本文摘要：摘要：無(wú)論是沿海智慧城市建設(shè)，還是智慧海岸帶建設(shè)，都需要通過(guò)海洋測(cè)繪提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。海洋測(cè)繪前沿技術(shù)包括海洋大地測(cè)量、海洋導(dǎo)航定位技術(shù)等。海洋測(cè)繪的應(yīng)用主要在海岸帶生態(tài)修復(fù)、環(huán)境保護(hù)與海洋預(yù)警減災(zāi)系統(tǒng)、陸海統(tǒng)籌與用地用海分類、海域管理、海洋國(guó)土空間規(guī)
摘要：無(wú)論是沿海智慧城市建設(shè)，還是智慧海岸帶建設(shè)，都需要通過(guò)海洋測(cè)繪提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。海洋測(cè)繪前沿技術(shù)包括海洋大地測(cè)量、海洋導(dǎo)航定位技術(shù)等。海洋測(cè)繪的應(yīng)用主要在海岸帶生態(tài)修復(fù)、環(huán)境保護(hù)與海洋預(yù)警減災(zāi)系統(tǒng)、陸海統(tǒng)籌與用地用海分類、海域管理、海洋國(guó)土空間規(guī)劃與生態(tài)治理、航道整治工程測(cè)量、碼頭、航道、錨地等工程測(cè)量、海底管線路由調(diào)查、海洋遙感應(yīng)用、海底聲學(xué)特性探測(cè)、海岸灘涂演變分析、電子海圖應(yīng)用等方面。
關(guān)鍵詞：海洋;測(cè)繪;應(yīng)用
0 引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和綜合國(guó)力迅速提升，新型智慧城市建設(shè)已經(jīng)步入具體實(shí)施階段，許多沿海省份和沿海城市還提出了智慧海岸帶建設(shè)、智慧海洋管理等。沿海智慧城市建設(shè)、智慧海岸帶建設(shè)以及智慧海洋管理，都必須通過(guò)海洋測(cè)繪技術(shù)獲取海洋測(cè)繪地理信息成果作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而從國(guó)家層面考慮，為加強(qiáng)我國(guó)海洋戰(zhàn)略的實(shí)施，進(jìn)一步拓展藍(lán)色發(fā)展空間，有效提升國(guó)家海洋綜合治理能力，減少沿海城市由于快速發(fā)展帶來(lái)的陸域資源緊張問(wèn)題，有效緩解環(huán)境承載壓力，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)一步提供資源保障等，這些都要求我們加快培育海洋測(cè)繪市場(chǎng)，加快發(fā)展海洋測(cè)繪產(chǎn)業(yè)，加快開(kāi)展海洋測(cè)繪工作。
測(cè)繪論文范例： 淺談數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用
1 海洋測(cè)繪前沿技術(shù)簡(jiǎn)述
海洋測(cè)繪是海洋空間地理信息測(cè)量與表達(dá)的總稱，是研究海洋、江河、湖泊以及毗鄰陸地區(qū)域各種幾何、物理、人文等地理空間信息采集、處理、表示、管理和應(yīng)用的專門學(xué)科，是測(cè)繪學(xué)的重要分支，是所有海洋軍事、海洋科研以及海洋開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)的基礎(chǔ)。[1]
1.1 關(guān)于海洋大地測(cè)量海洋大地測(cè)量是陸地大地測(cè)量在海域、海區(qū)的延展，作為測(cè)繪基礎(chǔ)，海洋大地測(cè)量為海洋測(cè)繪建立重力、磁力、平面、高程基準(zhǔn)體系。除海洋物理大地測(cè)量(海洋重力、磁力測(cè)量)，還包括建立海洋基本控制。平面控制是陸地坐標(biāo)系統(tǒng)向海洋的拓展延伸;海洋垂直基準(zhǔn)包括陸地高程基準(zhǔn)、平均海平面和深度基準(zhǔn)面。近年來(lái)，衛(wèi)星測(cè)高、GNSS系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)快速進(jìn)步并迅速普及，海洋垂直基準(zhǔn)數(shù)據(jù)源與表達(dá)方式產(chǎn)生了深刻變革。[6]
