潘翔、张志军
摘要：由于近几年来我国国家实力的增强,人们将陆地资源的利用拓展至海洋领域,目前海洋资源勘探也成为了世界各国竞争的领域,海洋测绘对一个国家的综合实力和国际影响力有着密切的联系。随着卫星、 通讯、 计算机、 数据处理等技术的发展 , 海洋测绘出现了自动化、 智能化、 集成化、 数字化、 多种作业平台、 多种产品模式、 多种技术融合、 多种保障方式的特点。 海洋的特殊环境导致了与陆上测量不同的作业方式和不同的产品模式。
关键词 : 海洋测绘 ; 海洋测量 ; 海图 ; 测量仪器
引言
近年来， 随着海洋经济的飞速发展， 海上运输越来越繁忙， 通航安全的重要性愈来愈凸显， 这就对海洋测绘提出了越来越高的要求。 通过各种海上探测技术的综合应用， 综合分析不同性质的水域环境特点， 不同条件的测量环境， 不同的施测要求等， 根据实际情况制定最优化的综合探测技术方案， 有效开展测绘工作， 既能获取海洋中的综合性要素， 又能提高作业效率。
1.工程概况
烟台港至大连港航路位于山东半岛和辽东半岛之间的渤海海峡， 该航路船舶航运频繁， 航线全程 89 海里。近年来， 烟台港至大连港船舶交通量迅猛增长， 船舶通航密度越来越大， 为了整体提升客滚船安全营运水平，减少各类事故的发生， 促进航运业和旅游业和谐发展，实施烟台港至大连港航路扫海测量工作， 来获取预定海域的水深、 潮流情况以及探明海底障碍物分布情况， 为该水域船舶安全通航提供现势性的基础测绘资料。本次项目 实施过程中运用了多种先进的海洋测量设备， 包括 R2 Sonic 2024 型多 波束测深系 统、 Edgetech4200MP 双频侧扫声呐系统、 Odom hydrotrac 单波束测深仪、Ixsea Octans光纤罗经、AML Minos SVP 型声速仪、RDI WHS300 型自 容式 ADCP 验流仪、 Trimble SPS461型 RBN/DGPS 接收机和验潮设备等。
2 综合性测量技术的实际应用
2.1 实施概况
（1） 考虑到实际通航及经济效益因素， 对测区进行分段采用 不同技术手段进行测量； 主要以 30 米等深线为界， 深于 30 米水域主要采用单波束加侧扫声呐手段进行扫测， 浅于 30 米水域主要采用 多波束进行全覆盖扫测。
（2） 为了 提高工作效率， 避免不同海域声速不同对水深扫测成果精度造成的影响， 测量过程中将扫测区域分割区块分块实施扫测。
（3） 本次航路扫海测量潮位改正采用 多站进行潮位改正。 通过软件， 结合测量 GPS 航迹线输出每个点位上的水位来进行水位改正， 水位改正原理为基于潮差比、潮时差线性传播的最小二乘比较法。
2.2 基础控制
（1） 平面控制。 采用 CGCS2000 坐标系统， 高斯 -克吕格 1.5° 带投影， 中央经线为 121.5° E。
（2） 高程控制。 陆域采用 1985 国家高程基准， 深度基准面采用当地理论最低潮面。
2.3 潮位控制
（1） 潮汐性质。 渤海具有独立的旋转潮波系统，其中半日 潮波（M2） 有两个， 全日 潮波（K1） 有一个。测区处于渤海海峡， 山东半岛北岸海域， 东西向为开阔海域， 渤海海峡潮波系统受渤海海岸、 地形、 摩擦和地转偏向力的影响形成左旋潮波系统， 在蓬莱近海（渤海海峡附近） 形成全日 潮（K1） 无潮点， 潮汐性质复杂，测区深度基准面由东向西逐渐抬升， 潮时由东向西逐渐延时。 渤海 K1 分潮潮波系统如图 1 所示。
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通过对验潮站潮位数据进行调和分析计算其潮汐形态数。 受 K1 分潮无潮点影响， 测区潮汐性质变化复杂，以无潮点为中心潮型数逐渐变大， 本次所测海域潮汐类型为规则半日 潮。
