作品展示▏暴景阳：关于海洋测绘的几点思考

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就海洋测绘基本概念、行业与科学分类，海洋基础测绘体系的确立，以及海洋测绘发展状态与方向等问题进行了初步思考，愿与同行与相关专业人士探讨。

一、关于海洋测绘的基本概念评述

粗糙的解释：关于海洋区域测量和绘（制）图的理论、技术。

关注的地球表面范围，不仅包含地球上最广大的海洋区域，也包括江河湖泊等内陆水域，甚至扩展到毗邻陆地，即海洋测绘泛指地球表面水域测绘。正像海事活动不仅指海洋上，也指内河中的交通航运事务，这并非简单的类比，而是关联于这一特定测绘领域的起源与基本服务方向。

关注多要素测定，包括详细的测量与一般性调查。面向大众或主要用户的地理信息要素主要是水域及其邻域地形，附带调查地貌、水文信息。面向专业用户还包括覆盖范围和详略程度不一的地球重力场和地磁场要素。

海洋测绘本身属于测绘科学与技术的重要组成部分，又与海洋科学、地球物理学等相关学科存在密切联系，并在相当长历史阶段重点服务于航海需求。

海图制图是海洋测绘面向社会应用的传统和主要服务内容，正在向多样化的地理信息表达、分析和应用的系统化地理信息服务方向扩展。

综上，海洋测绘的较严密定义：关于海洋乃至地球表面所有水域及毗邻陆地几何、地质与地球物理、水文等地理信息获取、处理、管理、表达和应用服务的理论和技术体系。

二、关于海洋测绘一般分类的评述

这里仅就地理信息获取和专业化处理，即“海洋测量”部分展开讨论。

当前，不论从百科词条撰写，还是从有关专家的权威报告看，基本是按照海洋大地测量、海道测量、海底地形测量、海岸地形测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋工程测量，乃至单独划设海洋遥感测量来分类。这种分类显然存在行业属性、地理信息要素内容、技术方法等多种标准的混合甚至是模糊利用情况，而缺乏学科（分支）级的体系化梳理。如海底地形测量（水深测量）和海岸地形测量构成海道测量的主要内容，海洋遥感测量主要作为海岸（海岛）地形测量的一种手段，海洋工程测量也主要采用海底地形测量、海洋磁力测量等方法，海洋大地测量与海洋重力测量也存在密切联系。

三、海洋测绘的目标要素和观测（探测）技术

海洋测绘所需获取、处理、管理和表达的目标要素主要包括水深、底质、浅层地质构造、水文（海流、潮汐、悬浮物）、重力、磁力等，以及水下地物、建筑物、构筑物与特征物（障碍物）、毗邻陆地地形及水面之上的标志物和障碍物等。相较陆地测绘，海洋测绘显然要面对更多的要素，以满足不同的应用需求。

对应于各种测定要素，相应地有水深测量、底质探测、浅地层测量（浅地层剖面测量、现场采样及地震测量）、水文测量（验潮、验流和水中泥沙含量观测）、海洋重力测量、海洋磁力测量等。也就是说，海洋测绘主要按测量要素细化具体的专业技术。不同的要素采用单一或复合的繁简不同的测量样式，如水深测量在深度测量的同时必须伴随着水位数据的获取。而所有要素的测量基本都应理解为场测量模式，特别是水深、重力和磁力等海洋测绘最基本地理信息要素，必须具有足够的观测密度和合理的空间分布，以反映对应参量场的基本结构乃至精细形态。不同要素的观测依据于不同的原理和特定的技术。海洋测绘的探测技术主要包括：水声技术、光电技术、采样技术、磁探测技术、重力观测技术等。在不同要素的获取过程中，实时精确定位则是关键和基本的支撑技术。

