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1、第 2 章 海洋测绘 2.1 海洋测绘基础2.1.1 概述 2.1.1.1 概念海洋测量的主要对象是海洋。同陆地测量相比，海洋测量在基本理论、技术方法和测量仪器设备等方面具有许多独自的特点。第一，测量工作的实时性。海洋测量的工作环境一般在起伏不平的海上，大多为动态测量，无法重复观测，精密测量施测难度较大，无法达到陆地测量的精度水平。第二，海底地形地貌的不可视性。测量人员不能通过肉眼观测到海底，海底探测一般采用超声波等仪器进行探测，无法达到陆地测量的完整性。第三，测量基准的变化性。海洋测量采用的深度基准面具有区域性，无法像陆地测量那样在全国范围内实现统一。第四，测量内容的综合性。海洋测量工作需要
2、同时完成多种观测项目，需要多种仪器设备配合施测，与陆地测量相比，具有综合性的特点。2.1. 1.2 任 务 海洋测绘通过对海面水体和海底进行全方位、多要素的综合测量，获取包括大气（气温、风、雨、云、雾等）、水文（海水温度、盐度、密度、潮汐、波浪、海流等）以及海底地形、地貌、底质、重力、磁力等各种信息和数据，并绘制成不同目的和用途的专题图件，为航海、国防建设、海洋开发和海洋研究服务。根据海洋测绘的目的，可把海洋测绘任务划分为科学性任务和实用性任务两大类。2.1.1.3 分类海洋测绘属于测绘学中的二级学科，包括海洋大地测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋跃层测量、海洋声速测量、海道测量、海底地形
3、测量、海图制图、海洋工程测量等。海洋测绘是由海道测量开始的，现在已逐步发展到海洋大地测量、海底地形测量和许多海洋专题测量。海道测量在所有海洋测量工作中占有重要地位，是为保证船舶航行安全为目的而对海洋水体和水下地形进行的测量和调查工作，有些国家还把它和江河湖泊的测量统称为水道测量或航道测量。测量获得的水区各种资料，可用于编制航海图等。根据测量内容，海道测量包括控制测量、岸线地形测量、水深测量、扫海测量、海洋底质探测、海洋水文观测、助航标志的测定以及海区资料调查等。根据测区距海岸的远近、水下地形的复杂状况和制图的要求，海道测量通常又可分港湾测量、沿岸测量、近海测量和远海测量等四类。2.1.2 基准
4、海洋测绘基准是指测量数据所依靠的基本框架，包括起始数据、起算面的时空位置及相关参量，包括大地（测量）基准、高程基准、深度基准和重力基准等。海洋测绘根据测绘目的不同，平面控制也可采用不同的基准。海道测量的平面基准通常采用 2000 国家大地坐标系(cgcs2000)，投影通常采用高斯一克吕格投影和墨卡托投影两种投影方式。我国的垂直基准分为陆地高程基准和深度基准两部分。陆地高程基准采用“1985 国家高程基准”，对于远离大陆的岛礁，其高程基准可采用当地平均海面。深度基准采用理论最低潮面。2.1.3 方法2.1.3.1 定位海洋定位是海洋测绘和海洋工程的基础。海洋定位主要有天文定位、光学定位、无线电
5、定位、卫星定位和水声定位等手段。1天文和光学定位:光学定位是借助关学仪器，如经纬仪、六分仪、全站仪等实施海上定位，主要有前方交会法、后方交会法、侧方交会法和极坐标法等。2无线电定位:无线电定位多采用圆一圆定位或双曲线定位方式。3卫星定位:卫星定位属于空基无线电定位方式，为目前海上定位的主要手段。卫星定位系统主要包括美国的 gps，俄罗斯的格洛纳斯(glonass)、我国的北斗定位系统以及欧洲的伽利略(galileo)定位系统。4水声定位2.1.3,3 测深海洋测深的方法和手段主要有测深杆、测深锤（水铊）、回声测深仪、多波束测深系统、机载激光测深等。1测深杆:主要用于水深浅于 5m 的水域测深。
