海洋測繪是一門研究海洋、江河、湖泊以及毗鄰陸地區(qū)域各種幾何、物理、人文等地理空間信息采集、處理、表示、管理和應用的學科,是測繪學的一個重要分支,是一切海洋軍事、海洋科學研究及開發(fā)和利用活動的基礎。
一、海洋測繪的專業(yè)細分
海洋測繪在工程應用方面的主要細分專業(yè)包括:海洋遙感、水深測量、海洋重力測量、海洋磁力測量、海洋導航定位、海島礁與海岸帶地形測量、側(cè)掃聲吶掃測、海洋底質(zhì)探測、海洋水文測量、海洋地理信息系統(tǒng)等。
⒈ 海洋遙感:包括衛(wèi)星遙感和機載遙感。衛(wèi)星遙感可得到海量的波浪、溫度、海冰及風力等海洋環(huán)境數(shù)據(jù),對海洋進行實時、全方位的立體監(jiān)測。機載遙感主要借助機載可見光相機、可見光攝像機、紅外相機、高光譜成像儀、LiDAR、SAR、合成孔徑雷達等開展海岸帶地形岸線、植被、水色等監(jiān)測。
⒉ 水深測量:水深測量是海道測量和海底地形測量的基本手段。水深測量與水下地形測量有所不同,水深測量獲取的深度是指在理論深度基準面上的水深,屬于海道測量的重要內(nèi)容;水下地形測量獲取的深度是以多年平均海水面或1985國家高程基礎為起算面,著重于海陸域基準的統(tǒng)一,用于海洋工程建設的需要,一般用在海洋工程的施工圖中。目前水深測量主要方法為單波束水深測量、多波束水深測量和機載激光測深。
⒊ 海洋重力測量:是為研究地球形狀和地球內(nèi)部構(gòu)造,勘探海洋礦產(chǎn)資源,保障航天和遠程武器發(fā)射等所需進行的測量。
⒋ 海洋磁力測量:海洋磁力測量是海洋地球物理探測的重要內(nèi)容,它以巖石的磁性差異為前提,根據(jù)磁異常場的特征及其分布規(guī)律,了解海底巖石磁性不均勻性,進而推斷地殼結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、洋底生成和演化歷史,以及勘查大陸邊緣地區(qū)的礦產(chǎn)分布。同時磁法探測不受空氣、水、泥等介質(zhì)的影響,能準確檢測出鐵磁物質(zhì)所引起的磁異常,因此也廣泛應用于水下小目標尤其是泥下磁性目標的探測,及光電纜、海底路由管線、沉船、鐵錨等探測。
⒌ 海洋導航定位:包括海上位置服務與水下聲學定位。海上位置服務目前主要借助于GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位來進行;水下導航定位多采用水下聲學定位系統(tǒng),是指用水聲設備確定水下載體或設備的位置的聲學技術。
⒍ 海島礁與海岸帶地形測量:海島礁與海岸帶是陸地地形與海底地形的過渡地帶,是海洋空間資源的重要組成,對其進行測量也是海洋工程建設及海洋空間規(guī)劃的需要。傳統(tǒng)海岸帶地形測量多采用全站儀或RTK人工完成,但效率較低且部分區(qū)域施測困難,而利用遙感技術、機載LiDAR結(jié)合GNSS、水上水下一體化移動測量具有快速、動態(tài)和低成本等突出優(yōu)勢,將是未來海島礁與海岸帶地形測量的發(fā)展趨勢。
⒎ 側(cè)掃聲吶測量:側(cè)掃聲吶系統(tǒng)是常用的條帶式海底成像設備,借助拖魚上左、右舷換能器陣列發(fā)射的寬掃幅波束,并在走航過程中對海底進行線掃描,進而形成可反映水體、海底目標分布和地貌特征的條帶圖像,是現(xiàn)在比較常用的掃海測量手段。
⒏ 海洋底質(zhì)探測:海洋底質(zhì)探測是進行海洋動力學研究、海洋礦產(chǎn)資源開發(fā)、船泊錨地選擇、海底管線鋪設、水下潛器座底、海洋工程建設等項目實施的基礎,海洋測繪中的海底底質(zhì)探測主要針對海底表面及淺層沉積物性質(zhì)進行。
⒐ 海洋水文測量:海洋水文測量是為了解海洋水文要素分布狀況和變化規(guī)律所進行的觀測,主要觀測要素包括:水深、水溫、鹽度、海流、泥沙、波浪、水色、透明度、海冰、海發(fā)光等。分大面觀測、斷面觀測和連續(xù)觀測三種方式,可利用衛(wèi)星遙感、機載遙感、海洋浮標、岸基監(jiān)測及船基測驗等方法實施。海流、泥沙等水文要素觀測可用于碼頭和航道區(qū)的選劃、海洋環(huán)境評價、灘涂演變分析等需要;多要素的水文觀測被廣泛應用在海洋溢油調(diào)查、危險化學品污染監(jiān)測、赤潮監(jiān)測、海岸侵蝕調(diào)查、海洋傾倒區(qū)選劃、海洋自然保護區(qū)選劃、海水增養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測和陸源污染物排海監(jiān)測等工作中。
