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摘要:本文作者在阐述海洋测绘发展历程的基础上,对如何更好地实现海洋测绘信息化发展提出了几点建设性对策。
关键词:海洋测绘;发展;探讨
中图分类号:P641.71文献标识码:A文章编号:
海洋测绘,对于海上航行的保证以及海洋事业的发展具有重要作用,而海洋测绘的研究成果,不仅体现在海洋事业的发展,还体现在国民经济建设、国防建设以及科学研究的方方面面。对于我国来说,从新中国的成立至今,海洋测绘的发展也从弱走向强,从小做到大,并且有了骄人的成绩。而海洋测绘成果体现在那一万四千米的岛屿岸线1 800km的大陆岸线以及300多万平方千米和6 500多个岛屿的管辖海域。对于我国的海洋测绘事业而言,海军的测绘力量开创的时间最早,随着海洋测绘事业的发展,我国成立了国家海洋局,国家海洋局对我国的海洋进行调查、规划以及实施,使得海洋测绘事业有了蓬勃的发展。
1 海洋测绘发展历程
我国海洋测绘从1949年年初正式起步,已经经历了60多年漫长的发展时期。从最初简陋的测绘操作到今天的智能化操作,经历了质的飞跃。大体而言,可以将我国海洋测绘的发展历程分为如下几段:
1.1 起步时期
从1949年直到1978年改革开放前将近30年的时间内,我国海洋测绘在较艰难的发展中,逐步步入正轨,取得了稳定发展。1949年,华东军区海军海道测量局的建成后,开始了我国的海洋测绘工作。当时的测绘工具较为落后,最初测量水深使用的是水铊、测深杆以及光学定位仪器;1958年起,开始广泛应用电子管回声测深仪,改进了水深测量效果。另外,70年代开始使用的电子波测距仪,是测量工具上的一大进步,使得测边方式逐渐取代测角布网的方式,提高了测量效率。在人才培养上,哈尔滨军事工程学院于1953年首先开设了海道测量科,1956年国家教育部成立第一所民用测绘高等学校武汉测绘科技大学(后并入武汉大学),1959年总参测绘学院设立了海道测量系,大连海事学校于1973年成立了海道测量教研室,并于1978年设立海测系,在全国开始统一高考招生,对人才的培养力度逐渐加大。
1.2 发展时期·
从1978年改革开放至1993年,我国海洋测绘事业取得了开创式发展。在人才培养上,1978年 3月海军第一水面舰艇学校建立了海洋测绘系,首次开始了海洋测绘专业本科生的培养。在测量工具的使用上,从70年代末开始采用单波束测深仪,80年代后,研制成功了自动化水深测量系统,并同步开始多波束测深仪的研制;在定位测量系统上,80年代后期开始逐步使用微波测距定位系统;同时,海洋重力测量数据的处理开始使用微型计算机进行操作,提高了测量的精确性。90年代,《海道测量规范》的颁布,明确了国家在海洋测量方面的标准。
1.3 跨越时期
1994年,GPS定位系统的建成和投入使用,改变了海洋测绘行业的测量方式,并带动了其他测量技术的更新。此时在水深测量仪器上,已经采用微波遥感和可见光遥感的方法,极大提高了测量数据的精确度。此后,卫星遥感测图应用于海图的编制,海洋磁力测量覆盖了我国的很大部分海域。在人才的培养上,海军大连舰艇学院开始在测绘系招收博士生,培养更高技术水平的专业人才。2001年《海洋测绘》杂志在国内外开始公开发行,并成为我国核心期刊。此时期,海洋测绘业取得了跨越式的大发展,取得了极大的成就。
2 海洋测绘的信息化发展策略
