学科报告▏申家双等：我国海洋测绘研究进展
申家双，葛忠孝，陈长林
海军海洋测绘研究所
【摘要】海洋测绘是获取、处理、表达、管理和应用各类海洋地理空间信息的技术。本文从海洋测量平台、海洋探测装备、海洋测绘理论技术、标准规范四个方面，系统总结了近年来我国海洋测绘专业的发展现状，并与国际相关领域进行了横向对比，深入剖析了存在的问题与差距，结合我国海洋强国战略的总体任务需求，从理论研究宗旨和实际应用需求出发，提出了相应的发展策略和措施建议，旨在为我国海洋测绘的发展提供理论参考和技术支撑。
【关键词】海洋测绘；研究现状；发展趋势；平台与装备；理论与技术；策略与建议
一、引言
海洋测绘是研究海洋、江河、湖泊以及毗邻陆地区域各种几何、物理、人文等地理空间信息采集、处理、表示、管理和应用的科学与技术[1-3]。海洋测绘作为测绘科学与技术的一个重要分支，与陆地测绘相比，因其受海洋巨厚水层与海洋环境的影响以及陆地常规测量技术在海洋探测中的限制，声学探测便成为人类认知海洋的主要技术手段[4]，也决定了海洋测绘有其独特性、专业性与复杂性。
近年来，大数据、云计算、移动互联、智能处理等高新技术的快速发展以及在测绘领域的不断渗透，加速了海洋测绘数据获取方式、信息处理技术、产品供应形态、分发服务模式以及应用保障领域发生了深刻变革[5]。随着我国海洋经济的快速发展、海上安全威胁的形势驱动以及“一带一路”等海洋强国战略的逐步实施，对海洋地理空间信息的需求愈加急迫，也使得海洋测绘的地位作用愈发重要。海洋测绘作为一项超前性的系统工程，是一切海上活动的先导与基础[2]，其理论技术水平与信息获取、处理与应用能力必将随着海洋科技的进步与应用需求的牵引会有重大提升，并在海洋科学研究、海上交通运输、海洋权益维护、海洋资源开发、海洋工程建设、海洋环境治理、海上军事演习与海洋防卫等任务中发挥更为重要的作用。纵观海洋测绘专业发展历程，在经历以模拟化、数字化为目标的初期阶段后，正朝着信息化、智能化海洋测绘新阶段转型发展，服务方式也由目前的以海图服务、数据服务为主逐步向信息服务、知识服务、预测服务、决策服务的方向拓展升华。
本文从新时代海洋测绘的作用意义和应用需求入手，系统梳理了近两年来我国海洋测绘平台、装备、理论与技术、标准与规范等方面的进展，分析比较了本领域国内外现状与差距，并就加强我国海洋测绘专业建设提出了具体的发展策略与措施建议，以期为推动我国海洋测绘建设发展提供决策支持与有益参考。
二、我国海洋测绘近期发展现状
⒈海洋测量平台与装备
⑴海洋测量平台
海洋测量通常基于天基（各类卫星）、空基（飞机、飞艇等）、岸基（车载、单兵与固定站等）、海基（舰船、舰艇等）、潜基（潜艇、潜器与海底等）五类作业平台，通过搭载多种海洋测量探测装备（各种传感器与配套系统），以有人或无人的方式来获取海洋地理、海洋重力、海洋磁力等要素信息[6]，满足不同海域及海岛礁、重要海峡通道、战略利益攸关区的需要。
①天基测量平台方面。依托我国自主研制的“天绘”“资源”“高分”等系列卫星以及国外公开的各类卫星资源，开展了可见光、多光谱（高光谱）、SAR、卫星测高等各类海洋测绘遥感信息获取、处理与专题图制作，具备卫星数据分析与4D专题测绘产品生产能力。
②空基测量平台方面。利用各类飞机平台，搭载航摄相机、激光扫描仪（LiDAR）、航空磁力仪、航空重力仪、双色（红外、蓝绿）激光扫描仪及全球导航卫星系统（GNSS）、姿态测量系统（IMU）等设备，开展了海岸带、海岛礁地形航空摄影测量、海洋航空磁力测量、海洋航空重力测量、机载激光水深测量试验与作业，具备机载海洋测量数据采集、分析处理与各种专题测绘产品生产能力[6]。其中，国产无人机产品类型已达数十种之多，续航时间长达几十个小时，任务载荷高达几百千克，为搭载多种传感器和执行多样化任务创造了有利条件。
③岸基测量平台方面。在利用传统光学测量仪器及GNSS等技术进行大地、海岸地形测量的基础上，开展了车载模式（含单兵模式）海岸地形移动测量系统论证、设计与试验，根据任务需求集成CCD数码相机、激光扫描仪、定位定姿系统（POS）、时间同步控制器、便携式勘测等各种设备，在载体移动过程中快速实现海带地形测量数据实时采集、分析处理与专题产品生产。
④海基测量平台方面。利用船载平台搭载定位与探测装备开展海洋测量作业是当前获取海洋地理信息最有效、最可靠的手段，也是海洋测量的主要作业方式。随着我国船舶设计水平的提高、建造工艺的提升以及海洋经济的发展，海洋测量船呈现出种类数量越来越多、性能功能越来越强的趋势。新建的测量船集多学科、多功能、多技术手段为一体，配置了当今国际上最先进的综合导航定位系统、海洋重力和磁力测量系统、多波束测深系统、浅地层剖面测量系统、侧扫声呐测量系统、超短基线水下声学定位系统、深水多普勒海流剖面测量系统等数十种装备，使得海洋测量范围从近海扩展到远海、大洋乃至极地地区。目前，我国地方部门拥有近百艘的在役调查船，分别隶属于国家海洋局、中国地质调查局、中科院、多所研究所或大学和一些企业等单位。海军是我国海洋测绘的一支重要力量，拥有专门的海洋测绘部队。海军调查测量舰船建造经历了从小吨位、功能单一到大吨位、综合测量能力突出的发展历程。近年来，海军872、873、874、875、876、877号中远海综合调查测量船相继入役，极大地提升了海军海洋调查测量的能力。国内无人水面船/艇已进入自主式智能化发展阶段，“精海系列”“方洲号”“海翼号”和“领航者号”等多型无人测量船，在智能巡航、躲避风浪和稳定性等方面都取得了重大技术突破，具备快速执行水下地形测量、水下地貌勘测等诸多任务的能力，大幅提升了我国在无人测量平台的整体水平。
