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海洋测量技术的研究进展与展望

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海洋 测量 技术 研究进展 展望
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第 28卷 第 5期2008年 9月海   洋   测   绘H YD RO GRA PH IC SU RV EY IN G AND CHA RT IN GV ol128, N o15Sep1, 2008收 稿 日 期 : 2008203226; 修 回 日 期 : 2008208220作 者 简 介 : 黄 谟 涛 (19612) ,男 ,海 南 文 昌 人 ,高 级 工 程 师 ,博 士 生 导 师 ,主 要 从 事 海 洋 测 量 理 论 与 方 法 研 究 。海 洋 测 量 技 术 的 研 究 进 展 与 展 望黄 谟 涛 ,翟 国 君 ,欧 阳 永 忠 ,陆 秀 平 ,王   瑞 ,申 家 双 ,任 来 平 ,徐 广 袖(海 军 海 洋 测 绘 研 究 所 ,天 津   300061 )摘 要 : 最 近 几 年 我 国 海 洋 测 量 技 术 取 得 了 很 大 的 发 展 。 主 要 从 海 洋 环 境 测 量 信 息 获 取 、 分 析 处 理 、 加 工 管 理 以及 工 程 化 应 用 四 个 方 面 ,重 点 介 绍 我 国 特 别 是 海 军 在 该 研 究 领 域 取 得 的 主 要 进 展 情 况 ,同 时 对 海 洋 测 量 技 术 未 来发 展 方 向 作 了 展 望 。关 键 词 : 海 洋 测 量 ;信 息 获 取 ;数 据 处 理 ;数 据 管 理 ;进 展 ;展 望中 图 分 类 号 : P229      文 献 标 识 码 : A      文 章 编 号 : 167123044 (2008) 05200772061  概   述国 际 测 绘 联 合 会 ( IUSM )在 1990年 制 定 联 合 会章 程 时 ,对 测 绘 学 科 的 内 涵 作 了 重 新 定 义 :“ 测 绘 是采 集 、 量 测 、 处 理 、 分 析 、 解 释 、 描 述 、 分 发 、 利 用 和 评价 与 地 理 和 空 间 分 布 有 关 数 据 的 一 门 科 学 、 工 艺 、 技术 和 经 济 实 体 。 ” 海 洋 测 量 是 测 绘 科 学 研 究 的 一 个重 要 组 成 部 分 ,它 的 主 要 任 务 是 对 海 洋 几 何 场 和 物理 场 参 数 进 行 精 密 测 定 和 描 述 ,其 目 的 是 为 人 类 的活 动 提 供 必 要 的 海 洋 空 间 信 息 。 最 近 十 几 年 ,随 着计 算 机 技 术 和 信 息 获 取 手 段 的 改 进 和 发 展 ,海 洋 测量 学 科 也 发 生 了 深 刻 的 变 化 ,继 过 去 单 一 的 海 道 测量 学 之 后 ,相 继 出 现 了 相 对 独 立 的 海 洋 控 制 测 量 学 、海 洋 工 程 测 量 学 、 海 底 地 形 测 量 学 、 海 洋 重 力 测 量学 、 海 洋 磁 力 测 量 学 以 及 海 洋 界 面 测 量 学 等 。 机 载激 光 测 深 、 多 波 束 测 深 以 及 侧 扫 声 纳 系 统 等 一 批 具有 全 覆 盖 、 高 效 率 和 高 精 度 特 点 的 高 新 技 术 测 量 设备 的 出 现 ,已 经 使 海 洋 测 量 从 过 去 的 点 线 测 量 模 式转 变 为 带 状 测 量 模 式 。 海 洋 测 量 正 在 突 破 传 统 的 时空 局 限 ,进 入 以 数 字 式 测 量 为 主 体 、 以 计 算 机 技 术 为支 撑 、 以 3S ( GPS, GIS, RS)技 术 为 代 表 的 现 代 海 洋测 量 新 阶 段 。 经 过 最 近 几 年 的 努 力 ,我 国 海 洋 测 量技 术 在 多 个 研 究 与 应 用 领 域 取 得 重 要 进 展 ,具 体 体现 在 以 下 几 个 方 面 :(1)测 量 平 台 和 测 量 设 备 呈 多 元 化 趋 势 ;(2)测 量 信 息 采 集 实 现 了 由 模 拟 记 录 到 数 字 化和 自 动 化 作 业 模 式 的 飞 跃 ;(3)测 量 信 息 处 理 由 粗 加 工 、 半 手 工 作 业 模 式向 细 加 工 、 全 自 动 化 方 向 转 变 ;(4)测 量 信 息 管 理 趋 向 规 范 化 和 网 络 化 ;(5)测 量 基 础 理 论 研 究 更 注 重 工 程 化 应 用 。