1.2 關(guān)于海洋導(dǎo)航定位所有的海洋活動(dòng)基本上都需要基于位置的服務(wù)。目前，主要是借助GNSS聯(lián)合系統(tǒng)(中國(guó)北斗、美國(guó)GPS以及俄羅斯、歐盟衛(wèi)星定位系統(tǒng))提供海上位置的服務(wù)。船舶、其他海上航行器等導(dǎo)航大多采用GNSS單點(diǎn)定位技術(shù);中小比例尺水下地形測(cè)量的導(dǎo)航定位一般采用GNSS廣域差分或星際差分技術(shù);高精度測(cè)量的定位則主要采用GNSSRTK、PPK、PPP定位技術(shù)[7]。
水下導(dǎo)航定位多采用水下聲學(xué)定位系統(tǒng)，如LBL(longbaseline)、SBL(shortbaseline)和USBL(ultra-shortbaseline)，上述系統(tǒng)均應(yīng)用交會(huì)定位方法，并且經(jīng)常將其組合在一起使用[8]。在具體作業(yè)時(shí)還經(jīng)常組合使用聲學(xué)定位技術(shù)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、航位推算系統(tǒng)等，這樣既可以保證水下導(dǎo)航定位精度，還能提高穩(wěn)健性。近年來(lái)，為加強(qiáng)水下潛器導(dǎo)航的隱蔽性、長(zhǎng)時(shí)性和連續(xù)性，經(jīng)常會(huì)將慣導(dǎo)系統(tǒng)與海底地形、地貌等幾何場(chǎng)、重力、磁力等物理場(chǎng)相關(guān)導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行選擇性匹配，實(shí)現(xiàn)合理組合、形成(無(wú)源)自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)，服務(wù)于水下潛器導(dǎo)航。
1.3 關(guān)于海洋遙感技術(shù)海洋遙感技術(shù)主要包括以下幾個(gè)類別：利用各種衛(wèi)星資源(包括國(guó)內(nèi)和國(guó)外的)，對(duì)海洋工作區(qū)進(jìn)行全方位、立體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以獲取波浪、溫度、海冰以及風(fēng)力等海洋環(huán)境第一手?jǐn)?shù)據(jù)，從而獲得長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠海洋觀測(cè)資料的衛(wèi)星遙感;依靠機(jī)載可見(jiàn)光照相機(jī)和攝像機(jī)、紅外線照相機(jī)、高光譜成像儀、雷達(dá)以及合成孔徑雷達(dá)等進(jìn)行海岸帶地形測(cè)量，實(shí)施海岸線、植被、水色等監(jiān)測(cè)的機(jī)載遙感測(cè)量技術(shù);帶狀海底成像設(shè)備側(cè)掃聲吶系統(tǒng)、多波束成像技術(shù)、合成孔徑聲吶等聲吶遙感;還有清澈海水環(huán)境下所采用的光學(xué)近景攝影技術(shù)等。
1.4 關(guān)于海洋工程測(cè)量海洋工程測(cè)量是海洋工程建設(shè)中實(shí)際勘查、設(shè)計(jì)與預(yù)算、施工與檢查、建造與運(yùn)行管理過(guò)程中所應(yīng)用測(cè)量技術(shù)的總稱。由于其內(nèi)容比較寬泛，所以幾乎涵蓋了海洋測(cè)繪的方方面面。隨著“走向深藍(lán)”的推進(jìn)，海洋工程日漸增多，復(fù)雜程度也越來(lái)越高，海洋工程測(cè)繪技術(shù)不斷更新。水下聲學(xué)定位、三維聲吶和水下激光掃描儀用于水工建筑物檢測(cè)、水面無(wú)人船巡檢和水下潛器定姿、智能水下機(jī)器人搭載多波束水深測(cè)量等創(chuàng)新理念和創(chuàng)新技術(shù)層出不窮，以應(yīng)對(duì)海洋科學(xué)考察、海洋資源調(diào)查、海洋工程建設(shè)、單一要素測(cè)量、多要素綜合測(cè)量、“多測(cè)合一”等不同領(lǐng)域的工作要求，并取得了良好的效果。
1.5 關(guān)于水深測(cè)量、水下、海島礁與海岸帶地形測(cè)量
目前，水深測(cè)量多采用單波束、多波束測(cè)深系統(tǒng)和機(jī)載激光(LiDAR)全覆蓋測(cè)深等方法。水深測(cè)量是海道測(cè)量的基本要求和手段，通過(guò)水深測(cè)量獲取理論深度基準(zhǔn)面上的水深，從而保障船舶航行安全;水深測(cè)量還應(yīng)用于海底地形測(cè)量;水深也是海圖制圖的重要依據(jù)。