⑤潜基测量平台方面。AUV、ROV等潜基测量平台从少量应用到成熟运行，已逐渐成为探索海洋和深水的一支生力军。潜基平台搭载多波束测深仪、侧扫声呐等探测设备，并运用惯性导航、多普勒计程仪、超短基线等定位设备，可在水下连续作业，配备的深度和高度传感器，能够随时获取所处深度和离底高度数据，实施定高或定深的勘察任务。国内自主研发的“智水号”“微龙号”“潜龙号”和“海斗号”等系列产品有力地促进了AUV、ROV在水下测量和勘探中的应用。
⑵海洋测量装备
近年来，我国在海洋测量装备自主研发方面投入了较大力度，并取得了实际成效，装备国产化进程取得重要进展。
①海岸地形测量装备方面。我国在经纬仪、全站仪、水准仪等传统光学测量装备以及GNSS测量装备研发和生产方面完全具有自主能力，设备性能完全满足实际作业任务需求，功能性能与国外装备相比同处于领先水平。国内用于海岸带航空摄影测量的专用航空相机与机载激光虽有研发生产能力，但性能水平与国外相比尚有差距，目前虽然形成了一些系统样机，但还没有成熟的产品面世。近年来，中国科学院上海光机所成功研制出机载双频激光雷达系统样机，输出近红外和蓝绿双波长激光，分别用于测量海面和海底的反射信号，用于海洋和陆地地形测绘，最大测量深度可达50m[7]。
②海底地形地貌测量装备方面。我国已具备独立自主研发和生产用于海底地形地貌测量的单波束、多波束、侧扫声呐等测量系统的能力，国产装备在海洋测量工程中的使用率同国外设备基本持平。北京联合声信公司研发的DSS3065双频侧扫声呐采用全频谱Chirp调频技术，300kHz和600kHz同时工作，垂直航迹分辨率达2.5cm，缩短了与国外同类产品的差距。此外，将多波束测深系统与合成孔径声呐三维成像技术相结合，研制了多波束合成孔径声呐系统，可以获得与目标作用距离及发射信号频率无关的航迹向高分辨力，实现海底地形地貌的全覆盖探测，且可以对目标进行三维成像，精确测量目标深度信息[8]。
③海洋重力磁力测量装备方面。目前已完成多种重力仪、磁力仪的实验验证，实现了数据的自动采集和规范处理，性能指标接近国外同类产品。在海空重力仪研制方面，逐步缩短了与国外领先水平的差距，并呈现出领跑国际的趋势，在海洋重力场信息的获取中发挥了重要作用[9-11]。国防科技大学于2017年推出了采用“捷联+平台”方案的第三代产品SGA-WZ03，至今已完成多套该型重力仪的生产与推广应用[12]。中国船舶重工集团公司第707研究所于2017年研制出基于双轴惯性稳定平台的海空重力仪原理样机ZL11-1[13]。中国航天科技集团公司9院13所2015年已成功研制出捷联式重力仪SAG-Ⅱ系统，目前完成小批量生产并投入实际作业。在海洋磁力仪研制方面，逐渐打破长期依赖国外进口的局面，重大技术创新有力地推进了国产化进程[14]。2018年，中船重工715研究所研制的GB-6B型海洋磁力仪通过严格测试，主要性能达到国外同类产品性能。GB-6B型海洋磁力仪适用于浅水便携式作业条件，灵敏度优于0.01nT，数据采样率可根据需要多样化设置，全球适用性优于美国的Geometrics公司的G882，标志着磁力仪国产化取得重大突破。
⒉海洋测绘理论与技术
⑴潮位观测与海洋垂直基准建立维持
潮位观测的目的在于消除潮汐的影响，将瞬时水深观测值校准到统一的基准面上。目前形成了以常规验潮站模式为主、以浮标（潜标）观测与卫星测高遥测模式为辅的潮位观测技术体系[4]，实现了GNSS RTK无验潮水深测量工程化应用，利用高精度动态GNSS观测结果对其大地高进行归算改化，通过船只姿态改正解决水位、风浪对水下地形的影响，体现出无验潮水深测量模式具有突出的技术优势和明显的作业效率。
海洋垂直基准是潮汐改正、海岸工程筑港零点标定、海图图载水深计算及瞬时水深反演计算的重要参考面，主要由陆地高程基准、平均海平面、深度基准面、（似）大地水准面、参考椭球面等组成，海洋垂直基准的建立与维持通常需借助验潮站潮位观测数据来确定，除能提供稳定可靠的调和常数和高精度的平均海平面信息之外，还可为精密潮汐模型外部精度检核、深度基准面模型构建等提供数据基础[4]。随着卫星测高、GNSS与浮标等技术的发展，垂直基准采用的数据源和表达方式发生了深刻的变革[15-16]，海洋潮汐模型的精度和分辨率得以不断提高。据此开展了验潮站深度基准确定及调和常数精度需求以及海洋测绘垂直基准体系研究，通过实验对局部海域的深度基准模型构建和远海GNSS潮汐观测技术下的垂直基准进行了转换验证；联合多代卫星测高资料和长期验潮站观测资料，建立了我国区域精密海潮模型，综合利用沿海及海岛礁卫星定位基准站和长期验潮站并置观测资料，开展了跨海高程基准传递的理论方法以及海洋无缝垂直基准构建技术研究，建立了我国高程基准与深度基准转换模型，探索了海洋垂直基准的传递方法；提出根据不同海域的潮汐特点，分别选取适宜的垂直基准面，在不同的基准间建立转换模型，并在临界海域建立过渡模型，最终建立适用于全海域的海洋无缝垂直基准体系[17-18]。
