溪流笔谈▏改革开放四十年：转型期的海洋测绘
从手工年代走来，为改善海洋测绘效率低下、产品单一和技术落后的局面，海洋测绘必须向自动化、精细化、多元化和信息化方向迈进，以适应新时期对海洋测绘发展的新要求，为人类关心海洋、认识海洋和经略海洋做出更大的贡献。但罗马不是一天建成的，从小到大、从弱到强，依靠的是海测人共同的持续努力，当然也与科技的日新月异有关。
今天海洋测绘的发展、进步与繁荣，都来自海测人点点滴滴的努力，来自海测人脚踏实地的奋斗。上世纪九十年代，在我看来就是从手工年代走向自动化和多元化发展的转型期，作为海洋开发基础和先导的海洋测绘工作，在各方的共同合力下，无论是装备或是技术都在不断进步中前行，下面就来具体作一梳理。
从手工年代向测量自动化的跨越
在手工年代，尽管条件十分艰苦，但有关部门还是相继组织完成了岛屿和海岸带调查测量及海洋重力测量任务。包括台湾海峡中线以西区域测量，大连港、厦门港、烟台港、清澜港等港湾测量，苏北浅滩、西沙群岛、南沙永暑礁等专项测量，全国沿海海岸带调查，鸭绿江、闽江、西江、长江等江河测量，及鄱阳湖、太湖、洞庭湖等湖泊测量。据此，于1985年5月，我国正式向外公布拥有18000多公里的大陆岸线，及6500多个海洋岛屿。
其中对海洋测绘的装备发展情况，这里再做一些补充，以便完整地呈现海洋测绘装备的演进脉络。早期的近海定位设备是引进苏联的CT-1型无线电定位仪，直到1981年才被近导-4型高精度无线电定位系统取代，后者由天津无线电四厂生产并配备有关单位；MX-200型综合卫星定位导航系统是我国最早引进的美国美乐华公司的产品，具有劳兰C和多普勒定位功能，是最早的卫星定位导航系统；同期，还引进了美国雷声（Raytheon）公司的深海（万米）测深系统，及相应的海洋重力仪和海洋质子磁力梯度仪。
还需要说明的是阿戈（ARGO）定位系统的引进，是美国Cubic公司的产品，于1985年引进的，用于近海水深测量。当时作为最先进设备引进的导航仪器，吸引了多数人的眼球，ARGO的生产厂家也是Cubic公司旗下当时最赚钱的公司之一，座落在田纳西州南部一个安静的小镇--塔拉侯马。令人唏嘘不已的是，作为当年引进设备的参与者，在30年后重访塔拉侯马小镇时发现，尽管小镇景色依然如故，但已时过境迁、物是人非，当年的工厂已经不复存在，仿佛曾经的辉煌从来就没发生过。让人从中感受到，科技的发展是不进则退，优胜劣汰是必然的规律，也从中感受到市场竞争的残酷。
水深测量是海洋测绘中最有代表性、最大量和最费时的工作，自从1920年回声测深仪问世以来，其基本技术一直以来发展较慢，但测量设备却在不断改进中。沿岸水深测量的测深设备早期是苏联的派尔-2型，后期由沈阳六一三厂自主研发了测深Ⅲ型用于浅水区的水深测量，是八十年代初期沿岸水深测量的主要测深仪器，只是自己对于测深Ⅲ型没有多少印象了。由无锡江宁机械厂研制的SDH-13A型测深仪及由淄博无线电五厂研制的SDH-14型浅水测深仪约于1986年左右开始装备有关单位，理论上最大测深深度在100米，而当年的无锡江宁机械厂就是现在无锡海鹰集团的前身。
多功能测深自动化系统的研制就是海洋测量技术演进的开始，也是告别手工时代的主要标志，当然要达成测深自动化，首先需要测深仪的数字化。早期用过SDH-13A型测深仪的朋友们知道，SDH-13A型测深仪为模拟信号，不具备数字记录能力。大约在上世纪90年代初，无锡海鹰加科公司生产了sj-1型数字量化器，把SDH-13A的记录信号进行数字量化显示，是数字式测深仪的雏形。大约在1994年前后，无锡海鹰加科公司推出了SDH-13D型测深仪，是国内第一款精密浅水数字式回声测深仪，它集传统的模拟记录与先进的数字信号处理-DSP技术、水底跟踪门技术于一体，可以得到精确、真实、稳定的水深数据。
也是源于测深仪的数字化，才有了未来测深自动化的可能，为此，相关部门进行着不懈的努力。早在1987年，大连舰艇学院开始研制HYS-101型沿岸水深自动化系统，于1988年完成，第一套样机在汉水进行了河道水深测量，第二套样机在天津顺利通过了环境条件试验与运输试验。系统可使用对讲机实现无线传输和外业测量数据存取于电子手簿，除了定位观测数据外，其余系统已经实现了自动化。该系统于1990年开始批量生产，并开始装备部分近海测量单位。