现如今的海洋经过数十年的发展,海洋测绘取得了突破式进步,在当前的信息化发展时代,海洋测绘正逐步加快信息化发展步伐,不断提高测绘的精确性。在当前信息化发展时代,海洋测绘行业取得了不菲的成绩,但还需要采取积极对策,以不断促进海洋测绘业的全面信息化发展。
2.1 加快提高测深技术
最原始水深测量技术主要采用全站仪+测深锤、测深绳的方法进行。在水浅流速慢的水域,此种方法可以基本胜任水深测量的任务,当前在一些内河湖泊、小型的封闭浅水区内这种方法仍在使用中。但在开阔性的大型的水域范围内,此种方法就存在水深测量误差大、水深测量平面点位定位误差大的缺点。随着信息科技水平的进步,在水深测量上,海洋测绘也取得了很大进展,声波成为水深测量的主要手段。假设声波在水中的传播水面速度为V,当在换能器探头加窄脉冲声波信号,声波经探头发射到水底,并由水底反射回到探头被接收,测得声波信号往返行程所经历的时间为t,则:
Z= Vt/2
(Z就是从探头到水底的深度,再加上探头吃水就是水深了)
虽然回深测深的原理很简单,但水中的情况却是很复杂的,有干扰回波、有鱼群出没或杂物的回波,水底的反射条件各不相同,在浅水区还有可能出现二次、三次回波,如何从众多的杂波中跟踪得到真正的水底回波信号,需要采用相关的水底门跟踪技术(也叫时间门跟踪技术)、脉宽选择、信号门槛、自动增益控制、时间增益控制(TVG)等技术.当然这些都是国产水深测量仪器需要格外关注的地方。目前受制于先进的测量仪器技术含量高、价格昂贵,在当前我国的水深测绘中,单波束测深仪仍然是使用主力,对多波束测深系统也在逐步的引进,并且国内的的研制也已经到达了一定的水平。另外,水深测量使用到的新技术还有空间遥感技术,但使用的范围还较小,目前主要在我国的浅海区域,在深海区域的使用范围以及技术的精确度均有待提高。
2.2 提高GPS在海洋测绘中的精度
得益于GPS定位系统的开放应用,现在的海洋测绘定位精度已经得到了很大的提高。无论是在水工项目还是疏浚类工程中,GPS定位系统已经得到了普遍的应用。经过多年的研究以及使用,作业模式也呈现多种多样, 常见的比如差分DGPS,这套系统以我国沿海的海岸信标台为基准,精度可达1m左右,信号无偿使用,使用的坐标系统为WGS84坐标系统。对于高精度用户,厘米级的实时动态定位RTK定位技术已经越来越多的部门使用,特别是航道疏浚方面,可以大大提高作业效率,并且节约成本,这些技术的应用无疑将定位精度提高到了很高的层级。
在海洋测绘中,因为各地潮汐性质不同,验潮站控制范围有限,海洋测绘除了传统的验潮作业模式,近些年开发的基于GPS技术的无验潮RTK作业模式。GPS在陆地大地高的测量中历史较早,且测量结果较准确,但在将大地高转化为海图高的精确度上却并不高。由于海洋理论深度基准面具有跳跃变化的不稳定特点,无验潮作业模式便显出了其优越性,该模式可以进行船体姿态改正,动态的消除潮位、涌浪的影响,采集得到高精度的水深数据。
2.3 统一坐标系,提高海洋测绘精确度
当前在海洋测绘中,发达国家在一般使用地心坐标系进行测绘。地心坐标系因以地球质心为原点,较之参心坐标系在测量结果上更为精确,而鉴于各种原因,我国当前在坐标系的使用上,地方坐标系、国家坐标系以及施工坐标系的参照坐标还存在差异,且主要以参心坐标系为主,应尽快予以统一,并逐渐选择使用地心坐标系,以不断提高海洋测绘的精确度。
2.4 加快网络化信息服务系统建设,重视测绘人才的培养