四、面向应用的技术体系模式

海洋测绘，特别是其中的测量工作，通常是面向某种服务目标划分的，在这种划分标准下，分别形成了海道测量、海洋工程测量和日渐引起重视的海籍测量三个行业服务性技术分支。

海道测量：是海洋测绘的根本基石，在行业范畴内甚至仍可等价为海洋测绘，国际海道测量组织所协调的工作即包括海洋地理信息获取（测量），也包括海洋地理信息服务（海图及其衍生产品）。自产生以来，海道测量即主要以保证海上船舶航行安全为目标。这种本源的海道测量，当今被狭义化为航海图海道测量，目标是为编制航海图提供尽可能完备的观测数据，作为一类保障性测绘工作，它包括：

水深测量—为舰船航行提供水深分布，并通过水深的变化分析以及进一步加密探测发现水下航行障碍物，无论正常的海底起伏，还是水下障碍物的测定，都希望获得最保守深度。在采用单波束测深仪进行水深测量的传统技术条件下，所探测的水底回波来源于最短路径，而在最终成果图上的水深数据选取中，又进一步遵循舍深取浅原则。而且，深度的参考面——深度基准面也与某种类型的（最）低潮面相吻合。所以，海道测量所指的水深测量是保守深度（水层厚度）场获取的概念。

扫海测量—为了保证港口和航道等重要停泊和航行区域的舰船活动安全，采用机械式扫海具判明所规定的深度范围内无碍航物存在。当然，扫海测量也可归为特殊形式的水深测量。随着技术的发展，应用扫海具的扫海测量已基本让位于现代声探测技术，如多波束测量和侧扫声呐探测等，称为扫测，含义是无遗漏的水底形态探测，实质上已归类于海底地形测量技术。

底质探测—为舰船锚泊安全需要，对底质类型进行探测。当今底质探测的服务方向也更趋广义化。

海岸控制测量与地形测量—为海图用户的导航服务提供导航和助航标志或参考位置信息，其中助航标志及空中碍航物也采用具有一定保守性的高潮面垂直参考基准测定与表示，以与航海应用需求的信息安全性（保守性）相适应。其中，海岸地形测量主要采用通用的地形测量技术获取水域毗邻陆地的地形信息，从技术上无独特性，目的主要是为海图编制提供陆部要素，保证陆海数据的时效性与协调性。在传统技术模式下，海岸控制测量还为海上各种信息要素的获取提供位置基准。

除水底和近岸几何形态测定外，海道测量还包括一定的磁场要素测量，以提供海图所需的磁偏角导航信息，或对水下碍航物或危险物的性质予以判定。此外，影响海上交通安全或效率的水文要素是海图所需的辅助信息，因此，海洋水文测量（调查）也是海道测量的涵盖内容之一。

从技术角度看，海道测量是海底地形测量、海岸地形测量、海洋水文测量、海洋磁力测量根据服务目标的集成。鉴于海上交通的国际性，为其提供服务的海道测量也具有国际性特征，海道测量是一种政府乃至政府间的行业行为，并且通常由国际性的军种——海军来实施。

海洋工程测量：面向各类海洋工程任务开展的测量工作，通常由多种要素级的测量综合实现工程目标。面向目标划分为疏浚测量，路由测量与调查，钻井平台、海上风电场等各种工程的施工测量与变形监测等。所采用的技术包括区域性水下地形测量（水深测量）、海底底质及浅层地质测量、磁探测、水下摄影及声学成像等。

海籍测量：为海域使用权属所进行的宗海测量。定位和遥感等是其主要依托技术。

图1  面向任务的测量工作及其构成

五、海洋基础测绘与海洋测绘的知识体系

海洋基础测绘是《中华人民共和国测绘法》所称谓的海洋测绘事务，可以看作基础测绘向海洋区域的扩展，从字面上应不包括内陆水域测绘。而若将“海洋测绘”作为一个不可分割的专属名词，则海洋基础测绘可视为基础海洋测绘，是海道测量概念的延伸。

海洋基础测绘首先对应于行业的规划与管理权界定，是具有政府行为，按统一规划，面向不同类型用途的海洋测绘业务。面向海洋，以数据为中心应是基础海洋测绘的本质技术特征。海洋基础测绘所获取的数据具有规定的覆盖度、精度及分辨率。正规出版的地图类产品或规范化的数据产品构成面向多类用户的基本服务。