⑵导航定位
海上导航定位是保障海洋船只安全航行、海洋工程顺利实施的前提和基础。目前海上导航定位主要依赖于GNSS单点定位技术，在高精度测量中主要采用GNSS RTK、PPK和PPP定位技术[19-20]。随着我国北斗地基增强系统一期工程的建设以及沿海RBN-DGNSS台站双模改造工程的完成，构建了高密度网基准站以及数据综合处理系统，建成了以北斗为主，兼容其它卫星导航系统的高精度位置服务网络，研制了北斗广域精密定位服务系统，实时生成北斗高精度轨道、钟差、电离层产品，提供厘米级北斗双频PPP、分米级单频PPP、米级单频伪距定位服务，并在中国沿海和内河建立了AIS岸基网络体系，在提升了海上测量定位精度的同时，也提高了船舶航行安全性能[21-22]。利用虚拟现实技术，将水陆多元信息进行融合，汇集GNSS、AIS、电子海图、VTS雷达等数据，建立了三维动态视景和实体行为相结合交互式的航海环境，为用户提供了方便形象逼真的导航服务平台。在差分定位技术方面，开展了坐标、伪距、相位、相位平滑伪距等差分技术在无线电定位､卫星定位等方面的应用模式研究[23]，消除了局域差分、广域差分、星站差分等系统误差，提高了信息获取与数据处理精度。
水下导航定位形成了组合声学定位、惯性导航、匹配导航和船位推算等多种技术综合使用的局面，组合导航定位方式相比于单一导航定位方式，可明显提高水下导航定位精度和可靠性[24]。开展了星站差分GNSS、惯性导航系统与超短基线声学定位系统相结合的高精度水下定位检验测试，形成了较为完备的水面水下一体化精密定位技术方法与应用体系。惯性导航技术常与基于海底地形或重/磁力场的匹配导航技术组合，具有高精度、长航时和隐蔽性等特点，已成为水下自主导航的重要手段，开展了惯性/重力匹配组合导航中的重力图构建、重力实时测量、重力补偿、重力匹配和综合校正等关键技术研究。多种水下导航技术组合形成无源自主导航定位系统，为水下潜器导航服务。
⑶海岸带、海岛礁地形测量
海岸带、海岛礁是陆地地形与海底地形的过渡地带，是当前海洋测量中的难点和热点。利用遥感技术结合GNSS、水上水下一体化移动测量等技术实施海岸带、海岛礁地形测量具有宏观、快速、综合、高频、动态和低成本等突出优势。在海岛礁控制测量中，利用双频GNSS接收机进行不间断观测，通过精密单点定位解算分析达到了厘米乃至亚厘米级的精度，大大降低了海岛礁控制测量的难度。根据海岸带测量的不同需求，建立了海空地一体化海岸带机动测量技术体系，设计了针对不同地域基于天基卫星、空基有人/无人飞机、车载方舱、单兵等测量平台的移动作业模式、硬件配置方案及软件功能模块，为海岸带、海岛礁地理信息快速更新与应急保障提供了技术支撑。结合海岸带、海岛礁的特殊地理位置和形态结构，尤其近岸处水下地形极不规则的特点，采用多波束测深仪进行倾斜测量，最大程度地获取了岛礁附近不规则水下地形数据，保证了与水上三维激光扫描数据的有效拼接，并针对倾斜测量的安装校准残差、声线传播误差、运动姿态残差等干扰进行了分析研究。基于机载LiDAR点云数据和局部几何特征优化数据，实现了海岸地形的准确提取。运用机载LiDAR开展了海岛城市高精度DEM数据获取和滩涂地形4D产品快速制作。开展了基于高分辨率卫星多光谱立体像对的双介质浅水水深测量方法研究，在水面平静、底质纹理丰富的浅海岛礁水深反演中取得优于20％的相对测深精度，为浅水水深测量提供新手段[25]。在数据处理方面，针对海量大型海岸带遥感影像处理的难题，将高性能集群并行处理技术和大规模分布式处理技术应用到遥感影像处理中，提出了网格计算环境下适合大规模遥感影像快速批量处理软硬件解决方案。
⑷海底地形地貌测量
随着测量装备技术的发展和数据处理技术的突破，海底地形地貌测量正朝着立体、动态、实时、高效、高精度的方向发展。
①海基测量技术。船载一体化测量技术是当前海底地形地貌测量的主要手段，集单波束、多波束测深技术、侧扫声呐技术、GNSS RTK、PPK、PPP高精度定位技术、POS技术和声速测量技术等于一体，在航实现多源数据采集与融合，最大限度地削弱波浪、声速等各项误差对测量成果的影响，提高海底地形地貌测量精度和效率。探测数据处理技术主要集中在声速剖面简化、数据滤波和残余误差综合影响削弱等方面，显著提高了探测数据处理精度和效率。国内多波束、侧扫声呐等数据处理软件研发突破了技术壁垒，国产软件得到了一定程度的推广应用。