当然，必须指出的是，在90年代初期，沿岸海测单位也曾使用过微波测距仪和激光测距仪进行水深测量定位，以取代六分仪定位。只是微波测距仪海上跟踪效果一般，往往会丢失信号，因此采用激光测距仪进行沿岸测量的时间也较长。由激光测距仪加经纬仪进行极坐标法测量定位，同时配备对讲机进行通话。只是激光测距仪的作用距离有限，大约在5公里左右，而且对于已知点的设置要求也较高，必须方便作业人员观测且通视条件良好。因此，尽管比六分仪定位精度要高得多，但还是不太便捷，被卫星定位取代就成了必然的结果。
测量自动化系统，除了外业数据采集的自动化，当然还会包括内业成图的自动化。在90年代中后期，A0幅面的绘图机开始装备测绘单位，给测量自动化的实现提供了可能。1998年，第一代海洋成图软件由南方测绘仪器公司研发成功，其软件研制者为廖定海，由于很有针对性，在海测单位中很快得到了普及。于是，在2000年左右，改用薄膜纸上交了成果图，取代了锌板上交资料，这是海洋测绘在方式上转变的重要标志之一。
卫星导航定位的发展及RBN-DGPS系统建设
测深与定位是海道测量的主要工作，而早期海洋测绘的定位不外乎是光学定位与无线电定位。如今，卫星导航系统早已深入普通人的生活，我国也已发射了第四十二、四十三颗北斗导航卫星，标志着北斗三号全球组网基本系统空间星座部署已圆满完成，2019年将继续布网剩余卫星，于2020年前后完成35颗北斗三号卫星的组网，为全球用户提供服务。
早在1958年，美国海军开始研制子午仪卫星定位系统，1960年开始发射卫星并于1964年正式投入使用，但存在无法连续导航及提供高度信息等缺陷，于1973年美国国防部着手建立国防导航卫星系统(DNSS)，就是现有GPS正式的源头。经过多年的运行调试，1993年12月，美国宣布GPS卫星导航定位系统具备初步作战能力，美国还宣布对民用用户10年内免收任何费用，但采用了SA技术，当时的GPS定位精度仅100m左右。
大约在上世纪九十年代前后，我国有些单位已经采用GPS卫星导航系统定位，Trimble公司提供了4000ST和4000SE两个款的接收机，上图就是4000SE，也是非常珍贵的第一代卫星导航系统产品，其精度仅仅能满足近海测量中的小比例尺测图。当时导航电文每小时更新一次，有效期为4小时。随着更多的卫星发射，直到90年代初期才具备每天24小时的覆盖能力。另外，源于民间用户对定位精度的不满，差分GPS定位、实时载波相位跟踪技术等技术也因此应运而生。从2000年5月1日24时开始，美国宣布中止了SA政策，从此GPS产业进入了高速增长期。
1989年，中海达公司创始人廖定海着手研发我国第一代基于差分定位的GPS接收机，他的研发工作也是源于那款Trimble 4000S系列产品，从此开始了我国GPS定位国产化的进程，这也说明我国在GPS产品开发上与国外并无多少时间差。
记得我们最早使用差分GPS进行沿岸水深测量的是在1995年，是由大连舰艇学院与海洋测绘研究所联合研发的H/HSD-001型实时差分GPS测量自动化系统，由主机箱、天线、电池等四个机箱组成，分岸台和船台。作用距离取决于无线电的通讯条件，基站架设必须足够高，定位精度约在5～10m左右。在1997年左右，开始配备诺瓦泰311R型GPS差分测量自动化系统，定位系统也开始小型化，定位精度可以达2～5m左右。
对海洋测绘工作来说，不得不提及我国交通运输部海事局于90年代开始建设的RBN-DGPS系统。RBN-DGPS即无线电指向标/差分全球定位系统，是一种利用航海无线电指向标播发台播发DGPS修正信息并向用户提供高精度服务的助航系统，属单站伪距差分，主要由基准台、播发台、完善性监控台和监控中心组成。他们于1995～1998年先后完成了全国20个台站位置坐标精密测定，并通过海事局科技司组织的科技成果鉴定，使我国基准台在WGS-84坐标系内的位置精度保持在0.5米以内。
RBN-DGPS系统的建设于1995年5月召开规划研讨会，1995年底完成台站的精确位置联测。一期台站包括大三山、秦皇岛、北塘、王家麦、大戢山和抱虎角，共6座，在1996年改造建成；二期台站包括燕尾港、石塘、镇海角、鹿屿、三灶、硇洲和三亚，共7 座，于1998年下半年陆续安装完成；三期台站包括老铁山、成山角、蒿枝港、定海、天达山、防城和洋浦，共7座，在1999年下半年陆续建设完成。