2  海 洋 测 量 信 息 获 取 技 术211  海 洋 环 境 观 测 设 备 研 制 与 开 发21111  多 波 束 测 深 系 统多 波 束 测 深 和 机 载 激 光 测 深 系 统 的 出 现 ,完 全改 变 了 海 洋 地 理 环 境 测 量 的 作 业 模 式 。 与 传 统 的 单波 束 测 深 仪 相 比 较 ,多 波 束 测 深 系 统 具 有 测 量 范 围大 、 速 度 快 、 精 度 高 、 记 录 数 字 化 以 及 成 图 自 动 化 等诸 多 优 点 ,它 把 测 深 技 术 从 原 先 的 离 散 点 线 状 扩 展到 面 状 ,并 进 一 步 发 展 到 立 体 测 图 和 自 动 成 图 ,从 而使 海 底 地 形 测 量 技 术 发 展 到 一 个 较 高 的 水 平 。我 国 在 80年 代 中 期 就 开 始 致 力 于 多 波 束 测 深系 统 的 研 制 与 开 发 工 作 ,由 于 资 金 和 某 些 技 术 上 的原 因 ,当 时 只 研 制 出 了 一 套 系 统 样 机 ,完 成 一 些 必 要的 原 理 性 试 验 。 直 到 90年 代 初 ,海 军 和 哈 尔 滨 工 程大 学 才 开 始 合 作 研 制 实 用 型 多 波 束 测 深 系 统 , H /HCS - 017型 多 波 束 测 深 系 统 已 于 1997年 研 制 成功 ,并 于 次 年 投 入 试 用 。 该 系 统 主 要 由 换 能 器 阵 、 发射 子 系 统 、 接 收 子 系 统 、 海 底 检 测 单 元 以 及 数 据 传 送单 元 几 大 部 分 组 成 。 系 统 的 工 作 频 率 为 45kHz,具有 48个 波 束 ,波 束 角 为 2° × 3° ,其 测 深 范 围 为 10~1 000m,扇 区 开 角 为 120° ,测 深 覆 盖 范 围 最 大 可 达 4倍 水 深 。 H /HCS - 017系 统 虽 然 在 使 用 过 程 中 还 存在 一 些 问 题 ,但 该 系 统 的 研 制 成 功 标 志 着 我 国 多 波束 测 量 技 术 装 备 研 发 已 达 到 准 商 用 化 的 水 平 。 继H /HCS - 017系 统 后 ,哈 尔 滨 工 程 大 学 于 2007年 又研 制 成 功 了 我 国 首 台 便 携 式 高 分 辨 浅 水 多 波 束 测 深系 统 ,该 成 果 具 有 突 出 的 先 进 性 、 创 新 性 和 适 用 性 ,填 补 了 国 内 空 白 。海   洋   测   绘 第 28卷多 波 束 测 深 技 术 经 过 二 十 多 年 特 别 是 最 近 几 年的 飞 速 发 展 ,其 仪 器 设 备 不 论 是 结 构 设 计 还 是 观 测精 度 ,都 已 经 达 到 相 当 成 熟 和 相 对 稳 定 的 阶 段 ,不 同类 型 仪 器 之 间 的 性 能 差 异 也 越 来 越 小 ,目 前 在 国 际市 场 上 ,几 乎 所 有 的 商 用 多 波 束 测 深 系 统 的 观 测 精度 都 能 达 到 甚 至 超 过 IHO S - 44标 准 。 在 这 种 新 的形 势 下 ,我 们 认 为 ,随 着 多 波 束 测 深 技 术 的 普 及 应 用及 其 海 量 观 测 数 据 的 不 断 积 累 ,对 多 波 束 测 深 数 据如 何 实 施 高 效 的 处 理 和 管 理 ,以 及 如 何 评 估 多 波 束测 量 成 果 的 可 靠 性 ,是 当 前 特 别 值 得 重 视 和 急 待 研究 解 决 的 主 要 问 题 。21112  机 载 激 光 测 深 系 统我 国 在 20世 纪 80年 代 中 期 就 进 行 过 机 载 激 光测 深 原 理 性 试 验 ,但 直 到 90年 代 中 期 才 进 入 实 质 性研 制 阶 段 。 2001年 ,在 国 家 “ 863” 计 划 资 助 下 ,首 台“ 机 载 海 洋 测 深 系 统 ” 由 海 军 和 上 海 激 光 所 合 作 研制 成 功 。 