海洋基础测绘所涵盖的信息类别包括海底地形地貌、海洋重力场、海洋磁场以及海洋水体要素场。海洋基础测量是海洋基础测绘的关键子集。水深测量通常被认为一种专门技术，离散点测深、测线断面测深、条带覆盖测深等不同模式，结合导航定位技术，正在形成学科化的海底地形测量学科分支。海底地形测量不再是面向单一的参数或要素，而是解决固液界面的几何场客观描述问题。而几何形态和海底构成的地貌形态具有不可分性，因此综合完善为海底地形地貌测量。重力和磁力是两类重要的地球物理要素，因此重力测量和磁力测量可合并为海洋地球物理测量，当然，从学科化的观点，海洋地球物理测量不仅包括重力、磁力要素在海洋特定环境下的测定技术，还需要地球重力场和地球磁场的相关基础理论以支撑专业性的分析、处理和应用技术。关于水体的测量则是海洋水文测量。对有关要素对象信息获取和应用提供基准和空间位置标定的分支则为海洋大地测量。

应注意的一个基本问题是此前是否存在海洋基础测绘？事实上，在法律层面，国家早已明确规定，但这一概念却难觅于百科全书、专业辞书乃至于教科书中。那么，海洋基础测绘是以怎样的形态存在的呢？实质上是由海道测量和海图制图——经典海洋测绘所替代的，无论国内和国外，均是同一状态。利用海道测量技术和模式按照一定的比例尺测定了沿岸和近海的水深，并以此为基础，不同沿海国家编制出版了系列比例尺的（航）海图，海图不仅应用于航海导航，也作为法定图种应用于国家间的海洋划界。系列比例尺的信息获取方式和海图产品的用途标识了海洋测绘（海道测量和海图制图）是海洋基础测绘，更确切地说基础海洋测绘的替代作用。在这层意义上，基础海洋测绘这一概念也包括对内陆水域的系列化测绘。当然，这里的基础海洋测绘或海洋基础测绘没有强调对海洋地球物理测量，以及海洋大地测量的覆盖。但国际海道测量组织这一政府间国际组织也将海洋地球物理测量等纳入为其业务协调范围。

图2 基础海洋测绘的内涵

六、关于海洋大地测量的说明

根据前述，海洋大地测量是海洋基础测绘的组成部分，但它的起源及体系形成要比海道测量业务晚得多，且仍处于理论体系的丰富和发展过程中。

海洋大地测量可看作为大地测量在海洋区域的扩展。按照Helmert（1880）的经典定义，大地测量学是“地球表面测量与制图的科学”，包括地球外部重力场的确定，以及海底地形的测定。一方面，它界定了大地测量学作为地球科学分支的的科学属性，也明确了其工程科学特点。最重要的是，从地球空间形态和外部重力场认知两个方面，规定了包括海底地形和海面形态测定在内的全球测绘问题属于大地测量内容。

尽管1804年，沙雷契夫海军中将就提出了海洋大地测量这一术语，但海洋大地测量的研究和发展仅有50年的历史。标志性的事件是1966年在美国召开的第一届国际海洋大地测量研讨会。而第二届（1969年）和第三届（1974年）国际海洋大地测量研讨会召开之后，这门分支学科才获得普遍的公认。海洋大地测量研究启动之初，还主要限于海底大地控制网的布设和观测技术。随着卫星导航定位技术和卫星对地观测技术的兴起与进步，海洋大地测量学逐渐逼近其本源的科学意义。包括海洋大地水准面、海面地形的确定，以及有关海洋动力现象等的与海洋科学的交叉性边缘研究，服务于地球形状和外部重力场研究和区域与全球垂直基准确定。在测绘科学与技术的总体框架下，海洋大地测量学可以包容海洋地球物理测量，也涵盖海洋范围内的高精度导航定位，即为前述海洋导航定位这一海洋测绘基本支撑技术找到学科化归属。

在缺失海洋大地测量理论和技术支持的历史条件下，海道测量、海洋工程测量等也仍然按自身的业务体系而发展，只不过在海洋大地测量理论和技术的支持下，海洋测绘的相关业务化工作具有了更坚实的理论技术依托，向更高水平跨越。