（2） 验潮站设立。 本工程共布设 3 处岸上站和 2 处海上定点站。 海上定点站包括 1 处推算站和 1 处实测站，经过数据分析后以岸边站作为基准站， 以余水位订正的方式对海上定点站进行潮位推算。 为监测验潮仪仪器零点是否发生变化， 岸上验潮站周边布设了人工水尺定期进行比对， 海上验潮站采集数据以周边岸上验潮站为基准站， 以日 平均海面传算的方式来检测仪器零点是否变化。 推算站经使用历史数据推算、 分析， 推算精度均满足《水运工程测量规范》 中的要求。 实测站同时可作为验证站验证本次同步验潮潮位推算的精度， 经验证实测站的潮位推算精度满足《水运工程测量规范》 中的要求，因此本次测量海上定点实测站的潮位采用实测和推算两种方式进行获取以用于水位改正。
（3） 水位改正。 本次航路测量采用 多站水位进行改正。 在水位改正时， 单站水位控制和多站分带、 分区控制中， 深度基准面的阶跃确实是存在的， 为了避免这种现象， 本次测量在对测区进行水位改正时使用的方法为基于潮差比、 潮时差线性传播的最小二乘比较法水位改正模型进行多分区水位改正。
2.4 测量实施
（1） 多波束测深系统全覆盖扫测。 多波束系统的船体坐标系构建： 安装时以多波束换能器杆与水面交点作为坐标系参考点， 安装在测量船的舷侧。 以多波束声纳头安装杆与海水面交点作为参考点， 定义船右舷方向为 X 轴正方向， 船头方向为 Y 轴正方向， 垂直向下为 Z轴正方向， 量取各传感器相对于参考点的位置。多波束测深系统的安装偏差校准： 选在航道附近水深坡度变化明显处进行。 通过海底平坦区域同线同速反向条带断面测量数据测试换能器的横摇（Roll） 值； 通过水深变化大的区域同线同速反向的中央波束测量数据测试换能器的纵摇（Pitch） 值； 通过水深变化大的区域异线同速同向边缘测量数据测试换能器的艏摇（Yaw）值。声速剖面测量： 为不影响多波束测深精度， 提高边缘波束的利用率， 测量中根据当天测量区域及时间跨度合理加密声速剖面的测量， 至少早、 中、 晚各测定一次声速， 详细准确记录测量的时间、 地点， 在数据后处理软件中选择距离最近或测量时间最接近的声速剖面合理进行声速改正。
数据采集： 使用 DGPS 差分定位系统进行定位， 使用《HYPACK 2014》 测量软件进行实时导航和航迹线定位数据的采集， 采样间隔设置为 1 秒。 采用《QINSY 8.0》软件用于多波束测深系统采集的测量数据。
数据后处理： 采用《CARIS HIPS and SIPS 6.1》 后处理软件对多波束原始数据进行数据转换、 声速剖面改正、 潮汐改正、 线模式编辑、 SUBSET 子区编辑， 最后采用《CARIS GIS 4.5》 软件压缩输出 水深数据用 于基础水深图绘制。
（2） 侧扫声纳扫测。 侧扫声纳声波发射示意如图 2所示。
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拖鱼正下方近 2 倍深度（1.7H） 范围内为声纳副波瓣发射信号覆盖区， 位于该区域内的地形和物体的声纳成像会产生较大的变形， 因此称该区域为声弱区。 其两侧范围各 55° 范围为声纳主波瓣信号发射接收区域， 相对声弱区成像比较清晰可靠。
拖鱼安装与船速控制： 侧扫声纳系统安装方式为船舷侧拖。 在与航向平行的线上， 要在记录上辨别出一个小目 标， 一般须连续发射接收 3 ～ 5 个脉冲。 有 3 个脉冲即可确定其为可疑目 标。 当选取量程为 300 米时， 每个脉冲的发射接收过程需要 300× 2/1500（米 / 秒） =0.4秒， 在 1 米长的目 标上打到 3 个脉冲需 1.2 秒， 为满足要求， 测量过程中测量船船速控制在 5±1 节。
（3） 验流。 测量时将测量船锚泊于计划验流点位上，将 ADCP 验流仪安装于观测支架上， 将其稳放于海底，使得传感器垂直向上， 仪器采样间隔设置为 5 分钟， 采样层间距设置为 2 米， 连续采集海流数据大于一个完整涨落潮期（24 小时以上） 。 将采集到的数据进行解算，取海面下 3 米处的最大涨潮流和最大落潮流的流速和磁方位流向。
结束语
文章对综合性测量技术在海洋测绘中的应用进行了简单的论述， 并介绍了具体的作业流程。 实践证明， 根据我国海洋经济的发展和不同的项目 要求， 有针对性的安排各种测量技术组合方案， 可以在保证精度的前提下有效提高作业效率。
参考文献
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