这 一 系 统 主 要 由 激 光 测 深 子 系 统 、 动 态 定位 子 系 统 、 数 据 采 集 与 控 制 子 系 统 、 地 面 数 据 分 析 处理 子 系 统 以 及 飞 行 保 障 子 系 统 等 组 成 。 其 测 深 能力 : 2 ~ 50m; 测 深 精 度 : ± 013m; 测 量 效 率 优 于50km2 /h。在 该 系 统 的 研 制 过 程 中 ,相 继 开 展 了 载 体 姿 态动 态 效 应 改 正 、 海 洋 潮 汐 及 涌 浪 改 正 、 测 深 数 据 质 量控 制 、 条 带 测 深 数 据 融 合 处 理 、 测 深 数 据 自 动 成 图 和海 量 测 深 数 据 管 理 等 多 项 关 键 技 术 研 究 ,成 功 突 破了 理 论 建 模 、 数 据 处 理 和 参 数 计 算 中 的 一 系 列 技 术难 题 ,达 到 了 预 期 的 目 的 。作 为 浅 水 海 底 地 形 测 量 技 术 的 一 种 补 充 手 段 ,机 载 海 洋 测 深 系 统 将 与 传 统 的 声 学 方 法 结 合 使 用 ,我 们 应 当 在 未 来 的 实 践 中 通 过 不 断 积 累 经 验 来 寻 求它 们 之 间 的 最 佳 结 合 方 式 。 目 前 ,有 关 科 研 人 员 正致 力 于 提 高 激 光 器 发 射 频 率 和 最 浅 测 深 能 力 的 研 究工 作 ,力 争 使 激 光 器 重 复 频 率 提 高 到 1 000Hz,最 浅测 深 能 力 提 高 到 015m。 机 载 海 洋 测 深 系 统 的 推 广和 应 用 ,标 志 着 我 国 在 未 来 将 更 加 重 视 航 空 遥 感 测量 技 术 在 海 洋 测 量 领 域 的 应 用 和 发 展 。21113  无 验 潮 测 深 系 统测 深 和 定 位 是 海 洋 测 量 最 基 本 的 两 项 工 作 内容 ,随 着 卫 星 导 航 定 位 技 术 的 快 速 发 展 和 精 密 测 深系 统 的 推 广 使 用 ,海 洋 环 境 测 量 精 度 已 经 得 到 大 幅提 高 。 新 技 术 不 仅 为 海 洋 测 量 提 供 高 精 度 定 位 和 深度 信 息 ,同 时 也 拓 展 了 获 取 海 洋 环 境 测 量 信 息 的 技术 途 径 。 由 于 海 洋 测 量 存 在 明 显 的 动 态 效 应 ,因 此其 数 据 归 算 过 程 比 较 复 杂 。 海 洋 潮 汐 高 度 归 算 是 海洋 测 量 最 重 要 的 动 态 效 应 改 正 。 为 了 减 少 人 工 设 站验 潮 带 来 的 人 力 和 物 力 投 入 ,最 近 几 年 ,国 内 外 学 者都 在 致 力 于 利 用 高 精 度 GPS测 高 技 术 进 行 走 航 式海 面 高 测 定 的 研 究 工 作 ,已 经 取 得 一 批 有 实 用 价 值的 研 究 成 果 。 2003年 ,海 军 综 合 应 用 GPS动 态 后 处理 ( GPS - PPK)、 计 算 机 集 成 开 发 、 数 字 通 信 、 图 形处 理 以 及 计 算 机 软 件 工 程 等 多 种 技 术 ,成 功 研 制 开发 了 一 套 集 高 精 度 GPS定 位 、 电 子 海 图 导 航 、 数 据采 集 与 融 合 、 数 据 处 理 与 成 图 等 功 能 为 一 体 的 无 验潮 测 深 系 统 。 该 系 统 在 GPS高 精 度 测 高 技 术 应 用于 海 洋 深 度 测 量 方 面 取 得 了 创 新 和 突 破 ,建 立 了 基于 GPS高 精 度 大 地 高 的 实 用 测 深 数 据 处 理 模 型 ,取代 了 传 统 海 洋 测 量 通 过 设 立 验 潮 站 观 测 潮 位 进 行 水位 改 正 的 作 业 模 式 ,实 现 了 我 国 海 洋 测 量 作 业 模 式的 变 革 。目 前 ,海 军 正 致 力 于 开 展 精 密 单 点 定 位 技 术 在海 战 场 测 绘 保 障 中 的 应 用 研 究 ,力 图 将 该 技 术 引 入到 船 载 测 深 、 机 载 激 光 测 深 、 海 洋 航 空 磁 力 和 航 空 重力 测 量 等 各 个 领 域 ,为 进 一 步 提 升 海 洋 测 量 成 果 质量 ,加 速 海 洋 测 量 技 术 装 备 发 展 提 供 高 技 术 支 撑 。212  海 洋 环 境 观 测 信 息 采 集 技 术信 息 采 集 技 术 是 海 洋 测 量 作 业 过 程 中 的 重 要 一环 。 