②潜基测量技术。以AUV、ROV等为平台，利用搭载的超短基线定位系统、惯性导航系统、压力及姿态传感器等设备获取平台的绝对位姿信息[26]，同时利用多波束测深系统与侧扫声呐系统获取海底地形地貌，实现测量数据的有线或无线传输，进而综合计算获得海底地形地貌。潜基海底地形测量技术具有灵活高效、方便快捷等优势，已在一些重点勘测水域和工程中得到了应用。
③空基测量技术。机载激光测深技术是海底地形测量的研究热点，具有效率高、灵活性强、自主性强等优势，可有效弥补了以舰船为载体的传统声学测深方法在近海浅水区作业存在的技术缺陷，也为相关工程问题的解决提供了新的技术手段[27]。近期，国内组织相关单位在常规飞机平台上加载CZMIL激光测深系统，开展了岛礁地形及周边50m以浅水深测量任务，完成了测量作业实施、数据处理与成果图件绘制等工作，有效验证了空基海底地形测量技术的可行性和高效性。随着LiDAR数据处理技术的深入研究和测量精度的不断提高，其在近海海域的应用将会越来越广泛。
④反演技术。是一种非直接测量来获得海底地形地貌信息的方式，主要利用卫星（或航空）遥感影像反演水深、重力信息反演海底地形和声呐图像反演海底地形地貌。通过反演技术获得的海底地形地貌信息虽有经济、快速、尺度大等优点，但与直接测量方式相比，反演技术有待于深化，反演模型有待于优化，反演精度有待提高。
⑸海洋重力与磁力测量
海洋重力测量呈现出以高精度的船载重力测量方式为主，以潜载、航空和卫星等多种测量方式为辅的立体测量态势。其中，航空重力测量发展迅速，已初步具备实际应用能力。同时，重力测量数据处理技术实现了全过程自动化与智能化，精细化数据处理方法体系和多源重力数据融合处理理论趋于完善，成果精度显著提高。具体表现为：构建了更加严密的海空重力测量数据处理模型，开展了地面重力测量数据向上延拓和航空重力测量数据向下延拓两种计算模型的分析检验与评估，分别研究了6种向上延拓计算模型和当前国内外最具代表性的3种向下延拓计算模型的技术特点和适用条件[28-29]。联合使用Tikhonov正则化方法和移去-恢复技术，构建了多源重力数据融合的正则化点质量模型；研究分析了数据融合统计法和解析法的内在关联与差异，提出了融合多源重力数据的纯解析方法。
船载海洋磁力测量是获取高分辨率海洋磁场数据的主要方式。近年来，国内相关部门对船载磁力测量成果数据规范化、标准化处理技术展开研究[30-31]。日变改正是当前海洋磁力测量面临的技术难题，为解决远海磁力测量日变改正难题，对海底地磁日变站布放选址方法展开深入研究；基于傅立叶谐波分析方法建立了日变数据处理谐波分析模型，实现了日变基值、平静日变改正和磁扰改正的合理分离，解决了强磁扰期日变改正问题。提出了基于微分进化法确定磁异常场向下延拓的最优参数，可同时确定最优正则化参数及最佳迭代次数，提高向下延拓的精度及计算效率。在海岛礁地磁力测量方面，实现了地磁仪、陀螺仪、天文观测和GNSS高精度定位与定向系统等一体化集成应用，探讨了完整的地磁三分量测量技术流程，开展了船载地磁三分量测量试验并取得初步成果，提高了海洋地磁测量的精度。
⑹海图制图与海洋地理信息工程
海图是所有海洋测量要素的综合承载体，目前纸质海图虽仍在沿用，但电子海图更为普及。
海图制图方面的研究主要集中在：①海图理论。研究了海图配准、电子海图数字接边、点状要素注记自动配置、色彩管理方案、海岛礁符号分类等问题，提出了顾及多重约束条件的海图水深注记选取方法[32]；深入研究了顾及转向限制的最短距离航线自动生成方法[33]和基于空间影响域覆盖最大的航标自动选取方法[34]；开展了中线注记方法研究，有效地提高了电子海图岛屿动态注记自动配置的准确度和运算效率[35]。②海洋地理信息技术。在云计算、大数据和智慧海洋等新架构、新技术、新方法推动下，提出了全息海图、智慧海图、移动电子海图等新概念，开展了极区海图编绘理论研究，为信息时代海图学发展提供了新动力，成功研制了移动电子海图智能应用系统[36]，实现了外业调绘、船舶定位、自主导航、船舶引航等功能。③数字海图制图技术。建立了水深、海洋重力、海洋磁力、潮汐、数字海底模型（DTM）以及全球电子海图等专题数据库，开展了基于数据库的一体化海图生产能力建设，继续推进按需印刷POD生产实践，初步建立了数据库驱动的海图生产体系，具备数字海图、纸质海图、航海书表、航海通告等产品数字化生产能力，符合国际标准的电子海图系统研制工作取得重大进展[37]。将云计算和云服务概念引入到电子海图生产体系中，构建了电子海图网络服务的云计算框架，对全球电子海图的云可视化技术进行了研究，初步实现了各类航海图书资料的在线发布与更新。④电子海图应用。开展了中国海区e-航海原型系统技术架构研究，提出了以e-航海系统为关键环节的“智慧港口”概念，积极推动e-航海在各海区试点示范工程，成功研发“E海通智能导航APP”，采用“黑盒子”获取船舶导航设备信息，通过云数据中心获取最新海图、航行警通告、实时潮位、气象等信息，实现了船舶的智能导航。结合国际e-航海发展最新成果，深入开展了e-航海航保信息标准化研究和应用技术研究，探索了数字化海图改正、数字航标、数字动态潮汐等信息服务应用新模式，成功研发的“海e行智慧版”，解决了多种航海图书资料的在线发布与更新问题。
