综述▏我国海洋测绘的发展现状（二）

文/中国测绘地理信息学会海洋测绘专业委员会

编者按：本文来自于《中国测绘地理信息学会海洋测绘专业委员会第二十七届海洋测绘综合性学术研讨会论文集》中的论文“近年来海洋测绘专业进展与展望”，该文分七个方面详细总结了2012～2015年度海洋测绘的发展。考虑该文较长，为照顾读者的阅读方便，现分几个章节单独成篇发表，今天发表的文章依据该文的第二部分“我国的发展现状”，就我国机载海洋测绘技术和船载海洋重磁测量技术二个部分的发展现状进行总结与回顾，现提供大家阅读了解。在此，特别感谢《海洋测绘》编辑部对我微信公众平台的帮助与支持！

第一作者简介：欧阳永忠，1969出生，男，湖南双峰人，高级工程师，博士，海军海洋测绘研究所总工程师，兼任中国测绘地理信息学会海洋测绘专业委员会副主任，主要从事海洋测量理论与技术方法研究。参加本文编撰的其他成员还有：郑义东、周兴华、暴景阳、赵建虎、陆毅、唐秋华、张立华、阳凡林、桑金、杨鲲、张靓、黄谟涛、翟国君、任来平、黄辰虎、王克平和蒋红燕，共计18人。在此，对他们为我国海洋测绘事业的发展与繁荣所做出的努力，所奉献的力作，表达我们最真挚的谢意！

一、机载海洋测绘技术

⒈ 海洋航空重力测量

新型观测仪器和GNSS卫星导航定位技术的发展已经使航空重力测量系统的精度提高了近一个数量级，达到了2～4ｍGal。近年来，国内军地相关单位通过引进集成方式，形成了航空重力测量生产作业能力，先后完成了我国部分海区资源勘查和927专项陆海交界区域的航空重力测量。与此同时，国产自主知识产权海洋航空重力测量系统的研发实现了关键技术的重大突破，进入工程样机试验阶段，开展了国产航空重力仪与商用航空重力仪的同机对比试验。同时在海洋航空重力测量数据延拓处理等研究方向取得了新的显著创新。

2012年，海洋测绘业务主管部门会同中国国土资源航空物探遥感中心等单位，在西沙海域组织实施了国内乃至国际上规模最大的多型航空重力仪同机测试试验。试验采用运8飞机平台，同机加装４型５套航空重力仪，按照设计飞行高度1500ｍ、飞行速度400km/h的技术要求，飞行5个航重架次，测线里程7200km，本次试验在同一飞机平台上获取了国内外4型5套航空重力仪的同机作业数据，不仅全过程测试了俄罗斯GT－1A航空重力仪和美囯TAGS(L＆R S158)航空重力仪两型国际上最为经典的商用航空重力仪的运行性能，全面测试掌握了两型重力仪的性能技术指标，为引进国外航空重力测量装备选型提供了决策依据。而且对国内自主研制的SGA－WZ01捷联式航空重力仪、GDP-1重力仪进行了全面检验测试，进一步验证了两型重力仪技术方案的正确性。为两型重力仪加速开展定型研制提供了极有价值的试验评估条件。

针对海洋航空重力测量作业难以布设GNSS差分基准站的现实，开展了GPS精密单点定位应用于航空重力测量的试验及数据处理分析。实测数据分析表明，基于差分定位处理模式所获得的航空测量成果精度与基于GPS精密单点定位模式处理所获得的测量成果精度基本一致，甚至后者的精度整体上略优于前者，充分证明了GPS精密单点定位技术完全可以取代差分GPS定位技术在航空重力测量中普及使用。为远离大陆海区实施航空重力测量作提供了技术支撑。

研究了航空重力测量数据向下延拓技术，提出了一种独立于观测数据、基于外部数据源的向下延拓新思路。对传统的逆Poisson积分向下延拓模型进行了不适定性分析，提出采用截断奇异值(TSVD)正则化方法。并依据广义交叉检核(GCV)准则选择正则化参数，实现了传统的逆Poisson积分向下延拓模型的正则化解算。针对海域重场变化相对平缓的特点，提出了利用卫星测高重力向上延拓和超高阶位模型直接计算海域延拓改正数的两种方案。针对高阶位模型在地形变化比较复杂的陆部难有较好的逼近度问题，提出了联合使用位模型和地形高信息计算延拓改正数新方法，即在位模型延拓改正数基础上加入地面和飞行高度面上的局部地形改正差分修正量，以此作为陆部航空重力测量向下延拓的总改正数。同时提出了位模型改正数与地形改正数频谱匹配概念，新思路的显著特点是，其解算过程巧妙避开了传统求解逆Poisson积分方法固有的不稳定性问题，有效简化了向下延拓的计算过程和解算难度，提高了延拓计算精度。