我 国 早 在 20世 纪 80年 代 初 就 开 始 致 力 于 海 洋测 量 信 息 采 集 自 动 化 技 术 的 研 究 。 1985年 ,海 军 成功 研 制 了 第 一 套 近 海 水 深 测 量 信 息 采 集 自 动 化 系统 ,并 于 次 年 正 式 投 入 使 用 。 1990年 ,研 制 成 功 具备 多 种 功 能 的 海 道 测 量 信 息 采 集 自 动 化 系 统 ,可 完成 不 同 类 型 传 感 器 数 据 的 自 动 采 集 、 记 录 、 合 并 和 处理 ,并 具 有 辅 助 导 航 功 能 。 经 过 多 年 的 应 用 和 实 践 ,人 们 期 待 着 模 块 化 和 标 准 化 海 洋 测 量 信 息 采 集 自 动化 系 统 的 问 世 ,这 样 的 系 统 已 由 海 军 于 1999年 开 发成 功 。 它 集 计 划 测 线 布 设 、 自 动 导 航 、 数 据 采 集 与 记录 、 数 据 质 量 监 控 、 数 据 处 理 与 成 图 等 功 能 为 一 体 ,实 现 海 洋 测 量 全 过 程 的 信 息 自 动 采 集 与 合 成 ;作 业时 ,它 能 直 观 显 示 测 量 船 航 迹 ,便 于 作 业 人 员 监 控 、引 导 船 只 航 行 ;通 过 分 析 计 算 实 时 监 控 数 据 质 量 ,有效 防 止 测 量 资 料 报 废 事 故 的 发 生 ;在 现 场 可 对 获 得的 测 量 数 据 进 行 图 形 处 理 ,使 作 业 人 员 及 时 掌 握 测区 覆 盖 状 况 ,从 而 有 效 提 高 作 业 效 率 与 成 果 质 量 。这 一 领 域 的 发 展 趋 势 是 ,系 统 功 能 向 更 加 集 成化 ,硬 件 平 台 向 更 加 小 型 化 和 通 用 化 方 向 发 展 ,强 化系 统 运 行 的 可 靠 性 、 稳 定 性 和 抗 恶 劣 环 境 性 能 ,以 便能 在 小 吨 位 的 测 量 船 上 推 广 使 用 。 目 前 ,海 军 正 致力 于 海 洋 测 深 和 海 洋 重 磁 测 量 信 息 综 合 采 集 平 台 的研 制 与 开 发 ,其 原 理 样 机 正 在 作 业 单 位 推 广 试 用 。87第 5期 黄 谟 涛 ,等   海 洋 测 量 技 术 的 研 究 进 展 与 展 望213  海 洋 环 境 信 息 反 演 技 术利 用 卫 星 高 度 计 数 据 推 求 海 平 面 高 度 ,并 据 此进 一 步 反 演 海 洋 大 地 水 准 面 、 海 洋 重 力 场 和 海 底 地形 ,是 卫 星 测 高 技 术 在 军 事 空 间 技 术 科 学 研 究 中 最重 要 的 应 用 领 域 。我 国 从 20世 纪 80年 代 中 期 开 始 跟 踪 研 究 卫 星测 高 技 术 ,在 测 高 误 差 分 析 、 数 据 处 理 理 论 及 其 应 用研 究 等 多 个 领 域 取 得 突 破 性 进 展 。 十 几 年 来 ,我 们始 终 注 意 掌 握 世 界 发 展 动 态 ,积 极 开 展 测 高 技 术 应用 研 究 ,在 卫 星 测 高 径 向 轨 道 误 差 特 征 分 析 ,利 用 测高 数 据 反 演 海 洋 重 力 场 、 海 底 地 形 和 海 洋 潮 汐 ,以 及扩 展 超 高 阶 地 球 位 模 型 等 多 个 方 面 取 得 创 新 性成 果 。在 综 合 分 析 研 究 国 内 外 关 于 利 用 卫 星 测 高 数 据反 演 海 洋 重 力 异 常 最 新 研 究 成 果 的 基 础 上 ,我 们 提出 通 过 Stokes解 析 反 解 公 式 、 Stokes数 值 反 解 公 式以 及 逆 Vening - Meinesz公 式 三 种 反 演 技 术 ,在 频 率域 实 现 由 测 高 数 据 到 海 洋 重 力 异 常 的 快 速 转 换 ,在多 个 领 域 取 得 了 一 批 有 价 值 的 研 究 成 果 ,在 多 项 关键 技 术 开 发 研 究 中 有 突 破 性 进 展 ,包 括 :推 出 了 三 种反 演 方 法 二 维 平 面 FFT算 式 的 严 密 公 式 ;首 次 提 出三 种 反 演 方 法 二 维 球 面 FFT的 改 进 算 式 ;在 标 准 场中 完 成 了 各 种 方 法 的 比 较 和 评 价 ;通 过 数 值 模 拟 完成 了 各 种 方 法 的 可 靠 性 和 稳 定 性 检 验 ;完 成 了 由 统一 处 理 得 到 的 卫 星 测 高 数 据 ,按 三 种 反 演 技 术 推 求我 国 海 域 2′ × 2′网 格 重 力 异 常 的 计 算 ;完 成 了 卫 星测 高 重 力 异 常 与 船 测 重 力 异 常 的 比 对 和 检 核 。