在海洋地理信息工程建设方面，完成了我国数字海洋原型系统设计与实体建设，在研制数字海洋地理信息基础平台、电子沙盘系统与全球电子海图系统的基础上，启动了“智慧海洋”的建设，开展了智慧海洋系统基础框架设计与工程建设论证。对海洋地理信息系统理论构成体系中的时空数据模型、时空场特征分析、信息可视化和信息服务等技术开展了深入研究，实现了数字海洋系统中电子海图数据融合可视化技术，形象地表达了海洋环境空间分布。基于云计算技术，提出海洋空间信息一体化架构服务平台，研发了集成数据管理与查询、数据处理与分析和数据可视化功能于一体的海洋信息集成服务系统。研制了海洋多源异构数据转换系统，实现了多源数据的融合处理与综合应用。
⒊海洋测绘标准与规范
海洋测绘标准规范是获取高质量海洋测绘信息的保证，也是作业人员作业行为和操作过程的重要依据。针对海洋测绘信息获取、处理、应用各环节的业务化应用，加强标准规范的补充完善，研究制定了多波束测深、航空海洋重力测量、航天航空遥感海岸地形测量、海洋测量成果质量评定等国军标与行业标准，制定了《海洋基础地理信息要素分类与编码》国家标准，修订完善《海道测量规范》《电子海图技术规范》等国家标准，基本满足了测绘作业应用需要。
针对IHO颁布的S-100标准体系，及时引进与采用国际先进规范标准，加快与国际标准接轨的速度，分析了S-57数据传输标准局限性与S-100海道测量数据模型体系结构特点，并对S-100图示表达模型进行概念阐释；对S-100中的图示表达模型进行了概念的阐释[38]；探讨了S-101（电子航海图产品规范）标准的详细内容，展望了基于S-100的S-101电子海图生产规范的发展情况；分析比较了S-57与S-101电子海图分类编码的异同点[39-41]；对S-101产品规范进行了解析[42]；开展了S-57向S-101的格式转换方法研究[43]；分析研究了S-102水深表面产品规范，并对S-102数据组织进行了转换与显示验证[44]。
三、国内外差距分析
⒈海洋测量平台与装备
目前我国海洋测量平台与装备整体能力水平，与国外海洋发达国家相比仍有一定差距，主要体现在：①在天基海洋测量平台方面，美国、俄罗斯和欧洲空间局已发射一系列大型海洋卫星，可提供全天时、全天候的海况实时资料。我国海洋卫星工程起步较晚，目前仅有两颗海洋水色卫星和一颗海洋动力环境卫星，缺乏海洋综合探测卫星，地面应用系统基本建成但业务化应用还需进一步完善，天基平台信息获取能力与多种应用需求相比尚有一定差距。②在空基测量平台方面，国外针对不同测量任务需求已形成相关测量平台体系，我国目前的专用空基作业平台数量不足，多样化程度不及发达国家。③在岸基测量平台方面，部分装备存在功能单一、设备老化等情况，固定台站数量不足、分布不均，尚缺少新型岸基车载（单兵）移动观探测装备[6]。④在海基测量平台方面，我国的大型海洋测量平台总数偏少，平均船龄相对老旧，配套设施难以完全满足应用需求，测量装备大多依赖进口，更新换代期限较长，作业模式不够科学合理，测量船的综合作业能力与水平有待进一步提升。近几年我国在海洋测量平台的研制方面投入了大量财力，正积极开展大吨位综合性海洋测量船的建造。⑤在潜基测量平台方面，我国的发展势头比较强劲，正在积极研发具有自主知识产权的AUV/ROV/AUG等一系列小型海洋测量平台，虽然起步较晚，但与世界先进水平的差距正在逐渐缩短。
在海洋测量装备研制方面，用于海底地形测量的单波束、多波束测深系统以及侧扫声呐系统发展较为成熟，基本跟上国外先近设备的步伐，但国产化设备的推广应用及市场占有率不及国外。激光测深设备的自主研发能力不强，目前尚未有投入商业运行的国产化样机，实际作业采用的激光测深设备大多依赖进口。我国海空重力测量传感器技术得到迅速发展，与当前国外先进水平的差距明显缩小，自主研制系统的关键技术指标已经接近甚至优于同类进口产品。但与国外成熟的重力测量装备相比，我国自主研发的产品仍存在投入应用时间较短、应用案例较少的客观事实，国产重力仪的稳定性和可靠性还有待进一步确认。在海洋磁力测量仪器方面，国外高性能的海洋磁力仪灵敏度已达0.001nT，并通过研制多探头海洋磁力仪阵列，水下磁性目标探测能力得到显著提高。我国研制的海洋磁力仪精度和工作效率与国外先进水平仍有一定差距，且投入实际应用数量较少，后续仍需加大研发力度。
⒉海洋测绘理论与技术
①潮位观测与海洋垂直基准建立维持方面。当前我国无缝海洋垂直基准体系并不完善，不同的参考基准之间难以方便地进行转换，测量数据使用效能还不太高，与美国、加拿大、澳大利亚等沿海国家相比尚有差距。一是国内布设的长期验潮站数量与覆盖范围有限，难以获取全球海域潮位变化信息；二是国内尚未具有自主的测高卫星资源，定点验潮数据、卫星高度计数据与浮标观测数据同化分析不够充分，制约了模型的构建精度；三是国内尚未研制出诸如VDatum的垂直高程基准转换软件包，难以灵活实现全球海域各种潮汐基准、高程基准和椭球垂直基准之间的转换。