6、它由木制或竹质材料支撑，直径为 35 cm，长约 35 m，底部设有直径 58 cm 的铁制圆盘。2测深锤（水铊）:主要适用于 810 m 水深且流速不大的水域测深。它由铅砣和砣绳组成，其重量视流速而定，砣绳一般为 1020 m，以 10 cm 为间隔。3回声测深仪；4机载激光测深系统2.1.4 海图2.1.4.1 内 容海图( chart) 是为以海洋及其毗邻的陆地为描绘对象的地图。用于航海的海图应详细标绘航海所需要的资料，如岸形、岛屿、礁石、浅滩、水深、底质、水流以及助航设施等。2.1.4.2 要 素海图要素分为数学要素、地理要素和辅助要素三大类。(1)数学要素是建立海图空间模型的数学基础
7、，包括海图投影及与之有关的坐标网、基准面、比例尺等。(2)地理要素是借助专门制定的海图符号系统和注记来表达的海图内容。海图地理要素分为海域要素和陆地要素两类。(3)辅助要素是辅助读图和用图的说明或工具性要素。例如海图的接图表、图例、图名、出版单位、出版时间等。2.1.4.3 种 类海图分类的方法很多，按内容可分为普通海图、专题海图和航海图三大类；按照存储形式可分为纸质海图和电子海图。航海图按航海中的不同用途可分为海区总图、航行图和港湾图。2.1.4.4 分幅海图分幅的基本原则是保持制图区域的相对完整、航线及重要航行要素的相对完整，在保证航行安全和方便使用的前提下，尽可能减少图幅的数量。海图分幅
8、主要采取自由分幅方式。海图一般设计为全张图，图幅尺寸一般为 980 mm680 mm 左右，特殊情况下图幅尺寸可略扩大，但最大不得超过 1020 mm700 mm。对开图一般图幅尺寸为 680 mm460 mm，图幅的标题配置在图廓外时，纵图廓应比标准长度小 25 mm。2.1.4.5 数学基础一般情况下，海图的数学基础包括坐标系、投影和比例尺。我国海图一般采用 2000 国家大地坐标系(cgcs 2000)，国际海图一般采用 1984 世界大地坐标系(wgs-84)。航海图一般采用墨卡托投影，这种投影具有等角航线为直线的特性，是海图制作所选择的主要投影。同比例尺成套航行图以制图区域中纬为基准
9、纬线，其余图以本图中纬为基准纬线，基准纬线取至整分或整度。1:2 万及更大比例尺的海图，必要时亦可采用高斯一克吕格投影。制图区域 60%以上的地区纬度于 75时，采用日晷投影。2.2 海洋测量2. 2.1 技术设计为了保证海洋测量工作顺利开展，在测量实施前必须深入调查、收集资料，进行技术设计。2.2.1.1 技术设计的主要内容(1)确定测量目的和测区范围；(2) 划分图幅及确定测量比例尺；(3) 确定测量技术方法和主要仪器设备；(4)明确测量工作的重要技术保证措施；(5)编写技术设计书和绘制有关附图。2.2.1.2 技术设计的工作步骤技术设计工作一般分为资料收集和分析、初步设计、实地勘察、技术
10、设计书编制等四个阶段。技术设计书的内容为(1)任务的来源、性质、技术要求；(2)测区的自然地理特点；(3) 技术设计所依据技术标准、技术规范、规程以及原有测量成果的采用情况；(4)各施测控制点的等级、标石类型及数量；(5)水深测量图幅、测深里程、航行障碍物的数量；(6)海岸地形测量的图幅、面积及岸线长度；(7)作业所需的各种仪器、器材、船只类型和数量；(8)根据测区地理气象及技术装备条件，计算各种测量作业的工作量和工作天数；(9)根据测区特点和作业技术水平，提出适当的作业方法和注意事项，以及具体技术要求。2.2.2 控制测量海洋测量中的控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。海洋测量的平面及高