海洋测绘信息目前还是主要在海洋测绘、科研、管理等部门建立的局域网上实现信息共享,并没有实现社会化应用,应尝试在当前局域网的基础上,与各级海事部门实现联网,通过与国家公共信息网站的链接,实现海事测绘公共服务信息的大众化使用,并尽快建立起信息服务系统,使海洋测绘信息能为与海洋打交道的各行业人员提供帮助。另外,应继续加强对于测绘专业人才的培养力度,除通过高校培养专门的人才外,基于科技的飞速发展,应注意对在业人员的培训,以及时更新他们的知识,使测绘人员的专业技能跟上时代发展步伐,并不断得以提升。
3 结束语
海洋测绘在我国的国防建设中发挥着重要作用,在几十年的发展历程,海洋测绘取得了突飞猛进的进步,尤其是随着信息化时代的到来,海洋测绘在技术应用上取得了跨越式发展,实现了测绘的数字化、智能化、自动化的发展目標,在我国海洋事业的发展中发挥愈加重要的作用。信息化海洋测绘经历了较为漫长的发展历程,当前已逐步步入信息化发展阶段,实现了测绘的智能化、自动化,极大提高了测绘结果的精确性,但在当前的发展中,在部分技术的使用上,还有待继续提高,测深技术以及GPS技术均需进一步加快发展步伐,还应统一测绘坐标系,加快建设网络化信息服务系统,并继续加快测绘专业人才的培养力度,以不断促进海洋测绘在21世纪的更快更全面发展。
参考文献:
[1] 马兰,孔毅.信息化海洋测绘的构想[J].现代测绘,2010,(1).
[2] 翟国君,黄谟涛.我国海洋测绘发展历程[J].海洋测绘,2009,(4).
[3] 黄文骞.海洋测绘信息处理新技术[J].海洋测绘,2010,(5).
[4] 毕永良,孙毅,黄谟涛等.海洋测量技术研究进展与展望[J].海洋测绘,2011,24(3).
[5] 陈洪云,翟国君.海洋测绘进展评述[J].海洋测绘,2009,24(1).
[6] 黄谟涛,翟国君,管铮等.海洋重力场测定及其应用[M].北京:测绘出版社,2006.
关键词:海洋测绘;发展;探讨
中图分类号:P641.71文献标识码:A文章编号:
海洋测绘,对于海上航行的保证以及海洋事业的发展具有重要作用,而海洋测绘的研究成果,不仅体现在海洋事业的发展,还体现在国民经济建设、国防建设以及科学研究的方方面面。对于我国来说,从新中国的成立至今,海洋测绘的发展也从弱走向强,从小做到大,并且有了骄人的成绩。而海洋测绘成果体现在那一万四千米的岛屿岸线1 800km的大陆岸线以及300多万平方千米和6 500多个岛屿的管辖海域。对于我国的海洋测绘事业而言,海军的测绘力量开创的时间最早,随着海洋测绘事业的发展,我国成立了国家海洋局,国家海洋局对我国的海洋进行调查、规划以及实施,使得海洋测绘事业有了蓬勃的发展。
1 海洋测绘发展历程
我国海洋测绘从1949年年初正式起步,已经经历了60多年漫长的发展时期。从最初简陋的测绘操作到今天的智能化操作,经历了质的飞跃。大体而言,可以将我国海洋测绘的发展历程分为如下几段:
1.1 起步时期
从1949年直到1978年改革开放前将近30年的时间内,我国海洋测绘在较艰难的发展中,逐步步入正轨,取得了稳定发展。1949年,华东军区海军海道测量局的建成后,开始了我国的海洋测绘工作。当时的测绘工具较为落后,最初测量水深使用的是水铊、测深杆以及光学定位仪器;1958年起,开始广泛应用电子管回声测深仪,改进了水深测量效果。另外,70年代开始使用的电子波测距仪,是测量工具上的一大进步,使得测边方式逐渐取代测角布网的方式,提高了测量效率。在人才培养上,哈尔滨军事工程学院于1953年首先开设了海道测量科,1956年国家教育部成立第一所民用测绘高等学校武汉测绘科技大学(后并入武汉大学),1959年总参测绘学院设立了海道测量系,大连海事学校于1973年成立了海道测量教研室,并于1978年设立海测系,在全国开始统一高考招生,对人才的培养力度逐渐加大。