随着我国北斗卫星导航系统（BDS）的建成并投入使用，为消除海上导航领域的信息安全隐患与应用服务安全隐患，目前RBN-DGPS正在进行北斗地基增强系统的建设，其目标是实现广域米级、分米级和区域厘米级实时精密定位增强信息服务。
所有台站播发的信息均为公众服务性质，不另收费，该系统的作用距离可达200km左右，动态定位精度可达数米。这对于海洋测绘工作来说无疑是福音，可满足小于1:2000比例尺（含）的测量定位精度要求，对于一般海洋工程测量而言精度也足够。
海洋测绘领域外延的拓展
在早期，海洋测绘是从海道测量沿革而来，内容基本也局限于水深测量、海岸地形测量、底质探测、障碍物探测、潮汐潮流观测等，是为船舶航行安全服务的。随着科技的发展及人们对于海洋认识的不断深入及服务需求的增加，海洋测绘作为海洋开发的基础和先导，仅仅局限于船舶航行安全服务就远远不够了。无论是海洋科学研究、海洋资源开发，或是海洋工程建设、海洋环境保护和海洋灾害预防等都离不开海洋测绘。在转型期，海洋测绘除了水深测量外，其外延也更加宽泛了。
海洋地球物理探测是通过地球物理勘探方法研究海洋和海洋地质的方法之一，包括海洋重力、海洋磁测和海洋地震等方法，这些也是海洋测绘的研究范畴，当然侧扫声呐扫侧也是其中的内容。记得在1994年，配备了SIS-1000型海底成像系统，见下图。它是集侧扫声呐与浅地层剖面测量于一体的主动式声呐设备，将海底地形地貌信息与浅地层剖面信息融合处理，以瀑布式声学图像形式表现出来，为障碍物探测提供了强有力的支撑。因此也得到了多家海洋测量单位的喜爱，被广泛用于扫海测量、航道工程测量及海底管线路由调查等。
其实我国在旁侧声呐方面的研究起步也不算晚，第一套双侧海底地貌仪（即现在所称的侧扫声呐）为SHD-8型，由中科院声学所与淄博无线电五厂共同研发，于1982年定型并在胶州湾和旅顺口进行了海试，是中等分辨率的旁侧声呐，两侧作用距离为500m，令人惋惜的是该设备没有发挥出应有的作用。
双频测深仪的应用是源于人们对浮泥层测量的重视，在一些回淤比较严重的港口，用单频测深仪往往探测不到真正的海底面。双频测深仪低频信号频率一般在15～30KHz左右，理论上其低频信号可以穿越浮泥层达到海底表层，从而用高低频的不同表现测量轻质淤泥层的界面和厚度。记得中科院声学所曾经开发过底质探测系统，就是利用高低频的界面不同来分析海底表层底质的沉积物类型。只是在复杂海区来看，双频测深仪进行表层底质分类及浮泥层探测的效果还不太明显，受泥沙的输移与散射影响较大。相信随着信号处理技术的发展，及相关分析与处理技术的提高，在未来可以有更好的表现。
扫海测量是面状的测量，今天大家谈论的都是侧扫声呐测量与多波束测深系统，要知道在上世纪九十年代初期，扫海测量还局限于机械式的软式拖底或定深扫海。其实在多波束测深系统出现之前，还有一种声学扫海测量设备应该提及，那就是PS-600型四波束扫测仪。它是一种小型、轻便、易于操作及计算机控制的四通道精密测深仪，采用300mm宽行记录纸，同时译码技术的应用确保了记录的平滑。四个通道水深全部数字化，它的覆盖宽度为水深的0.74倍，即20m水深覆盖宽度在15m左右，如下图。应该说四波束扫测仪可应用于码头前沿、港池区域及狭窄航道的扫海测量，也是今天声呐扫海的开端。
在水下小目标探测方面，中船重工715所于90年代初期推出了GB-5型氖光泵磁力仪，它不受海水、泥砂等介质的屏蔽，能准确检测出铁磁物质所引起的磁异常，为我们探测泥下小目标（如泥下沉船、铁磁性沉雷、铁锚、构建物等）及海底淤埋电缆管线等提供了可能，被广泛应用在海洋泥下目标探测的不同领域。
水声定位分长基线、短基线和超短基线三类，为铺设海底电缆、水下工程建筑、救生打捞、井口定位等需要，1984年起，海洋测绘研究所开始着手研究海洋大地测量水声定位系统，于1988年完成。1989年承担了国际工程的海上水下定位工程，以此取代英国的RACAL定位系统，这是我国采用国产设备第一次承担海上石油管线敷设定位，工程质量也得到了施工方的认可，并因此获得了国家科技进步三等奖。
海洋测绘技术提升和标准制定
