí)變重力場(chǎng)。因此，對(duì)研究地球的形狀及演化及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制、地球參考系及全球高程系統(tǒng)、地球的密度及地幔物性參數(shù)、洋流和海平面變化、冰融和陸地水變化、地球各圈層的變化及相互作用等，有其他地球物理方法不可替代的作用,重力測(cè)量分絕對(duì)重力測(cè)量和相對(duì)重力測(cè)量。測(cè)定重力值可以利用與重力有關(guān)的許多物理現(xiàn)象，例如在重力作用下的自由落體、擺的擺動(dòng)、彈簧伸縮、弦振動(dòng)，等等。由此，重力測(cè)量方法分為兩類一類是動(dòng)力法，它是根據(jù)物體受力后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)定重力；另一類是靜力法，它是根據(jù)物體受力后的平衡狀態(tài)測(cè)定重力。絕對(duì)重力測(cè)量測(cè)定重力場(chǎng)中一點(diǎn)的絕對(duì)重力值，一般采用動(dòng)力法。主要利用兩種原理，一種是自由落體原理（伽利略1590；另一種是擺的原理惠更斯1673。這兩種原理一直沿用至今。近幾年來(lái)由于激光干涉系統(tǒng)和高穩(wěn)定度頻率標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，使自由落體下落距離和時(shí)間的測(cè)定精度大大提高，所以許多國(guó)家又采用激光絕對(duì)重力儀進(jìn)行絕對(duì)重力測(cè)量，其測(cè)定精度可達(dá)幾個(gè)微伽。,相對(duì)重力測(cè)量測(cè)定兩點(diǎn)的重力差值，可采用動(dòng)力法和靜力法?，F(xiàn)在普遍采用靜力法的彈簧重力儀測(cè)定重力差值。國(guó)際上對(duì)這種儀器研究甚多，發(fā)展很快，不論是測(cè)定精度還是使用的方便程度都已達(dá)到很高水平。一般精度可達(dá)幾十微伽，甚至幾微伽。野外工作時(shí)，在一個(gè)測(cè)站只需幾分鐘就可觀測(cè)完畢。為了克服彈性重力儀因彈性疲勞而引起的零點(diǎn)漂移，1968年又出現(xiàn)了超導(dǎo)重力儀。這種重力儀對(duì)重力變化具有很高的分辨力，零點(diǎn)漂移極小，所以特別適合于固定臺(tái)站上的潮汐和非潮汐重力變化觀測(cè)。,是測(cè)量海上地磁要素的工作。海底下的地層是由不同的巖性地層組成。不同的巖性具有不同的導(dǎo)磁率和磁化率，因而產(chǎn)生不同的磁場(chǎng)，在正常磁場(chǎng)背景下出現(xiàn)磁異常。主要采用海洋核子旋進(jìn)磁力儀或海洋磁力梯度儀，探測(cè)海底的磁力分布，發(fā)現(xiàn)構(gòu)造引起的磁力異常。海洋磁力測(cè)量主要目的是尋找石油、天然氣有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造和研究海底的大地構(gòu)造。此外，海洋工程測(cè)量中，為查明施工障礙和危險(xiǎn)物體，如沉船、管線、水雷等，也常進(jìn)行磁力測(cè)量發(fā)現(xiàn)磁性體。,§627海洋磁力測(cè)量,F為磁場(chǎng)總強(qiáng)度，H為磁場(chǎng)為水平強(qiáng)度，Z為垂直強(qiáng)度，X為H在北向的分量，Y為H在東向分量，D地理子午面與磁子午面之間的夾角，稱為磁偏角，I為磁傾角。F、H、Z、X、Y、D、I七個(gè)物理量稱為地磁要素。已知其中三個(gè)要素就可以求出其他的要素。在實(shí)際觀測(cè)中，目前只有I、D、H、Z和F的絕對(duì)值能夠直接測(cè)量。,海洋磁力測(cè)量測(cè)出的地磁要素，可以在地圖上繪制地磁要素的等值線，稱為分布圖。,通常利用拖曳于工作船后的質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀或磁力梯度儀，對(duì)海洋區(qū)域的地磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將觀測(cè)值減去正常磁場(chǎng)值，并作地磁日變校正后得到磁異常。,海洋磁力測(cè)量成果有多方面的用途對(duì)磁異常的分析，有助于闡明區(qū)域地質(zhì)特征，如斷裂帶展布、火山巖體的位置等。