1.2 发展时期·
从1978年改革开放至1993年,我国海洋测绘事业取得了开创式发展。在人才培养上,1978年 3月海军第一水面舰艇学校建立了海洋测绘系,首次开始了海洋测绘专业本科生的培养。在测量工具的使用上,从70年代末开始采用单波束测深仪,80年代后,研制成功了自动化水深测量系统,并同步开始多波束测深仪的研制;在定位测量系统上,80年代后期开始逐步使用微波测距定位系统;同时,海洋重力测量数据的处理开始使用微型计算机进行操作,提高了测量的精确性。90年代,《海道测量规范》的颁布,明确了国家在海洋测量方面的标准。
1.3 跨越时期
1994年,GPS定位系统的建成和投入使用,改变了海洋测绘行业的测量方式,并带动了其他测量技术的更新。此时在水深测量仪器上,已经采用微波遥感和可见光遥感的方法,极大提高了测量数据的精确度。此后,卫星遥感测图应用于海图的编制,海洋磁力测量覆盖了我国的很大部分海域。在人才的培养上,海军大连舰艇学院开始在测绘系招收博士生,培养更高技术水平的专业人才。2001年《海洋测绘》杂志在国内外开始公开发行,并成为我国核心期刊。此时期,海洋测绘业取得了跨越式的大发展,取得了极大的成就。
2 海洋测绘的信息化发展策略
现如今的海洋经过数十年的发展,海洋测绘取得了突破式进步,在当前的信息化发展时代,海洋测绘正逐步加快信息化发展步伐,不断提高测绘的精确性。在当前信息化发展时代,海洋测绘行业取得了不菲的成绩,但还需要采取积极对策,以不断促进海洋测绘业的全面信息化发展。
2.1 加快提高测深技术
最原始水深测量技术主要采用全站仪+测深锤、测深绳的方法进行。在水浅流速慢的水域,此种方法可以基本胜任水深测量的任务,当前在一些内河湖泊、小型的封闭浅水区内这种方法仍在使用中。但在开阔性的大型的水域范围内,此种方法就存在水深测量误差大、水深测量平面点位定位误差大的缺点。随着信息科技水平的进步,在水深测量上,海洋测绘也取得了很大进展,声波成为水深测量的主要手段。假设声波在水中的传播水面速度为V,当在换能器探头加窄脉冲声波信号,声波经探头发射到水底,并由水底反射回到探头被接收,测得声波信号往返行程所经历的时间为t,则:
Z= Vt/2
(Z就是从探头到水底的深度,再加上探头吃水就是水深了)
虽然回深测深的原理很简单,但水中的情况却是很复杂的,有干扰回波、有鱼群出没或杂物的回波,水底的反射条件各不相同,在浅水区还有可能出现二次、三次回波,如何从众多的杂波中跟踪得到真正的水底回波信号,需要采用相关的水底门跟踪技术(也叫时间门跟踪技术)、脉宽选择、信号门槛、自动增益控制、时间增益控制(TVG)等技术.当然这些都是国产水深测量仪器需要格外关注的地方。目前受制于先进的测量仪器技术含量高、价格昂贵,在当前我国的水深测绘中,单波束测深仪仍然是使用主力,对多波束测深系统也在逐步的引进,并且国内的的研制也已经到达了一定的水平。另外,水深测量使用到的新技术还有空间遥感技术,但使用的范围还较小,目前主要在我国的浅海区域,在深海区域的使用范围以及技术的精确度均有待提高。
2.2 提高GPS在海洋测绘中的精度