我 们 在 利 用 卫 星 测 高 数 据 反 演 海 底 地 形 研 究 领域 开 展 的 主 要 工 作 及 取 得 的 主 要 进 展 包 括 : ① 首 次提 出 使 用 完 整 的 带 有 非 随 机 参 数 的 最 小 二 乘 配 置 模型 反 演 海 底 地 形 新 方 案 ; ② 推 出 了 按 现 代 最 小 二 乘配 置 模 型 进 行 海 底 地 形 反 演 的 迭 代 计 算 公 式 ; ③ 完成 了 卫 星 测 高 反 演 海 洋 深 度 与 船 测 水 深 的 比 对 和 检核 工 作 ; ④ 提 出 综 合 利 用 多 种 信 息 源 构 制 我 国 海 域水 深 模 型 的 设 想 ,并 实 际 完 成 了 南 海 2′ × 2′水 深 数字 模 型 的 构 制 。3  海 洋 测 量 信 息 处 理 技 术311  海 洋 测 量 信 息 处 理 工 程继 成 功 研 制 开 发 海 洋 测 量 信 息 采 集 自 动 化 系 统后 ,海 军 开 始 将 注 意 力 转 移 到 测 量 信 息 后 处 理 技 术的 研 究 与 开 发 上 ,首 先 于 1999年 成 功 研 制 开 发 了 海道 测 量 数 据 处 理 与 成 图 软 件 系 统 ,并 在 其 后 几 年 不断 对 其 进 行 改 进 和 完 善 。 在 此 基 础 上 , 2001年 又 自主 开 发 出 了 面 向 整 个 海 洋 测 量 领 域 的 综 合 性 海 洋 测量 信 息 处 理 系 统 。 该 系 统 由 大 地 控 制 测 量 计 算 、 海岸 地 形 数 据 处 理 与 成 图 、 海 洋 测 量 导 航 和 数 据 采 集 、水 深 重 力 测 量 数 据 处 理 与 成 图 、 海 洋 磁 力 测 量 数 据处 理 与 成 图 、 海 洋 潮 汐 分 析 与 计 算 、 海 洋 测 量 成 果 图管 理 、 控 制 测 量 成 果 管 理 、 验 潮 站 成 果 管 理 等 九 个 子系 统 组 成 ,涵 盖 了 海 洋 测 量 各 个 专 业 领 域 。 该 系 统在 国 家 标 准 《 海 道 测 量 规 范 》 的 框 架 下 ,成 功 实 现 了海 洋 测 量 信 息 的 数 字 化 、 自 动 化 和 标 准 化 处 理 ,不 仅提 高 了 海 洋 测 量 信 息 处 理 的 效 率 和 精 度 ,同 时 确 保了 信 息 处 理 的 可 靠 性 和 安 全 性 ,实 现 了 海 洋 测 量 信息 处 理 的 历 史 性 变 革 。 以 水 深 重 力 测 量 数 据 处 理 与成 图 为 例 ,该 子 系 统 主 要 由 水 深 重 力 数 据 处 理 和 成果 可 视 化 两 大 部 分 组 成 。目 前 ,正 致 力 于 多 波 束 测 深 数 据 处 理 软 件 系 统的 研 制 与 开 发 ,其 研 发 目 标 是 ,立 足 于 海 军 海 洋 测 量作 业 部 队 的 实 际 需 求 ,在 充 分 吸 收 和 消 化 相 关 进 口软 件 功 能 的 基 础 上 ,瞄 准 国 际 先 进 水 平 ,自 主 研 制 开发 出 一 套 适 合 我 国 国 情 的 具 有 自 主 知 识 产 权 的 多 波束 测 深 数 据 处 理 及 可 视 化 应 用 系 统 。312  海 洋 测 量 误 差 处 理 技 术在 声 速 改 正 方 面 ,我 国 学 者 收 集 多 年 积 累 的 近海 海 水 温 度 和 盐 度 资 料 ,利 用 水 文 统 计 方 法 求 取 了中 国 近 海 海 域 回 声 测 深 声 速 改 正 数 。 在 潮 汐 改 正 方面 ,提 出 了 基 于 信 号 处 理 理 论 的 时 差 解 算 法 ,成 功 解决 了 多 站 潮 汐 改 正 遇 到 的 难 题 。 在 基 准 面 归 算 方面 ,提 出 通 过 潮 差 比 计 算 和 潮 位 拟 合 方 法 ,实 现 平 均海 面 和 深 度 基 准 面 的 传 递 。 