②导航定位方面。我国虽在水下导航定位装备研制以及水下定位的关键技术研究等方面取得了多项重要成果，逐渐打破国外技术壁垒，与国外的差距正在不断缩小，但在水下定位装备系列化、集成化、小型化、智能化等方面还有很大的发展空间，声呐、重力、惯导等多传感器集成、重磁地形匹配以及水上水下无缝导航定位技术也有待发展和突破[17]。
③海岸带、海岛礁地形测量方面。测量技术正逐步赶上国外先进水平，航空摄影测量和遥感技术在海岸带和海岛礁地形测绘中得到了广泛应用，近海岸无人测量平台的利用和测量数据处理技术取得了明显进展。陆海一体化测绘理论技术体系基本建成，缩短了与世界上海洋测绘发达国家的差距。在数据处理技术的相关环节进行了较为深入的研究、论证和试验，根据理论和技术研究成果所开展的自主知识产权软件研发工作稳步推进。
④海底地形地貌测量方面。综合采用多种装备仪器实施海上测量，达到了优势互补的效果，但对测量分辨率指标关注度不够，过于强调过程控制指标，海底地形地貌测量仍停留在水深测量概念层面，与国际上以海底地貌形态和特征地物的精准探测理念存在较大差距。测量数据处理技术基本与国际同步，海底地形测量精度得到不断提升。
⑤海洋重力测量方面。我国海空重力测量技术在观测仪器、测量数据处理和集成应用等方面都取得了长足的进步，但与发达国家相比，整体水平仍有一定差距，主要体现为：海空重力测量技术体系建设顶层设计还不够完善，特色需求分析论证还不够充分；体系建设还存在弱项和短板，测量作业规划与仪器性能评估、动态环境效应建模与数据精细化处理、成果质量评估与数据综合应用等一系列技术问题，仍需要通过研究攻关加以解决。
⑥海洋磁力测量方面。我国海洋磁力测量技术在测量规模、仪器设备、数据处理方法等方面均与发达国家存在着一定差距，如美国已基本掌握了全球磁场分布，并对重点海区进行了大比例尺探测，建立了较完善的地磁场信息服务系统。现有的海洋磁力测量数据都是不同单位采用不同的测量仪器在不同时期测得的，在这种情况下获得的成果资料在数据格式及质量等方面都存在着明显的差异，而高精度的三维海域磁异常背景场模型的构建需要高分辨率、大范围多测区的海空磁异常数据，需要在构建海域磁异常背景场时对数据进行质量评估与标准化融合处理。
⑦海洋测绘数据综合处理方面。尚未完全形成一套科学合理的测绘资料（数据）汇集、处理、评价与更新机制，导致海洋测绘资料获取渠道单一、积累过少，或即使有积累，也没能及时处理与有效利用。测量数据局限于单机单要素独立处理，尚缺乏网络环境下分布式综合集成处理机制，多源海量异构数据处理、分析、计算、存储、管理能力还不太强，在多源同步观测数据检验评估、融合处理等方面与国外相比尚有差距。
⑧海图制图与海洋地理信息工程方面。我国数字海洋地理建设和信息应用水平在总体规划、体系建设、数据组织、信息挖掘、更新维护、辅助决策等方面的功能尚不尽完善。数据获取能力不能完全满足数字海洋信息持续更新，也没有形成数据动态更新机制，与全海域信息精准快速保障应用需求相比，尚存在覆盖范围小、保障要素少、保障时效慢、应用效果差等问题；自主的数字海洋地理技术体系仍不够完善，亟须通过在借鉴吸收国外相关领域经验的基础上加强自主创新能力；基于数据库的一体化海图生产体系尚未成熟，面向各类应用的海洋专题产品种类不太全，大多集中在电子海图产品，未形成多样化的产品生产供应体系，还不能完全满足海上航行运输、海洋经济建设与海洋科学研究等多样化应用需求。数字海洋地理应用体系和服务模式尚不完善，基于云架构的海洋地理信息网络化采集、自动化成图、智能化分析与泛在化服务能力有待提升，还未形成从技术研究、产品研发、系统建设到产业化应用健全的社会化应用服务模式。
⒊海洋测绘标准与规范
我国海洋测绘标准规范在信息获取、处理、应用等方面都取得了长足的进步，但与发达国家相比，其整体水平仍有一定的差距，主要体现为：海洋基础测绘法规建设相对滞后，标准化工作机构还不够健全，在高层次统筹、规划和指导海洋测绘标准化活动的能力还不太强，影响了海洋测绘国家标准、国家军用标准和行业标准的研制修订；军地双方自成体系、各自为政，制约了军地双方海洋测绘信息采集、汇集、处理、应用、共享的融合效果。海洋测绘标准体系不够完备，部分现行标准规范时效性不强，针对新技术、新工艺、新数据源的海洋基础地理信息获取、处理、更新、应用等标准的研制进展滞后，适应信息化海洋测绘发展阶段所需的各种标准研制工作仅处于起步阶段；参与IHO等国际标准化活动程度不高，对体系框架和概念理论分析多，对标准规范实际应用探索不够，减缓了与国际标准接轨的进程。
四、发展趋势及对策措施
随着卫星定位、遥感、声探测、电子、计算机、信息等技术的发展，海洋测绘发生了巨大转变，进入了以“4S”（GNSS+RS+GIS+Acoustics）为典型代表的现代海洋测绘新阶段[4]，信息采集将向立体化、综合化、精细化方向发展，信息处理将向标准化、并行化、智能化方向发展，信息应用将向可视化、网络化、社会化方向发展。
⒈海洋测量平台与装备