在手工年代海洋重力测量数据都是手簿文字记录的，随着微型计算机的配备，从1986年开始，由海洋测绘研究所牵头建立中国海洋重力数据库。我国的海洋重力测量起步于上世纪60年代后期，实测了二万余点的海洋重力成果，同时又收集了基本覆盖地球表面的平均重力、高程异常及大量其他类型资料，因此数据库的建设迫在眉睫。经过大家的共同努力，海洋重力数据库于1990年底完成系统调试，历时三年，宁津生院士出席了鉴定会，鉴定意见认为其研究成果达到了当今国际先进水平。
在水深测量资料处理中，时差法水位改正的数学模型建立，是确保水位改正精度的重要方面。运用数字信号处理技术中相关函数的变化特征，在遵循水位改正基本原理的前提下，通过时间归算进而求得待求点的水位改正数。为此，海司航保部组织有关单位进行课题研究，于1988年通过鉴定，从而解决了水位改正中的这个老大难问题，并编制了时差法软件包。
海洋测绘作业规范是从业者共同遵守的准则，为此，海司航保部在吸取苏军《水深测量规范》等规范的基础上，于1975年和1978年相继颁发了《控制测量》、《水深测量》和《地形岸线测量》三个分册。1986年，海司航保部决定修订海图制图编绘规范和海图图式，在多方征求意见的基础上，于1990年4月20日，国家技术监督局正式批准《海图图式》为国家强制性标准，自1990年12月1日起实施。
与此同时，海司航保部针对上世纪八十年代以来无线电和计算机技术在海道测量中的应用，及大家对海道测量内容和精度等方面要求的提高，将修订海道测量规范列入计划。受国家技术监督局的委托，海司航保部于1989年11月在天津组织召开了《海道测量规范》（送审稿）审定会，国家测绘局、交通部、地矿部、国家海洋局、国家环保局、中国科学院、天津测绘处、总参测绘局和海军等23家单位参加，一致认为此规范具有科学性、先进性和实用性。同样于1990年4月20日，国家技术监督局批准《海道测量规范》（GB12327-90)为国家强制性标准，自1990年12月1日起实施。
为提升作业单位的成果质量，自1993年起，海司航保部在每年年初于天津召集所有参测单位组织进行海洋测绘成果检查验收。分海测组和制图组两个大组，海测组又细分沿岸、地形和近海三个小组。形式上或采取集体验收，或进行交叉检查，目的就是找出参测单位所存在的问题，共同把好成果质量关。在最初几年，对个别不合格的图幅退回原单位，待第二年补测再上交检查验收，这样的严管措施给参测单位敲响了警钟，让他们对海洋测绘成果质量意识有了深刻认识，也为行业的整体成果质量提升打下了良好的基础。
为了及时报导国内外海洋测绘学科的发展现状，开展军内外测绘行业的技术交流和情报交换，促进海洋测绘科研、教学和生产的发展，海司航保部于1981年1月29日批准出版《海洋测绘》。《海洋测绘》创刊于1981年7月，最初是一年四期，由海洋测绘研究所独家编辑，海司航保部出版发行。《海洋测绘》编辑委员会成立于1983年12月，由时任海洋测绘研究所副所长楼锡淳先生负责。自2001年起，《海洋测绘》杂志在国内外开始公开发行，并成为我国的核心期刊。
结语
海洋测绘的发展是与装备的发展分不开的，也与地理信息技术的发展密不可分。近几年来，随着多波束测深系统的应用与发展，推动了海洋测绘在精密地形测量上的进步。机载激光测深、测深侧扫声呐、多波束测深技术、3D声呐、合成孔径声呐、水下三维激光扫描、海洋遥感技术、各种水文探测设备及卫星定位系统的发展，又使得海洋测绘的探测手段更加多元化，外延不断拓展，产品更加丰富。海道测量、海底结构测量、航道与港口扫海测量、水下障碍物探测、水体与水下物理和化学性质观测，以及海洋地质、海洋生物等要素的调查，都将是海洋测绘可以涉足的领域。
同时由于高性能计算机的涌现及后处理技术的进步，侧扫、浅剖、多波束、CTD、ADCP、磁力和重力现场资料的处理也更加便捷，将为综合性的海洋信息化系统的建立提供了可能。在未来，海图与数据产品将越来越多，除航海图外，海底地质图、海洋重力图、海流流场图等专题图也将不断呈现。
此外，未来海洋测绘的服务范围也不仅仅局限于近海区域与传统领域，海图更新测量、海域划界测量、大洋测量、地震预报测量、防灾减灾测量、海洋污染调查、海洋大地测量等，作为海洋基础信息获取的重要手段，海洋测绘将为我国海洋强国建设做出更大贡献。
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