在 误 差 处 理 方 面 ,针 对粗 差 定 位 问 题 ,提 出 将 抗 差 估 计 理 论 引 入 到 海 洋 测量 数 据 处 理 领 域 ,用 于 提 高 海 洋 测 量 异 常 数 据 统 计检 验 的 抗 差 能 力 。 关 于 系 统 误 差 补 偿 问 题 ,在 研 究初 期 就 提 出 通 过 方 差 分 析 方 法 ,建 立 海 洋 测 量 系 统误 差 显 著 性 检 验 标 准 ,并 根 据 系 统 误 差 的 变 化 特 性 ,分 别 导 出 了 补 偿 测 区 系 统 误 差 和 测 线 系 统 差 的 计 算公 式 ;在 研 究 系 统 误 差 补 偿 问 题 的 第 二 阶 段 ,主 要 从几 何 场 的 角 度 出 发 ,提 出 首 先 对 定 位 数 据 进 行 滤 波处 理 ,以 提 供 测 量 船 位 的 最 佳 估 计 ,进 而 提 出 融 合 了位 置 观 测 误 差 直 接 影 响 和 间 接 影 响 以 及 参 量 观 测 噪声 三 大 组 成 部 分 的 测 线 网 整 体 平 差 模 型 ;在 研 究 此问 题 的 第 三 阶 段 ,主 要 从 物 理 场 的 角 度 出 发 ,提 出 了更 广 泛 意 义 上 的 系 统 差 补 偿 方 法 ,即 通 过 建 立 系 统误 差 假 定 模 型 ,构 建 同 时 表 征 和 包 罗 海 洋 测 量 几 何场 和 物 理 场 误 差 影 响 的 自 检 校 平 差 补 偿 模 型 ;为 了工 程 化 应 用 的 需 要 ,又 基 于 误 差 验 后 补 偿 理 论 ,提 出了 自 检 校 平 差 补 偿 模 型 的 两 步 解 算 方 法 。由 于 海 洋 测 量 具 有 显 著 的 动 态 性 和 实 时 性 ,因97海   洋   测   绘 第 28卷此 在 数 据 处 理 过 程 中 增 加 了 多 项 环 境 效 应 改 正 。 我们 认 为 ,各 项 改 正 过 头 或 不 足 是 产 生 系 统 性 偏 差 的主 要 原 因 ,对 各 种 测 量 环 境 效 应 研 究 不 够 仍 然 是 目前 海 洋 测 量 数 据 处 理 工 作 存 在 的 现 实 问 题 。 需 要 进行 深 入 研 究 的 测 量 环 境 改 正 项 包 括 :水 深 测 量 中 的波 束 角 效 应 和 波 浪 改 正 、 多 波 束 测 深 中 的 声 速 剖 面改 正 、 机 载 激 光 测 深 中 的 波 浪 改 正 和 磁 力 测 量 中 的船 磁 改 正 等 。4  海 洋 测 量 信 息 管 理 技 术建 立 海 洋 测 量 信 息 行 之 有 效 的 管 理 机 制 ,是 充分 发 挥 其 服 务 保 障 作 用 的 重 要 前 提 。 在 20世 纪 80年 代 末 ,我 国 学 者 开 始 致 力 于 海 道 测 量 信 息 管 理 和应 用 技 术 的 探 索 与 研 究 。 在 标 准 化 体 系 建 设 方 面 ,已 先 后 编 制 出 版 多 部 有 关 海 洋 测 量 信 息 管 理 和 应 用的 技 术 规 范 ,从 科 学 性 、 完 整 性 和 扩 充 性 等 多 角 度 出发 ,对 海 洋 测 量 信 息 的 分 类 、 编 码 与 格 式 等 提 出 了 明确 的 统 一 性 要 求 。 在 实 体 建 设 方 面 ,已 相 继 建 成 了若 干 个 相 对 独 立 的 单 要 素 数 据 库 系 统 ,这 些 系 统 一般 由 信 息 管 理 、 信 息 应 用 和 信 息 产 品 三 大 部 分 组 成 ,它 们 在 航 海 安 全 保 障 和 海 洋 资 源 开 发 活 动 中 发 挥 了重 要 作 用 。 但 随 着 海 洋 战 场 环 境 建 设 和 海 洋 开 发 活动 的 增 加 ,单 要 素 数 据 库 系 统 已 明 显 不 能 满 足 应 用部 门 的 需 求 ,针 对 这 种 情 况 ,海 军 于 2000~ 2003年成 功 研 制 开 发 了 具 有 集 成 化 意 义 的 海 道 测 量 数 据 库系 统 。 该 系 统 集 成 了 海 洋 测 量 各 种 要 素 的 信 息 采集 、 管 理 、 处 理 、 分 析 、 加 工 和 制 作 等 多 种 功 能 。 