磁力測(cè)量的詳細(xì)成果，可用于編制海底地質(zhì)圖。世界各大洋地區(qū)內(nèi)的磁異常，都呈條帶狀分布于大洋中脊兩側(cè)，由此可以研究大洋盆地的形成和演化歷史。也是研究海底擴(kuò)張和板塊構(gòu)造的資料。磁力測(cè)量是尋找鐵磁性礦物的重要手段。在海道測(cè)量中，可用于掃測(cè)沉船等鐵質(zhì)航行障礙物，探測(cè)海底管道和電纜等。在軍事上，海洋地磁資料可用于布設(shè)磁性水雷，對(duì)潛艇慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行校正。用各地的磁差值和年變值編成磁差圖或標(biāo)入航海圖，是船舶航行時(shí)，用磁羅經(jīng)導(dǎo)航不可缺少的資料。,海洋水文測(cè)量是觀測(cè)海水物理、動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)量活動(dòng)。海洋水文要素主要包括海水溫度、鹽度、密度、海流、潮汐、潮流、波浪等。海洋水文測(cè)量是為水下地形測(cè)量、水深測(cè)量以及定位提供必要的海水物理、化學(xué)特性參數(shù)的工作。,§628海洋水文測(cè)量,主要涉及的測(cè)量?jī)?nèi)容有波浪測(cè)量?jī)x器潮汐測(cè)量?jī)x器海流測(cè)量?jī)x器海水溫鹽測(cè)量?jī)x器海洋深度測(cè)量?jī)x器海冰測(cè)量?jī)x器水色及透明度測(cè)量?jī)x器綜合測(cè)量?jī)x器其他,1）海水溫度、鹽度、密度的測(cè)定,測(cè)定海水的溫度、鹽度、密度可以計(jì)算聲波在水中傳播的速度，為聲學(xué)測(cè)深系統(tǒng)、聲學(xué)定位系統(tǒng)提供聲速測(cè)量精度的保證。海水的溫度、鹽度、密度可以利用溫鹽深計(jì)通過(guò)物理或化學(xué)方法測(cè)定。,海水的溫度、鹽度、密度是確定水中聲速的重要參數(shù)，同時(shí)，聲速還可以通過(guò)直接測(cè)量的方式獲得。聲速剖面儀SVP（SOUNDVELOCITYPROFILE）可完成聲速的直接測(cè)量。,2）海水中聲速的直接測(cè)定聲速剖面儀,潮汐觀測(cè)值在水下地形測(cè)量中扮演著提供垂直參考面的重要角色。,3）潮位測(cè)量,驗(yàn)潮井,浮子式驗(yàn)潮儀可連續(xù)記錄江河、湖泊、水庫(kù)、潮汐及地下水水位變化的，適用于有水位測(cè)井的場(chǎng)合。,超聲波懸掛式驗(yàn)潮儀,超聲波懸掛式驗(yàn)潮儀一般固定于岸邊通過(guò)超聲波測(cè)距實(shí)施潮位測(cè)量。,4）流速流向測(cè)量,海水/河水中的流速流向可通過(guò)ADCP（ACOUSTICDOPPLERCURRENTPROFILE）來(lái)測(cè)量。它是利用海流/河流與ADCP幾個(gè)超聲波聲柱的DOPPLER效應(yīng)而計(jì)算流速的。同時(shí)根據(jù)34個(gè)聲柱的位置計(jì)算流向的。根據(jù)作業(yè)方式不同，ADCP又可分為靜置式和走航式。,靜置式,海洋水文測(cè)量主要提供海洋水文圖。具體表示各海洋水文要素水平分布和垂直分布的一般規(guī)律，顯示各要素隨時(shí)間變化的一般性質(zhì)或該要素的基本特點(diǎn)。,海洋鹽度分布,鹽度剖面,ADCP剖面,流場(chǎng)分布,潮汐變化,海圖以海洋及其毗鄰的陸地為描繪對(duì)象的地圖，其描繪對(duì)象的主體是海洋，海圖的主要要素為海岸，海底地貌，航行障礙物，助航標(biāo)志，水文及各種界線。海圖還包括為各種不同要素繪制的專題海圖。海圖是海洋區(qū)域的空間模型，海洋信息的載體和傳輸工具，是海洋地理環(huán)境特點(diǎn)的分析依據(jù)，在海洋開(kāi)發(fā)和海洋科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域都有著重要的使用價(jià)值。海圖是通過(guò)海圖編制完成的。,§629海圖編制,海圖編制是設(shè)計(jì)和制作海圖出版原圖的工作。作業(yè)過(guò)程通常分為編輯準(zhǔn)備、原圖編繪和出版準(zhǔn)備三個(gè)階段。