多平台协同立体化探测、多要素信息综合化采集将是今后海洋测量的发展趋势，覆盖范围由近岸向近海、中远海乃至全球海域拓展、由水面向水下和海底纵向延伸，实现天基观测、空基观测、岸基观测、海基观测、潜基观测和极地观测的有机结合，形成海洋测绘立体观测能力。应加快建立与完善海洋立体观测综合保障体系和数据资源共享机制，加强军民深度融合，进一步提升海洋立体观测系统运行管理与服务保障水平，以满足海洋调查、海洋防灾减灾、海洋经济发展、海洋权益维护、海洋工程建设等方面的迫切需求。
在天基测量平台方面，加大自主研制力度，尽快建立海洋卫星体系，推进军民融合战略在天基测量平台建设中的实施，积极发展海洋卫星的实际应用，逐步形成业务化运行能力。在空基测量平台方面，无人机海岸地形测绘平台已取得较大进展，空基平台的多样化与适应性有待进一步发展，应进一步推广空基平台在水运、救助、海事测量领域的广泛应用。在岸基测量平台方面，加大车载、单兵等新型移动测量平台、电子全站仪/GNSS RTK海岸地形测量系统研制与改造，形成以北斗定位系统为核心的岸基海岸地理要素综合测绘能力，以适应海岸地形快速变化应用需求。在海基测量平台方面，加快海洋调查测量平台的研制进程，加快旧船改造，提升仪器设备性能，以适应海洋测量技术的快速发展需求，建造滩涂测量船、极地调查船、万吨级以上大型调查船、无人测量平台母舰等我国紧缺的海洋专业调查测量船，激励国产海洋测量设备的研制与应用，提升国产品牌在国际上的竞争力。在潜基测量平台方面，AUV、ROV、AUG等水下测量平台已取得了较大进展，应加快研制能搭载多种测量仪器的水下测量平台，提高平台的抗干扰能力和可靠性，着重开发多平台联合编队作业模式，以实现对水下环境的分布集群式测量。
在海洋测量装备方面，通过引进、吸收、消化和创新等手段，积极推进海洋测量装备自主国产化进程，推广国产设备在实际工程中的应用范围。积极发展数字化、智能化的单波束测深系统，进一步提升多波束测深系统的覆盖范围、精度和分辨率；积极研制同时获取海底地形地貌的测深侧扫声呐系统，借鉴合成孔径技术，研发横向分辨率不受距离影响的合成孔径声呐设备；加强浅底层剖面仪与底质声学遥感探测装备研制，拓展依靠传统直接取样手段获取海底底质信息的模式方法与区域范围；加大机载激光测深系统的研制力度，推进商业化应用进程，尽快打破国外产品的垄断地位，将机载激光探测系统与光学传感器集成在一起，进行多源数据的优势互补，提高系统的探测能力和地物识别能力。尽快实现海空重力仪、磁力仪国产化生产，充分发挥工业部门的技术优势，有效提升我国海空重力仪、磁力仪的制造工艺水平，突破小型化设计难题，加强国产仪器稳定性与可靠性的试验验证研究。重视海洋测量装备的标定检核，加强陆上实验室和海上检验场建设，解决测量仪器参数的标校和技术指标检验评估问题，确保测量参数的可信度与测量成果的准确度。
⒉海洋测绘理论与技术
①潮位观测与海洋垂直基准建立维持方面。完善覆盖中国管辖海域和全球海域平面、高程/深度、重力、地磁测量基准以及海洋控制网、验潮站、CORS站、GNSS浮标等基础设施建设，加强测量基准建立维持与数据处理应用技术研究，丰富潮位观测技术手段，精化全球高精度高分辨率数据模型，开展海岛礁测绘基准成果测试与检核，大力提高已有基准成果的工程化应用水平，逐步实现海洋测绘数据与陆地数据的基准转换与无缝拼接。
②导航定位方面。围绕平台导航与测量定位问题，加强多手段组合导航尤其是水下导航与水下通讯技术研究，提升多平台协同探测作业精度与工作效率。继续完善陆海一体化水上水下地形测绘理论与技术方法，优化改进陆海一体化测绘软硬件装备，推进工程化应用。
③海岸带、海岛礁地形测量方面。持续推进无人机海岸地形、海岛礁航空摄影（垂直与倾斜）测量以及机载LiDAR（陆地地形与浅海水深）测量技术研究与实验验证，加强航空摄影与机载激光数据处理理论与方法研究。作为航空海岸地形测量的补充和加强手段，积极发展航天遥感、InSAR与高光谱技术在海部和海岸信息的快速获取能力，迅速提高海洋测绘产品的更新周期，增强产品的现势性。
④海底地形地貌测量方面。研究重点应放在与国民经济息息相关的近岸海域，紧密结合海岸和近海工程，为海岸工程的顺利实施提供基础信息。随着科学技术的发展，研究方向将会从宏观向微观、从地貌形态特征向地貌发育演化过程转变，以海底地形地貌的精细测绘为目标，突出其基础性测绘工作特征，开展相关技术标准的制定和技术方法创新，将人类活动与地貌过程的响应关系作为海底地形测量今后的研究重点和发展方向。同时加强声学回波强度数据处理、海底底质特征参数提取以及底质分类器设计等技术研究，在探测海底地形地貌的同时利用相关数据有效获取海底底质特征信息。
⑤海洋重力测量方面。为推动我国海空重力测量技术更快发展，应继续加强原始观测数据精细化处理技术研究，大力推进海空重力测量成果深度应用，充分发挥军地双方的技术优势，推动建立军民融合的海空重力测量技术体系，统一作业标准、处理模型和成果形式，重点解决海空重力测量数据共享机制问题，不断拓展海空重力测量成果的应用领域。