水深測(cè)量的高程起算面多基于歷年觀測(cè)獲取的平均海水面數(shù)據(jù)，或者是采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。GNSS一體化水深測(cè)量技術(shù)是現(xiàn)代船基水深測(cè)量的代表，可在航行中綜合采集多源信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)加工，削弱、減少各種誤差產(chǎn)生的影響，提升海底地形測(cè)量精度和作業(yè)效率。在進(jìn)行海底、海岸帶地形測(cè)量時(shí)，還會(huì)經(jīng)常應(yīng)用反演技術(shù)，如衛(wèi)星遙感反演水深(借助可見(jiàn)光在水中傳播和反射后的光譜變化，結(jié)合實(shí)際測(cè)得的直接水深數(shù)據(jù)，構(gòu)建反演模型，實(shí)現(xiàn)大面積水深反演，再結(jié)合遙感成像時(shí)刻水位反算獲取海底地形[9])、反演海底地形(依據(jù)重力異常和海底地形在一定波段內(nèi)存在高度相關(guān)，反演出大尺度海底地形)、SFS(shapefromshading)方法(基于聲吶圖像實(shí)現(xiàn)海底高分辨率地形反演)等。
岸上與海底地形相互連接的部分，亦即海岸帶與海島礁陸地地形與海底地形的過(guò)渡地帶，是海洋空間資源不可分割的重要組成，毫無(wú)疑問(wèn)，它是海洋測(cè)量的重點(diǎn)，而對(duì)其實(shí)施測(cè)繪的海岸帶一體化地形測(cè)量技術(shù)目前受到高度重視，因?yàn)閷?duì)海岸帶、海島礁陸地地形與海底地形進(jìn)行測(cè)量也是編制海洋空間規(guī)劃、實(shí)施海洋工程建設(shè)的需要。傳統(tǒng)海岸帶地形測(cè)量一般采用全站儀、RTK進(jìn)行，但對(duì)特殊區(qū)域，如海浪沖刷陡崖、高差較大或復(fù)雜地形等而言，施測(cè)難度很大，效率也比較低。
目前，GNSS與機(jī)載Li⁃DAR結(jié)合、航攝、遙感、水下近岸一體化測(cè)量技術(shù)迅速普及并得以應(yīng)用。如在碼頭、堤壩等水域應(yīng)用效果很好，水上水下一體化移動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)是快速、動(dòng)態(tài)和低成本，未來(lái)必將廣泛應(yīng)用于海島礁與海岸帶地形測(cè)量�？傮w而言，當(dāng)今使用的水下、水深、海岸帶測(cè)繪技術(shù)更為先進(jìn)，體現(xiàn)了高精度、立體化，且效率更高。
1.6 關(guān)于海洋水文測(cè)量
海洋水文測(cè)量是海洋測(cè)量不可或缺的組成部分。海洋水文測(cè)量包括海流、波浪、泥沙、海水的溫度與含鹽度、水色、透明度、含沙量、渾濁度、海發(fā)光以及海冰等，其目的是了解水位和流速等與其他海洋測(cè)量有直接關(guān)系的內(nèi)容，了解海洋水文要素分布狀況和變化規(guī)律。海洋水文測(cè)量項(xiàng)目是根據(jù)調(diào)查任務(wù)確定的，海流、泥沙等水文要素觀測(cè)應(yīng)用于碼頭和航道區(qū)的選劃、海洋環(huán)境評(píng)價(jià)、灘涂演變分析等;多要素的水文觀測(cè)廣泛應(yīng)用于赤潮監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)化學(xué)品污染監(jiān)測(cè)、海洋溢油調(diào)查、海岸侵蝕調(diào)查、海洋傾倒區(qū)選劃、海洋自然保護(hù)區(qū)選劃、特殊海區(qū)發(fā)展規(guī)劃、海水增養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測(cè)和陸源污染物排海監(jiān)測(cè)等工作中。海洋水文測(cè)量的觀測(cè)手段大多利用衛(wèi)星遙感、機(jī)載遙感、海洋浮標(biāo)、岸基監(jiān)測(cè)及船基測(cè)驗(yàn)等，觀測(cè)方式大致可以分為大面觀測(cè)、斷面觀測(cè)以及連續(xù)觀測(cè)等。
1.7 關(guān)于海洋底質(zhì)探測(cè)
海洋底質(zhì)探測(cè)是海洋測(cè)量的重要組成之一。海洋底質(zhì)探測(cè)的目的是為海洋動(dòng)力學(xué)研究、各種海洋資源的開(kāi)發(fā)利用、船只停泊錨地的選擇、設(shè)計(jì)布設(shè)各類海底管線、水下潛器座底、海洋工程建設(shè)等海洋科學(xué)、海洋經(jīng)濟(jì)以及軍事等提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。海底底質(zhì)探測(cè)主要針對(duì)海底表面及淺層沉積物性質(zhì)進(jìn)行，以獲取海床表面及淺表層沉積物類型、質(zhì)地、分布等有關(guān)信息。