得益于GPS定位系统的开放应用,现在的海洋测绘定位精度已经得到了很大的提高。无论是在水工项目还是疏浚类工程中,GPS定位系统已经得到了普遍的应用。经过多年的研究以及使用,作业模式也呈现多种多样, 常见的比如差分DGPS,这套系统以我国沿海的海岸信标台为基准,精度可达1m左右,信号无偿使用,使用的坐标系统为WGS84坐标系统。对于高精度用户,厘米级的实时动态定位RTK定位技术已经越来越多的部门使用,特别是航道疏浚方面,可以大大提高作业效率,并且节约成本,这些技术的应用无疑将定位精度提高到了很高的层级。
在海洋测绘中,因为各地潮汐性质不同,验潮站控制范围有限,海洋测绘除了传统的验潮作业模式,近些年开发的基于GPS技术的无验潮RTK作业模式。GPS在陆地大地高的测量中历史较早,且测量结果较准确,但在将大地高转化为海图高的精确度上却并不高。由于海洋理论深度基准面具有跳跃变化的不稳定特点,无验潮作业模式便显出了其优越性,该模式可以进行船体姿态改正,动态的消除潮位、涌浪的影响,采集得到高精度的水深数据。
2.3 统一坐标系,提高海洋测绘精确度
当前在海洋测绘中,发达国家在一般使用地心坐标系进行测绘。地心坐标系因以地球质心为原点,较之参心坐标系在测量结果上更为精确,而鉴于各种原因,我国当前在坐标系的使用上,地方坐标系、国家坐标系以及施工坐标系的参照坐标还存在差异,且主要以参心坐标系为主,应尽快予以统一,并逐渐选择使用地心坐标系,以不断提高海洋测绘的精确度。
2.4 加快网络化信息服务系统建设,重视测绘人才的培养
海洋测绘信息目前还是主要在海洋测绘、科研、管理等部门建立的局域网上实现信息共享,并没有实现社会化应用,应尝试在当前局域网的基础上,与各级海事部门实现联网,通过与国家公共信息网站的链接,实现海事测绘公共服务信息的大众化使用,并尽快建立起信息服务系统,使海洋测绘信息能为与海洋打交道的各行业人员提供帮助。另外,应继续加强对于测绘专业人才的培养力度,除通过高校培养专门的人才外,基于科技的飞速发展,应注意对在业人员的培训,以及时更新他们的知识,使测绘人员的专业技能跟上时代发展步伐,并不断得以提升。
3 结束语
海洋测绘在我国的国防建设中发挥着重要作用,在几十年的发展历程,海洋测绘取得了突飞猛进的进步,尤其是随着信息化时代的到来,海洋测绘在技术应用上取得了跨越式发展,实现了测绘的数字化、智能化、自动化的发展目標,在我国海洋事业的发展中发挥愈加重要的作用。信息化海洋测绘经历了较为漫长的发展历程,当前已逐步步入信息化发展阶段,实现了测绘的智能化、自动化,极大提高了测绘结果的精确性,但在当前的发展中,在部分技术的使用上,还有待继续提高,测深技术以及GPS技术均需进一步加快发展步伐,还应统一测绘坐标系,加快建设网络化信息服务系统,并继续加快测绘专业人才的培养力度,以不断促进海洋测绘在21世纪的更快更全面发展。
参考文献:
[1] 马兰,孔毅.信息化海洋测绘的构想[J].现代测绘,2010,(1).
[2] 翟国君,黄谟涛.我国海洋测绘发展历程[J].海洋测绘,2009,(4).
[3] 黄文骞.海洋测绘信息处理新技术[J].海洋测绘,2010,(5).
[4] 毕永良,孙毅,黄谟涛等.海洋测量技术研究进展与展望[J].海洋测绘,2011,24(3).
[5] 陈洪云,翟国君.海洋测绘进展评述[J].海洋测绘,2009,24(1).
[6] 黄谟涛,翟国君,管铮等.海洋重力场测定及其应用[M].北京:测绘出版社,2006.