⒉ 海洋航空摄影测量与内业制图

在海岸带和远离大陆的海岛礁区域进行航空摄影测量存在两大困难：一是难以布设足够数量、分布均匀的地面控制点；二是在缺少验潮资料的岛礁区域地形测量的高程基准转换困难。因此，近年来海洋航空摄影测量与内业制图技术的进展主要集中在基于高精度POS的直接定向、海岛礁区域高程基准转换、海岸带航测外业测量和内业处理自动化、海岸线航测提取、无人机和机载LiDAR等海岸地形测量等技术方面。

基于高精度POS的直接定向技术对于难以满足传统控制点布设需求的海岸带、海岛礁航测任务有重大意义。针对海岸带和海岛礁稀少控制区域摄影测量定位问题，提出了一种海岸带水边线等高约束条件控制下的光束法区域网空三测量方法，实现航测影像高精度直接定向，提高了海岸带和海岛礁稀少控制区域测图的几何定位精度。验证了无论是否具有控制点，基站差分与精密单点定位技术区域网平差的精度基本一致的结论，据此提出了无控空三航摄作业方案。

远离大陆海岛礁开展地形测绘时，高程基准为当地平均海面，而航测和GPS测量获取的是大地高。海岛礁区域高程基准转换的关键是如何精确构建平均海面模型，在缺少长期验潮数据的海岛礁区域，采用高精度、高分辨率的DTU10全球卫星测高平均海面模型，利用整体最小二乘多项式拟合方法，实现了大地高到当地平均海面高的高程基准转换。转换精度满足各种比例尺岛礁地形测量对高程精度的要求，为无长期平均海平面情况下的远离大陆海岛礁航空摄影测量提供了新思路。

在海岛航空摄影测量中，提出了一种根据区域网形状、岛屿数量和登岛难度布设控制点的方法，首先依据测区岛屿分布及疏密程度合理分区。然后再在传统的五点法和九点法基础上，优先选择面积较大岛屿或在岛屿周边布点。据此研究成果，形成了海岛(礁)测绘工程中航测像控测量的布点方案，并明确了平面控制点和高程控制点的航向间隔基线数和旁向间隔的航线数。

海图快速更新迫切需要实现航测内业处理的自动化，为此突破了海岸带DEM 和DOM的自动化生产技术，研究了航测影像基于DEM和DOM的高精度自动配准、DEM和DOM网络化同步编辑、海岸带纹理稀少及复杂地形条件下DSM/DEM的全自动提取、基于GPU并行运算及自动影像匹配的正射影像高效生成及自动镶嵌等关键技术，并针对海岛(礁)区域DEM生产中的区域地理特点，利用瞬时水涯线分割海域的特定现象，提高了构建TIN或匹配格网的效率。同时，针对存在大面积水域的特点，提出了DEM生成不宜采用自动匹配方式，而应利用特征点线数据生成的策略。

海岸地形无人机测绘系统具有良好的机动性能，能够担负我国海岸带、海岛礁等小范围大比例尺地形测绘任务。为海图更新及应急测绘保障任务快速提供海岸地形变化信息，为了提升海岸地形无人机测绘系统作业性能和可造性，开展了强抗风能力、离散岛礁测绘能力、载荷防水设计和无人机落水应对措施、不同环境条件下多模式起降功能等方面的论证与试验测试，针对海岛(礁)航测影像存在大面积水域，滩涂地物要素单一，特征点不明显，控制点分布不均，影响空三精度，提出了增加潮汐约束和等水位控制并加载定位定姿设备的策略。针对不规则分布海岸带、海岛礁测区，提出了应依据地形走向设计航线的策略，针对海岛低空作业无人机测绘系统由于缺少像移补偿装置，过小像元易产生大像移，提出了选择合适像元大小的处理策略。

⒊ 机载激光海岸带和水深测量技术

机载LiDAR已成功实现了海岸地形数据的高效获取，沿海省市运用机载LiDAR开展了海岛城市高精度DEM数据获取，滩涂地形4D产品快速制作，综合运用DOM影像痕迹线和岸线理论高程值立体精细修测变化海岸线，解决了传统滩涂地形测量难以布控的问题。基于机载LiDAR系统获取的正射影像解译瞬时水边线，应用LiDAR系统提取的DEM和建立的高程转换模型，通过潮汐数据推算出砂质岸线和基岩岸线，并采取基于机载LiDAR点云数据高程差和区域平坦度等局部几何特征优化数据结构过滤海面点与噪声点，以及基于点云数据疏密程度，过滤残余离散的海面点与噪声点相结合的技术，实现了岛礁的准确提取。

“九五”期间，中国科学院上海光机所和海军合作，在国家863计划的资助下，开展了机载激光测深系统研制。于2004年完成了系统样机，并在我国南海成功地