具 体开 发 目 标 是 :(1)建 立 海 道 测 量 各 要 素 数 据 库 结 构 及 相 应 的数 据 库 管 理 子 系 统 ;(2)开 发 纸 质 测 量 成 果 数 字 化 专 用 软 件 接 口 ,实 现 对 历 史 测 量 资 料 的 数 字 化 管 理 与 应 用 ;(3)开 辟 海 道 测 量 信 息 网 络 传 递 新 途 径 ;(4)研 制 开 发 完 整 的 统 计 分 析 软 件 ;(5)建 立 海 道 测 量 成 果 资 料 及 其 产 品 的 网 络 服务 模 式 。该 系 统 由 硬 件 平 台 、 商 用 数 据 库 系 统 、 专 业 数 据库 管 理 软 件 和 专 业 应 用 软 件 四 大 部 分 组 成 。 硬 件 平台 主 要 由 服 务 器 、 图 形 工 作 站 、 数 据 处 理 工 作 站 、 交换 机 、 路 由 器 、 扫 描 仪 、 数 字 化 仪 、 绘 图 仪 和 打 印 机 等部 件 构 成 ;商 用 数 据 库 系 统 采 用 O racle910;专 业 数据 库 管 理 软 件 由 海 岸 地 形 、 单 波 束 测 深 、 多 波 束 测深 、 海 洋 潮 汐 、 海 洋 重 力 、 海 洋 磁 力 、 侧 扫 声 纳 和 航 空遥 感 影 像 等 八 个 数 据 库 管 理 软 件 子 系 统 组 成 ;专 业应 用 软 件 由 若 干 个 相 应 要 素 的 测 量 信 息 处 理 软 件 子模 块 组 成 。5  海 洋 测 量 信 息 应 用 技 术511  海 洋 空 间 地 理 环 境 测 量 信 息 应 用随 着 现 代 信 息 技 术 的 发 展 ,海 洋 测 绘 信 息 保 障模 式 正 在 由 纸 质 方 式 向 数 字 化 方 式 转 变 ,除 了 保 障海 上 航 行 安 全 外 ,海 洋 地 理 信 息 已 成 为 战 场 态 势 的工 具 ,数 字 海 图 、 海 洋 GIS、 海 洋 环 境 数 据 库 、 数 字 书表 、 数 字 预 报 、 网 络 与 卫 星 信 息 传 输 技 术 等 已 成 为 海洋 战 场 环 境 的 核 心 数 字 产 品 。 为 了 适 应 我 军 海 洋 战场 环 境 建 设 发 展 的 需 要 ,海 军 利 用 海 洋 空 间 地 理 环境 测 量 信 息 ,先 后 成 功 开 发 了 电 子 海 图 导 航 系 统 、 海洋 环 境 三 维 仿 真 系 统 、 海 军 作 战 标 图 和 演 示 汇 报 系统 和 海 洋 地 理 信 息 应 用 保 障 系 统 等 多 种 类 型 的 海 洋战 场 环 境 数 字 化 保 障 产 品 ,为 我 军 海 洋 战 场 环 境 建设 做 出 了 应 有 的 贡 献 。 目 前 ,海 军 科 研 人 员 正 致 力于 开 展 数 字 海 图 与 智 能 化 导 航 、 海 洋 GIS与 指 挥 自动 化 、 数 字 产 品 与 武 器 系 统 等 相 互 融 合 技 术 研 究 ,力争 使 海 洋 测 绘 保 障 成 为 综 合 战 斗 力 的 一 部 分 。512  海 洋 磁 场 测 量 信 息 应 用海 洋 磁 场 是 海 洋 物 理 场 环 境 的 重 要 组 成 部 分 。测 定 海 洋 磁 场 是 掌 握 、 研 究 和 利 用 海 洋 磁 场 时 空 变化 规 律 的 基 础 和 前 提 ,测 量 要 素 涉 及 海 洋 磁 场 总 强度 、 磁 偏 角 、 磁 倾 角 、 水 平 强 度 、 垂 直 强 度 、 北 向 强 度和 东 向 强 度 等 。在 国 家 专 项 、“ 863” 计 划 和 重 大 项 目 的 支 持 下 ,先 后 开 展 了 海 洋 磁 场 信 息 在 潜 艇 探 测 、 潜 艇 消 磁 隐身 、 水 下 障 碍 物 探 测 、 舰 艇 导 航 和 武 器 制 导 等 多 项 关键 技 术 研 究 ,特 别 是 在 磁 力 仪 阵 列 和 水 下 小 目 标 探测 技 术 研 究 方 面 ,取 得 了 重 大 突 破 ,提 出 了 多 探 头 海洋 磁 力 仪 阵 列 设 计 方 案 ,推 出 了 基 于 多 探 头 海 洋 磁力 仪 阵 列 技 术 探 测 水 下 小 目 标 的 定 位 公 式 ,并 完 成了 必 要 的 试 验 验 证 ,填 补 了 我 国 在 该 领 域 的 空 白 。513  海 洋 重 力 场 测 量 信 息 应 用海 洋 重 力 场 也 是 海 洋 物 理 场 环 境 的 重 要 组 成 部分 。 