10. 海洋地理信息系統(tǒng):海洋地理信息系統(tǒng)是海岸帶資源和海洋環(huán)境綜合管理的需要,也稱之為海洋地理信息系統(tǒng)(MGIS)或海岸帶地理信息系統(tǒng)(CGIS)。它以海底、海面、水體、海岸帶及大氣的自然環(huán)境與人類活動為研究對象,對各種來源的空間數(shù)據(jù)進行處理、存儲、集成、顯示和管理,進而為用戶提供綜合制圖、可視化表達、空間分析、模擬預測及決策輔助等服務,結(jié)合web技術可以實現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)和相關MGIS功能的實時共享。
二、海洋測繪的行業(yè)應用
⒈ 碼頭、航道、錨地等工程測量:包括碼頭前沿、碼頭后沿及底部、調(diào)頭區(qū)、回旋水域、進出港航道、待泊錨地等,碼頭前沿、調(diào)頭區(qū)、回旋水域、航道區(qū)域一般需要進行水深測量,確保船只在設計水深以上。對于一般水域測量可選擇單波束水深測量,對于疏浚、炸礁等整治區(qū)域或重要水域需要進行多波束全覆蓋水深測量。對于錨地區(qū)域除了進行水深測量外,還需要進行淺地層剖面測量和側(cè)掃聲吶掃海測量,以確保錨地區(qū)域底質(zhì)符合錨抓力條件,無巖礁出露;對于海底底質(zhì)環(huán)境復雜的錨地區(qū)域,還應該進行海洋磁力測量,并進行清障,以確保船只拋錨的絕對安全;碼頭后沿及底部采用單波束水深測量,其目的是研究海底不斷淤積對碼頭承載力安全所產(chǎn)生的影響,確保碼頭的運行安全。
⒉ 航道整治工程測量:航道整治測量除進行多波束全覆蓋水深測量外,還需要進行淺地層剖面測量、側(cè)掃聲納掃海測量和工程地質(zhì)鉆孔,有條件下還建議進行海流測驗,以保障施工期的施工安全。用淺地層剖面測量、側(cè)掃聲納掃海測量和工程地質(zhì)鉆孔來確定設計水深以上的底質(zhì)類型分布,對巖礁區(qū)確定下一步炸礁方案,對泥沙質(zhì)底質(zhì)區(qū)域則實施航道工程疏浚。
⒊ 碼頭等水下構(gòu)建物的檢測:目前常用的方法包括側(cè)掃聲吶掃側(cè)、多波束測深系統(tǒng)探測(調(diào)整探頭角度為斜向)、三維聲吶探測、水下激光掃描及水下機器人觀察等,可以采用多種方法結(jié)合。
⒋ 海底管線路由調(diào)查:海底管線路由調(diào)查包括施工前調(diào)查及施工后檢測,管線路由也包括光纜、電纜、光電纜、輸油管線、輸水管線等,一般需要進行水下地形測量、淺地層剖面測量、海底面狀況側(cè)掃、水文測驗、海水腐蝕分析、表層底質(zhì)采樣和工程地質(zhì)鉆孔等項目,同時開展海洋環(huán)境、海洋相關利益者、海洋功能區(qū)劃符合性及地震危險性等調(diào)查。
⒌ 灘涂演變分析:灘涂演變分析是海洋地質(zhì)穩(wěn)定性評價的重要依據(jù),其中海港回淤測量也可列入其中,主要需進行周期性的水下地形測量和海流泥沙測驗。通過周期性的水下地形測量來給出沖涮或淤積速率,并地質(zhì)穩(wěn)定性進行評價;通過海流泥沙測驗,建立海區(qū)的海流泥沙數(shù)值模型,進行場區(qū)沖淤計算、評價和預測。
⒍ 海底聲學特性探測:海底聲學特性是海洋地質(zhì)、水下工程地質(zhì)、海底礦產(chǎn)資源、海洋漁業(yè)和水下通訊等領域重要的研究內(nèi)容, 通過海底聲反射和聲散射等手段可以進行海底底質(zhì)的聲學特征研究。
⒎ 海洋遙感應用:海洋遙感技術具有速度快、范圍廣等特點,可獲取海洋的整體情況,能提供更多的實時信息,開展海冰、溢油、綠潮、赤潮、海溫、水色、海洋漁業(yè)和風暴潮等方面的應用研究,將對我國海況預警報、海洋防災減災、海洋環(huán)境保護和海洋資源開發(fā)等領域產(chǎn)生積極影響。
海洋測繪是人類認知海洋的重要手段,是海洋一切活動的基礎前提。海洋測繪的內(nèi)容廣泛,應用領域也越來越多,相信隨著科技的進步與設備的更新,海洋測繪產(chǎn)業(yè)將為我們關心海洋、認識海洋、經(jīng)略海洋,為我國海洋強國建設做出更大貢獻。
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