海洋测绘进展评述

【编者按：随着数字海洋基础框架的构建, 我国海洋测绘发生了历史性的变革, 进入了以数字式测量为主体、以计算机技术为支撑、以3S 技术为代表的新阶段。以岸基、舰船、飞机和卫星为平台的立体测量框架及综合要素探测,已成为海洋测绘的主要模式。本文发表在《海洋测绘》2004年第1期上，当今海洋测绘总体按作者10年前展望的方式发展，回顾过去，启迪未来，面对数字海洋时代的到来，我们仍需努力。陈洪云，1954出生，男，天津人，工程师，主要从事海洋测绘科研管理工作。】

一、前言

海洋测绘作为测绘科学技术的一个重要分支，在国民经济建设和国防建设等方面，发挥着重要的作用。现代科学技术的发展，使海洋测绘科学经历了跨时代的转变，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)技术为代表的海洋测绘新阶段。GPS技术及北斗导航定位技术已成为海洋测量、导航定位不可或缺的手段。GIS技术已被广泛应用于海洋测绘数据库的建设和信息共享，数字海图已形成了较完善的生产、管理和发行体系，电子海图系统的应用已具备相当的规模。RS技术在军事斗争准备和保卫国家海洋权益方面发挥了重要作用，海岸带航空摄影测量已经启动。海岸地形快速测图系统、海洋重力测量实时处理系统、海洋测量信息处理系统及海道测量数据库已经投入使用。海洋测量调查设备的研制呈现了可喜的局面，中远海测量系统、智能化测深仪、验潮仪、声速剖面仪等一批高性能的设备应用于测量作业。测绘数据的采集处理技术和手段，呈现数字化和多元化局面。

目前，以信息技术为主要标志的科技进步日新月异。可以预料，以岸基、舰船、飞机和卫星为平台的立体测量框架和综合要素测量探测，正成为海洋测绘的主要模式，地理信息系统和服务保障体系的建设，将进一步改变和丰富成果产品的形式，提高保障精度和效率。

二、20 世纪海洋测绘科学技术的进展

⑴测量平台由船载向与机载、星载相结合发展，测量要素探测综合化

常规或传统的海洋深度测量主要以水面船艇作为测量平台。由于其测量精度高，探测详细，今后仍将为海洋测量的主要作业模式。随着卫星遥感技术的应用，应用卫星遥感手段在浅水区修编海图方面达到实用化水平。

机载激光水深测量技术在国际上已经应用，在我国正在进行研究。研究成功后，可实现50m以浅海区大面积快速测量。

我国在20世纪90年代，开始将航空摄影测量手段应用于海洋测绘，主要解决浅水区或岛礁附近海岸地形测量。

在相当一段时期内，海洋测量的要素相对单一，最主要的为深度和底质测量。20世纪80年代，随着侧扫声纳、海洋重力仪的应用，海洋测量可同时获取海底地貌、海洋重力场数据。双频测深仪的应用，则可同时对深度、淤泥厚度和底质类型进行测量或判别，具有较好的实用性。

20世纪90年代以后，新造测量船艇配备的测量设备发生了很大的变化，可同时完成多个任务剖面，包括水深测量，海底地形地貌测量，重力和磁力测量，浅地层剖面测量及水文气象调查，可最大程度地发挥测量船艇的效能，获取海洋环境的综合要素信息，提高经济效益和军事效益。

⑵测量方式实现了由点、线到面的变化

传统的水深测量使用的均为单波束回声测深仪，为点状和线状测量，测深线之间的深度数据无法获取。随着多波束测深系统的应用，实现了深度的面状测量,解决了全覆盖的问题，大幅度提高了工作效率和深度测量的可靠性。机载激光水深测量，由于高重复率激光器发出的光束，经反射镜高速转动后射向海面，产生的测量效果也属于面状测量。

海岸地形测量原主要使用平板仪、全站仪施测，进行的是点状测量，效率低，并很难客观反映地形地貌。随着航空摄影测量方法的应用，可真实、快速、大面积地获取海岸地形信息，成倍地提高了工作效率。

⑶实现了数字化、自动化生产作业方式

水深测量经历了模拟记录、模数转换、手工定位、人工绘图等阶段，目前已发展为数字测深仪测深、自动导航定位和数据采集、利用计算机进行数据处理和成图的作业方式。

卫星定位技术的应用，基本上取代了光学定位和无线电定位系统在海上测量定位的地位。GPS的应用，为全海域各种比例尺测图提供了良好的定位条件。

水深测量自动化系统及海岸地形测量自动化系统和重力测量实时处理系统在生产中的应用，实现了测量数据的自动采集、处理和编辑成图。

计算机技术和GIS技术的应用，极大地提高了航海图书出版的数字化、自动化和信息化水平。实现了计算机制图，建立了海洋测绘数据库，可全面管理、维护、更新海图数据及其他专题数据。按照国家标准、军用标准生产的数字海图，已全面供应军队和地方部门使用。符合S-57国际标准的数字海图，已经具备生产条件，可以向更多的民用部门和国外用户提供。