海 洋 重 力 场 测 量 信 息 是 地 球 重 力 场 学 科 研 究 的重 要 基 础 ,准 确 掌 握 海 洋 重 力 场 的 精 细 结 构 ,对 于 深入 研 究 地 球 形 状 与 地 球 内 部 构 造 、 探 查 海 底 矿 产 资源 、 保 障 航 天 飞 行 器 按 预 定 轨 道 飞 行 等 诸 多 应 用 领域 都 具 有 非 常 重 要 的 意 义 。 特 别 是 在 军 事 应 用 领域 ,随 着 弹 道 导 弹 武 器 系 统 技 术 的 不 断 完 善 ,地 球 重力 场 计 算 误 差 已 成 为 限 制 进 一 步 提 高 导 弹 武 器 命 中精 度 的 主 要 因 素 。 计 算 分 析 表 明 ,对 于 射 程 1万 千米 的 战 略 导 弹 ,地 球 扰 动 重 力 场 引 起 的 导 弹 落 点 偏差 最 大 可 达 2~ 3km。 因 此 ,为 了 提 高 战 略 武 器 的 命08第 5期 黄 谟 涛 ,等   海 洋 测 量 技 术 的 研 究 进 展 与 展 望中 精 度 ,充 分 发 挥 战 略 武 器 的 威 慑 力 ,必 须 全 面 掌 握海 洋 重 力 场 的 精 细 结 构 。在 开 展 全 球 重 力 场 模 型 构 建 理 论 与 方 法 研 究中 ,提 出 了 广 义 球 谐 函 数 定 积 分 的 改 进 算 法 ,推 导 出了 一 阶 、 二 阶 广 义 球 谐 函 数 的 数 值 计 算 公 式 ;提 出 了地 球 重 力 场 的 轮 胎 调 和 分 析 方 法 ,利 用 国 内 外 重 力数 据 源 ,构 制 了 我 国 首 个 全 球 范 围 陆 海 统 一 的5′ × 5′网 格 平 均 重 力 异 常 成 果 ,并 以 此 为 基 础 ,建 立了 2 160阶 次 超 高 阶 全 球 重 力 场 模 型 UGM05。 这 些成 果 对 提 升 我 军 战 略 武 器 的 作 战 效 能 具 有 重 要 应 用价 值 。6  展 望 与 建 议611  以 新 视 觉 重 新 认 识 战 场 环 境 建 设 中 的 测 绘 保障 作 用作 战 离 不 开 对 战 场 环 境 的 感 知 ,自 古 到 今 ,测 绘特 别 是 军 事 测 绘 一 直 是 感 知 战 场 最 直 接 和 最 有 效 的手 段 。 目 前 ,以 全 球 卫 星 定 位 系 统 ( GPS)、 遥 感(RS)、 地 理 信 息 系 统 ( GIS)和 计 算 机 网 络 技 术 为 主体 的 数 字 化 军 事 测 绘 代 替 了 传 统 的 模 拟 军 事 测 绘 ,并 正 向 以 军 事 地 理 信 息 综 合 服 务 为 核 心 的 信 息 化 军事 测 绘 转 变 ,军 事 测 绘 的 思 想 观 念 、 技 术 手 段 、 产 品形 式 和 服 务 方 式 等 ,都 在 发 生 深 刻 的 变 化 。 20世 纪60~ 70年 代 ,计 算 机 技 术 进 入 军 事 测 绘 领 域 ,引 起了 军 事 测 绘 技 术 的 数 字 化 革 命 。 最 具 代 表 性 的 是 测绘 生 产 的 数 字 化 改 造 ,数 字 化 测 绘 产 品 的 提 供 和 服务 领 域 的 扩 大 。在 数 字 技 术 的 推 动 下 ,军 事 测 绘 与 网 络 技 术 的结 合 ,已 促 使 传 统 测 绘 保 障 发 生 了 重 大 变 革 ,成 为 数字 化 战 场 建 设 的 框 架 和 基 础 。 具 体 体 现 在 :(1)测 绘 保 障 的 对 象 已 从 为 作 战 指 挥 系 统 提 供地 图 和 地 理 坐 标 扩 展 到 了 为 武 器 装 备 系 统 提 供 地 理空 间 数 据 ;(2)测 绘 保 障 不 但 要 在 战 前 做 好 战 场 建 设 的 准备 ,还 要 遂 行 作 战 任 务 ,要 对 战 场 态 势 进 行 实 时 全 方位 的 监 测 ;(3)测 绘 保 障 已 从 国 土 、 领 海 、 领 空 的 有 限 空 间向 世 界 热 点 地 区 、 全 球 和 太 空 扩 展 。(4)测 绘 保 障 已 从 地 面 、 海 面 延 伸 到 了 大 气 、 太空 和 水 下 。612
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本文标题:海洋测量技术的研究进展与展望
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