图3  海洋大地测量的海洋信息基准及主要应用技术

七、海洋测绘的基本特征与发展状态

海洋测绘发展的基本特征和状态是：需求导向、技术引领、理论滞后。

航海保障是海洋测绘本初的，当今和今后仍然是最重要的需求。国防安全与军事活动为海洋测绘提出新的信息和服务样式需求。海洋工程建设、综合开发利用以及管理为海洋测绘提出多样化旺盛需求。

海洋测绘的能力总是伴随着科学技术发展总体水平的进步而发展的。

水声技术是海洋观测的重要或核心支持技术。自1913年回声测深技术开端，到1920年代（具体到我国，则是在1950年代后）的实际应用，水声技术一直是海道测量的引领技术。多波束测深（海底地形测量）仪、侧扫声呐、相干声呐、浅底层剖面仪的推出和应用，都在不断改进和升级着对海底和水体的探测能力。

卫星导航定位技术彻底摆脱了海洋地理信息采集对传统地文、天文定位技术和地面无线电定位技术的依赖，保证了全球海洋区域地理信息的高精度获取与位置标定，使得海上测量由重点投入定位工作转向关注属性目标信息的高精度可靠探测。

海洋重力仪和海洋磁力仪测定的地球物理要素精度不断提高。

水面、水下运动测量平台等在传感器技术支持下的智能化发展实现对地理要素的多层面、多尺度探测。

在技术的引领下，海洋地理信息的获取总体实现了由模拟向数字模式更新，多种多类技术的智能化集成。

海洋测绘的相关理论、知识和技能架构总体上比半个世纪前并无本质上的提升，基本处于各类技术的散乱堆砌，细节革新或更替程度。

八、海洋测绘的基本发展方向

首先，需要加强学科化整合，建构和丰富发展海洋大地测量学、海底地形测量学、海洋地球物理测量学、海洋水文测量学、海图学、海洋地理信息学等有关海洋测绘的科学化知识体系。在体系构建中，重点厘清与海洋科学、地球物理学和海洋地质学和海洋物探技术等的联系与边界，理顺不同分支体系的科学逻辑，为技术发展与应用服务奠定理论基础。

其次，应加强标准规范的顶层设计，制定基础测绘标准，更新和改进业务化海洋测绘的相应规范与规程，提升规范标准的科学化，与不断发展的新技术和多样化服务需求的适应性。

再次，根据新战略和新理念，加强与相关专业领域，行业的跨界协同。近年来，海洋立体监测，物联网、大数据等新理念不断推出，在某种程度上为海洋测绘，特别是海洋基础测绘提供了加速发展的新机遇与新空间，尽管监测技术和社会化服务与海洋基础测绘不可能相互替代，但相互补充和支撑将是必然的发展趋势。

最后，需改进人才培养的方式。学历教育应以夯实基础为重点，强化专业和学科的科学素养。根据现代主流技术和新技术设计务实性的实践环节，深化工程素养训练。面向行业性目标或具体海洋测绘工程，培养设计、分析与总结提高的综合性专业素质。岗位人员的培训则宜根据新装备技术应用、新规范标准实施、新理念的推广，以及特定的目标任务，面向海洋测绘专业或相关人员，满足能力素质持续提升或海洋测绘与相互行业协调发展需求。

【作者简介】暴景阳，男，1965年出生，现任武汉大学教授，原任海军大连舰艇学院教授，博士生导师。曾任中国测绘地理信息学会海洋测绘、大地测量与导航两个专业委员会委员，中国海洋学会海洋测绘专业委员会委员。本科、硕士、博士分别主修海道测量、海洋测量、大地测量学与测量工程专业和学科。长期从事海洋测绘教学与研究，特别是在海洋测绘垂直基准、海洋潮汐理论与测绘应用等特色方向取得较丰硕的研究成果，近年来尤其关注海洋测绘理论与技术体系的更新发展探索。获得省部级科技进步奖12项，出版著作4部，发表学术论文170余篇。首届海洋测绘学科发展突出贡献奖、首届海洋测绘领域优秀科技工作者、军队院校育才奖银奖获得者。

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