⑷海洋测绘基础建设取得重大发展

海洋测绘基础理论研究和应用研究方面取得了一系列成果，发展势头良好。在水深测量的基准方面，提出了深度基准面分布形态曲面法和高程基准历元理论；在声速改正方面，拟合出全球大于200m水深改正公式，建立了中国近海各海区声速改正模型和改正公式；研究提出了时差法水位改正理论；在平均海面和海面地形研究方面，提出了平均海面“稳定性”概念及计算方法，并建立了中国近海海面地形数学模型；在多波束测深系统信号处理和数据处理方面，提出基于抗差估计理论的异常数据定位和处理方法；在TM 图象与SPOT卫星图象的综合几何定位和配准、数学形态学在海图制图中的应用、海图制图综合、建立海岸带地区新的光谱融合模式和遥感方法及建立实用的双介质解析摄影测量数学模型等方面均进行了积极的研究。

海洋测绘的工程实践取得了重大成果，电子海图系统已在军队和地方舰船推广使用；海洋测绘数据库，数字海图生产形成规模，其产品得到了普遍应用；中远海测量船及部分测量船艇，有效地提高了生产作业能力；海洋磁场、重力场精密探测及海岸地形航空摄影测量工程已经全面铺开；海洋大地测量控制网得到了较好的建设。

多年来，出版了大量的海洋测绘专著，颁布了一系列国家标准，为海洋测绘高质量、高层次的建设和发展奠定了坚实的基础。

三、21 世纪海洋测绘科学技术的发展趋势

由于海洋面积广阔浩瀚，海洋环境特殊复杂，而人类对海洋的依赖逐步增加，使得海洋测绘科学技术成为现代科学技术的一个重要的组成部分，也可以说，现代海洋测绘的发展，无一不体现着经济和科技的最新进步。随着“数字地球”、“数字海洋”工程的陆续启动，海洋测绘面临着严峻的挑战和良好的发展机遇。新的世纪，海洋测绘的内涵和手段都将发生深刻的变化。其服务保障对象由主要为海上航行安全服务拓展为海洋经济、军事斗争、维护海洋权益服务等各个领域；服务保障方式由单一、静态、被动的方式向多品种、动态、实时的方式转变。

⑴探测精度进一步提高

无论是深度测量、海底地形地貌测量、重力测量、磁力测量还是海岸地形测量等，随着测量理论研究的发展和测量手段的变化，精度明显提高。具有面状测量功能的多波束测量系统将广泛使用，以确保无遗漏的海区探测。各种水声校准设备的使用，无疑会提高声纳设备的测量精度。新型的重力、磁力测量设备及探测方法，将确保探测数据的可靠。海岸地形航空摄影测量可以真实、客观、无遗漏地反映地形地貌。统一陆海垂直基准、精化海洋大地水准面势在必行。

⑵综合要素测量和综合信息的表示成主导趋势

信息获取方式将由单一系统的组合向多系统集成的方向逐步转变。

本世纪初，海洋深度、重力、磁力、地貌、底质等要素的获取，仍以测量平台搭载多项设备综合探测为主要模式，以提高效益。随着科技进步，一个系统多种功能的集成和多个系统的有机集成将会出现。具备测深、侧扫、浅层剖面测量功能的集成系统将投入使用，卫星遥感领域的合成孔径雷达(SAR)和水深测量领域的合成孔径声纳将是系统功能集成的代表产品。

在信息表示领域，多源、多分辨率信息的有机合成也是重要的发展方向。由卫星、飞机、船艇探测的信息，由光学、声学、雷达获取的信息均可有机地结合在一起，多角度、多分辨率反映海洋的客观实体。

⑶成果形式呈多样化

海洋测绘数据库的完善和各种地理信息系统的建立，为测绘成果的多样性奠定了坚实的基础。成果既有图形产品，也有各种数据产品。图形产品中，除确保航海图的生产外，应提供更多的专题图，如海底地形图、海底地质图、大陆架地形图、海流图、海洋重力图、海洋磁力图等。数据产品包括，符合国际标准的电子海图数据，符合EPS格式的纸质海图出版原图数据，符合通用格式的数字高程数据(DTM)，正射航天、航空影象海图数据及通用的超文本文档格式电子航海书表等。

测绘产品的种类可概括为三大类，即基础产品：按标准要求加工生产的基本比例尺系列数字产品和模拟地图产品；复合产品：由基础地理信息数据之间变换加工生成的数字产品或模拟产品；专题产品：由基础地理信息数据和专业信息数据整合加工形成的数字或模拟产品。

测绘产品形式主要分为二类，即数字产品：按用户需要，任意提取数据库中的数据进行组装形成的可视化数字产品，具有灵活性(不受分幅和比例尺限制)、选择性(可分要素、分层、分级提供数据)、动态性(数据易于更新)；模拟产品：对数据库中的数据进行编辑符号化，绘图输出，以纸张等介质为载体的地图产品。

⑷信息服务趋向动态

20世纪海洋测绘成果主要以三维静态的形式向社会提供，21世纪海洋测绘成果的提供趋向动态性和实时性。因此，研究海洋几何要素和物理要素的时变规律将非常重要。海洋测绘数据库、海洋地理信息系统及各种数字产品，要具有时变特征，使用户掌握和了解海洋要素的变化情况及规律，利于决策。

通过加强海洋测绘数字信息保障网络系统建设，实现经国际互联网或其他计算机网络，向各类用户发布和提供产品信息，进行各种数据资源共享。通过网络及时掌握用户的需求信息，提供有针对性的快速服务保障。