11、程控制基础是在国家大地网（点）和水准网（点）的基础上发展起来的。国家各时期布测的三角(导线、gps)点，凡符合现行国家三角测量和精密导线测量规范精度要求的，均可作为海洋测量的高等控制点和发展海控点的起算点使用。2.2.2.1 平面控制测量建立平面控制网的传统方法是三角测量和精密导线测量。随着技术进步，传统的三角测量技术逐步被 gps 控制测量技术替代。控制测量的实施方法、精度要求等参照现行相关标准规范执行，在此不再详述。下面重点介绍海洋测量中平面控制测量的相关要求。按照海道测量规范（gb 12327-1998）中关于平面控制精度的规定，海洋测量控制点分为海控一级点（以h1 表示）和海控二级点（
12、以 h2 表示）以及测图点（以 hc 表示）。海控点的分布应以满足水深测量和海岸地形测量为原则。测图比例尺 S 最低控制基础 直接用于测量 投影1:5000 国家四等点 H1 高斯（1.5 度带）1:5000S1:1 万 H1 H2 高斯（3 度带）S 1：1 万 H2 HC 高斯（6 度带）S 1：5 万 墨卡托海控一、二级点布设的方法主要采用 gps 测量、导线测量和三角测量，测图点可采用 gps 快速测量法，以及导线、支导线和交会法测定。其图形布设要依据地形条件和仪器装备情况而定。海控点和测图点的基本精度指标见下表。限差项目 H1 H2 HC测角中误差（秒） 5 5 10相对相邻起算点的
13、点位中误差（米） 0.2 0.5 测距相对中误差 1/50000 1/25000 1/25000用于平面控制的主要控制点应采用常规大地测量的方法测定，其相对准确度为 1/100 000。 采用卫星定位方法测定控制点时，在置信度为 95%时，定位误差不超过 10cm。而不能用于发展平面控制的次级控制点，采用常规大地测量的方法测定时其相对准确度不得大于 1/10 000，采用卫星定位方法测定时不得大于 50cm。2.2.2.2 高程控制测量高程控制测量的方法主要有几何水准测量、测距高程导线测量、三角高程测量、gps 高程测量等。在有一定密度的水准高程点控制下，三角高程测量和 gps 高程测量是测定
14、控制点高程的基本方法。电磁波测距三角高程测量可代替四等水准测量和等外水准，但三角高程网各边的垂直角应进行对向观测。用于三角高程起算的海控点、测图点、验潮水尺零点、工作水准点及主要水准点，均应用水准联测的方法确定其高程。用水准联测高程时，必须起测于国家等级水准点，根据所需的高程精度和测线长度决定施测等级。进行等级水准测量时，应按相应的国家水准测量规范执行。验潮站水准点与验潮站水尺间的联测，按等外水准测量要求施测。利用 gps 手段进行高程测量时，应对测区的高程异常进行分析。一般在地貌比较平坦的区域，已知水准点距离不超过 15 km点数不少于 4 个；困难地区，水准点分布合理情况下不少于 3 个，
15、解算出的未知点高程在满足规范要求时可作为相应等级的水准高程（外推点除外）使用。2.2.2.3 深度基准面的确定与传递1深度基准面确定海洋测深的本质是确定海底表面至某一基准面的差距。目前世界上常用的基准面为深度基准面、平均海面和海洋大地水准面。前一种是指按潮汐性质确定的一种特定深度基准面，即狭义上的深度基准面，这也是海洋测深实际用到的基准面。20 世纪 50 年代初期，我国采用略最低低潮面作为深度基准面。1956 年后，我国采用理论最低潮面作为海图深度基准面。2深度基准面计算与传递在海洋测量中，验潮站的水位应归算到深度基准面（即理论最低潮面）上。长期验潮站深度基准面可沿用已有的深度基准，由陆地高程控制点进行水准联测，也可以利用连续 1 年以上水位观测资料通过调和分析取 13 个主要分潮采用弗拉基米尔法计算。短期验潮站和临时验潮站深度基准面的确定可采用几何水准测量法、潮差比法、最小二乘曲线拟合法、四个主