⑥海洋磁力测量方面。测量技术正进入由近海向远海拓展和无人化、智能化发展的新阶段。随着海洋磁力测量范围向远洋和深海拓展，远海日变改正技术亟需突破。海洋磁力测量数据处理技术仍需大力优化，特别是在磁异常数据归算处理、磁场平面向下延拓计算和磁异常值分离与筛选等方面仍存在较多的技术瓶颈，仍需进一步优化海洋磁力数据处理模型，开展海岛礁三分量磁测数据的通化处理方法研究，突破海岛礁磁测数据工程应用的技术瓶颈。
⑦海洋测绘数据综合处理方面。推进海量海洋地理信息综合高效处理，形成数据统一汇集、管理、处理、更新、备份联动机制。针对海洋测量数据多源、多格式、多类型、质量参差不齐等特点，加大军地各类海洋测绘信息综合汇集与质量评估技术研究，实现对涉海部门各类数据资源的组合汇集、互联互通及检核评估，为数据集约化建设与使用提供数据资源支撑。加快提升利用高性能计算设备和专业处理软件进行标准化综合处理的能力，建设海洋测量数据实体数据库及相关海洋流场、声场等环境数据库，拓展测量数据的自动化分类存储与空间管理、元数据的自动提取与发布等功能，提升多样化产品生产的效率。积极研发多时空数据之间的相互转换方法，制定切实可行的精度评价标准，大力推进物联网、大数据、云计算、人工智能、虚拟（增强）现实、3D打印等新兴技术在海洋测绘信息综合处理中的广泛应用。
⑧海图制图与海洋地理信息工程方面。推进电子海图的标准化、集成化和智能化仍将是电子海图生产与应用的主题。近年来，如何将电子海图转向更成熟的应用，如国际标准的不断完善、全球电子海图数据库的建设、适应船舶配备要求等成为更明显的趋势。紧跟国际电子海图技术发展前沿，结合我国自身特色，设计符合IHO新标准框架的产品样式，进一步做好电子海图生产、海洋地理信息应用、智慧海洋顶层设计，增强自主创新能力，谋划具有中国特色的数字海洋建设之路，加快基于数据库的一体化海图生产体系建设，加大海洋地理信息数据库等基础设施建设，加强各类数字保障产品的研发，在云计算和时空大数据等理论技术支撑下，加大数字海洋地理信息关键技术研发力量投入，启动海洋测绘空间大数据建设，尽快建立自主知识产权的数字海洋地理信息基础平台；加快海洋测绘信息保障网络建设，建立健全海洋地理信息更新能力和机制保障，建立权威的海洋地理信息公共服务平台，搭建起通畅的海洋地理信息交换共享服务渠道；启动数字海洋地理系统工程，探索符合我国国情的海洋地理信息化建设与应用服务模式，提升海洋地理信息的公众服务效能。
⒊海洋测绘标准与规范
建立健全海洋测绘法规体系，推进《海洋基础测绘条例》《海洋测绘成果汇交管理办法》等法规建设，提高海洋测绘的规范化、法制化水平。构建和完善海洋测绘标准规范体系，健全国家标准、国家军用标准、行业标准等系列化标准规范动态更新和常态化管理机制，推进《海洋基础测绘标准》、《海洋基础地理信息要素分类与编码》等基础性、关键性技术标准的研究制订，完成《海道测量规范》、《中国海图图式》等现有技术标准的修订更新，加大军民融合海洋测绘标准规范的研制力度，进一步提高标准规范的科学性、时效性、适用性、权威性以及军民融合的广度深度。积极、主动参与IHO的各项活动，加大对国际标准的消化吸收，重视海洋地理信息数据模型与ISO标准体系的融合，发挥其在解决电子海图应用技术方面的引领作用。
五、结束语
海洋测绘是人类认知海洋的重要手段，是海洋一切活动的基础前提。现代科学技术的快速发展已使海洋测绘步入一个新时代，海洋强国战略的持续推进给海洋测绘带来了许多新的影响和挑战。本文总结了我国海洋测绘领域在测量平台、探测装备、理论技术、标准规范等方面的研究现状与工作进展，对比分析了国内外建设差距，根据当前我国海洋测绘需求迫切、基础薄弱、任务艰巨的严峻形势，结合大数据、云计算、人工智能等高新技术在海洋测绘领域的应用前景，提出我国海洋测绘工作应在着力发展已有技术和国产装备的基础上，积极引进和吸收其它领域的新理论新技术新方法，围绕多源海洋地理信息立体化观测、实时化采集、全球化收集、标准化处理、自动化提取、智能化分析、信息化管理、一体化生产、可视化仿真、网络化服务及多样化应用等系列能力建设，突出顶层设计规划，加强技术攻关创新、加快装备自主研制，深化军地协调融合，加速信息共享应用，拓宽公共服务领域，充分发挥支撑作用，不断提升我国海洋测绘建设水平。
【致谢】翟国君、黄谟涛、赵建虎、暴景阳、周兴华、阳凡林、桑金、杨鲲、陆毅、任来平、贾俊涛、黄辰虎、李凯锋、孙磊、辛宪会等同志为本文提供了资料与信息，在此表示衷心感谢。
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【作者简介】第一作者申家双，1968年出生，男，河南新乡人，高级工程师，博士，主要从事海洋测量与遥感测绘技术研究；本文来自《海洋测绘》（2018年第4期），请备注论文作者，并说明文章来源，版权归《海洋测绘》所有，转载请备注来自“溪流之海洋人生”微信公众平台。
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