編輯準(zhǔn)備階段是根據(jù)任務(wù)和要求確定制圖區(qū)域的范圍、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；確定圖的分幅、編號(hào)和圖幅配置；研究制圖區(qū)域的地理特點(diǎn)；分析、選擇制圖資料；確定海圖的內(nèi)容、選擇指標(biāo)與綜合原則、表示方法；制定為原圖編輯和出版準(zhǔn)備工作的技術(shù)性指導(dǎo)文件。,原圖編繪階段是根據(jù)任務(wù)和編輯文件進(jìn)行具體制作新圖的過(guò)程，使海圖制作的核心。包括數(shù)字基礎(chǔ)的展繪；制圖資料的加工處理。當(dāng)基本資料比例尺與編繪原圖比例尺相差較大時(shí)，須作中間原圖，資料復(fù)制及轉(zhuǎn)會(huì)；各要素按綜合原則、方法和指標(biāo)進(jìn)行內(nèi)容的取舍和圖形的概括（綜合），并按照規(guī)定圖例符號(hào)和色彩進(jìn)行編繪；處理各種圖面問(wèn)題，包括資料拼接、與鄰圖接邊、接幅，圖面配置等。編繪方法按照海圖內(nèi)容的繁簡(jiǎn)、制圖技術(shù)、設(shè)備條件而選定，有編稿法、連編帶繪法、計(jì)算機(jī)編繪法等。為保證原圖的質(zhì)量，在正式編繪前作試編原圖或草圖。運(yùn)用傳統(tǒng)方法進(jìn)行圖形編繪后還需作清繪或刻繪原圖的工作，即出版前的準(zhǔn)備工作。,出版準(zhǔn)備階段是將編繪原圖復(fù)制加工成符合圖式、規(guī)范、編圖作業(yè)方案和印刷要求的出版原圖；制作供制版、印刷參考的分色樣圖和試印樣圖。隨著制圖技術(shù)的進(jìn)步，原圖編繪和出版準(zhǔn)備工作可在電子計(jì)算機(jī)制圖系統(tǒng)上完成。,水下地形色澤填充、等值線圖,水下地形三維立體圖,,海圖,§6210海洋地理信息系統(tǒng)MGIS,一個(gè)海洋地理信息系統(tǒng)MGIS（MARINEGEOGRAPHICINFORMATIONSYSTEM）可以為遙感數(shù)據(jù)、GIS和數(shù)字模型信息提供協(xié)調(diào)坐標(biāo)、存儲(chǔ)和集成信息的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。另外，它也可以提供工具來(lái)分析數(shù)據(jù)、可視化變量之間的關(guān)系和模型。,由此看來(lái)，MGIS是一個(gè)集成系統(tǒng)的概念，需集成GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)用數(shù)字模型，對(duì)空間海洋信息進(jìn)行輸入、查詢、分析、表達(dá)和管理等，具有友好人機(jī)交互環(huán)境，大大提高工作效率的綜合系統(tǒng)。,海岸帶管理最初的一些研究者只是簡(jiǎn)單的把GIS直接應(yīng)用海洋數(shù)據(jù)的管理上，如前文提到的的一些研究。隨著MGIS技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，其在海岸帶管理方面應(yīng)用也越來(lái)越廣泛和深入,尤其是在專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)EXCLUSIVEECONOMICZONE的管理上。美國(guó)的夏威夷大學(xué)的太平洋制圖中心為開(kāi)發(fā)、管理和發(fā)展美國(guó)太平洋島嶼的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)而設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一個(gè)集成的海洋信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)著重開(kāi)發(fā)了空間海洋數(shù)據(jù)的處理、GIS和制圖系統(tǒng)的集成、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、海洋數(shù)據(jù)的模擬和動(dòng)態(tài)顯示等功能。這里搜集的海洋數(shù)據(jù)主要有海洋測(cè)深數(shù)據(jù)、重力數(shù)據(jù)和磁力數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)量很大。該海洋信息系統(tǒng)是以ARC/INFOV70為軟件平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。,MGIS應(yīng)用,海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)隨著MGIS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其在海洋環(huán)境的污染監(jiān)測(cè)和保護(hù)等方面的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。美國(guó)環(huán)境保護(hù)組織EPA派遣一個(gè)調(diào)查隊(duì)DACAREYETAL,1992，對(duì)ASSACHUSETTS海灣內(nèi)采礦現(xiàn)場(chǎng)的放射性和危險(xiǎn)廢料進(jìn)行調(diào)查。其研究就是建立在一個(gè)區(qū)域性的相關(guān)海洋地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行處理，從而得出相應(yīng)的規(guī)劃和管理決策。該數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于其在馬薩諸塞海灣MASSACHUSETTSBAY進(jìn)行的一次側(cè)視聲納調(diào)查。據(jù)該調(diào)查結(jié)果充分肯定了其海洋數(shù)據(jù)庫(kù)的作用。國(guó)內(nèi)，也有研究者應(yīng)用GIS技術(shù)對(duì)海洋環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。如國(guó)家海洋局海洋環(huán)境保護(hù)研究所的趙玲等人1998,趙玲等在大連海域內(nèi)采用GIS技術(shù)，通過(guò)開(kāi)發(fā)和利用海域資源綜合信息，解決了資源與環(huán)境的合理利用與保護(hù)方面的問(wèn)題，對(duì)海域環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。在該項(xiàng)研究中，是利用ARCVIEW軟件平臺(tái)提供的SCRIPT語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了模型的連接和評(píng)價(jià)結(jié)果與地理空間數(shù)據(jù)的綜合。,海洋漁業(yè)西班牙圣第亞哥大學(xué)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室利用專家知識(shí)建立有效的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和專家系統(tǒng)，已初步完成了一個(gè)實(shí)用的漁業(yè)信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)已被一個(gè)政府支持的項(xiàng)目所證實(shí)，系統(tǒng)預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際調(diào)查結(jié)果基本一致。該系統(tǒng)主要借助衛(wèi)星通過(guò)交通船提供信息服務(wù)，用以獲取魚(yú)群活動(dòng)信息和環(huán)境變化信息，開(kāi)發(fā)和改善漁業(yè)策略，提高最終漁業(yè)的產(chǎn)量。,目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些研究單位在進(jìn)行嘗試性工作。例如，中科院地理所等單位周成虎等,1998，近年來(lái)在海洋863計(jì)劃818專題中，通過(guò)集成遙感、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、專題分析模型和專家系統(tǒng)，來(lái)為海洋漁業(yè)開(kāi)發(fā)GIS平臺(tái)。該漁業(yè)GIS由幾個(gè)子系統(tǒng)組成，主要應(yīng)用在中國(guó)東
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