目前，常用的方法有表層采樣、取樣、柱狀采樣、淺地層剖面測(cè)量和單道反射地震等。表層采樣、取樣大多用采樣器取樣;柱狀采樣則利用水下鉆探技術(shù)，鉆孔取芯，以此分析結(jié)果。采用表層采樣和柱狀采樣這兩種方法雖然具有直觀、可直接接觸樣本的優(yōu)點(diǎn)，但效率低下、成本較高;淺地層剖面測(cè)量根據(jù)聲波回波特征與底質(zhì)的相關(guān)性完成底質(zhì)探測(cè)，分辨率精度較高、效率也比較高;單道反射地震可以滿足地質(zhì)構(gòu)造研究、航道疏浚、填海工程、海上基建項(xiàng)目選址等可研依據(jù)的需求，當(dāng)然還可以應(yīng)用于海底管線、隧道和各種掩埋物等的勘測(cè)、調(diào)查和研究。
1.8 關(guān)于側(cè)掃聲吶測(cè)量
側(cè)掃聲吶測(cè)量技術(shù)也是海洋測(cè)繪的重要手段。側(cè)掃聲吶系統(tǒng)主要是借助船只等各種海上航行器的左舷、右舷換能器陣列發(fā)射的寬掃幅波束，在走航過(guò)程中不間斷地對(duì)海底進(jìn)行線性掃描，從而形成可反映海底目標(biāo)分布情況、地貌特征以及水體的條形帶狀圖像。目前，側(cè)掃聲吶測(cè)量是比較常見(jiàn)的條帶式海底成像設(shè)備和掃海測(cè)量手段，側(cè)掃聲吶測(cè)量也應(yīng)用于碼頭等水下構(gòu)建物檢測(cè)。隨著科技的不斷進(jìn)步，側(cè)掃聲吶系統(tǒng)向多頻段、多脈沖、多波束等方向發(fā)展的同時(shí)，又增加了測(cè)深及成像等功能，尤其是深度、精度、分辨率也不斷提高，越加廣泛地用于各種水下目標(biāo)探測(cè)、掃海測(cè)量、裸露海底管線調(diào)查、海底障礙物探測(cè)等。
1.9 關(guān)于合成孔徑聲吶探測(cè)
合成孔徑聲吶(syntheticaperturesonar，SAS)以虛擬孔徑取代真實(shí)孔徑，能更好地解決方位向分辨率問(wèn)題。與傳統(tǒng)側(cè)掃聲吶相比，SAS的最大優(yōu)勢(shì)是具有很高的方位向空間分辨能力而與距離不相關(guān)。通過(guò)高、低頻換能器組合，同時(shí)獲取高頻和低頻聲吶圖像，進(jìn)而相對(duì)清晰地呈現(xiàn)出海底地貌和海床下一定深度的目標(biāo)。利用SAS搭載平臺(tái)動(dòng)態(tài)測(cè)量獲取的信息并生成地理信息系統(tǒng)，可以自動(dòng)定位目標(biāo)，同時(shí)，還支持自主作業(yè)航跡規(guī)劃(如由于特殊情況帶來(lái)的隨機(jī)決策或臨時(shí)確定)。
該GIS對(duì)條帶成像后的聲圖進(jìn)行拼接(亦稱之為鑲嵌)，即可生成大范圍的圖像。因此，SAS探測(cè)可以應(yīng)用于海底地形測(cè)量、水下勘察及水下考古探查、水下軍事目標(biāo)識(shí)別等，特別是對(duì)海底管線路由調(diào)查、泥下小目標(biāo)探測(cè)等是比較有效的。隨著需求的增加和技術(shù)進(jìn)步，合成孔徑聲吶技術(shù)將在以下幾個(gè)方向迅速發(fā)展：
SAS系統(tǒng)集成技術(shù)，尤其針對(duì)多頻段(高、中、低)和多平臺(tái)(舷側(cè)、拖曳、UUV等)等應(yīng)用;結(jié)合實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，借助現(xiàn)代信息技術(shù)研發(fā)出快速、精準(zhǔn)、高效成像的算法，進(jìn)一步提高性能，進(jìn)而提升SAS系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理能力。慣導(dǎo)和移動(dòng)測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步也將促進(jìn)SAS運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)升級(jí);集合各方面相關(guān)技術(shù)，結(jié)合水聲物理理論研究，促進(jìn)SAS研究不斷進(jìn)步。1.10 關(guān)于海洋地理信息系統(tǒng)海洋測(cè)繪技術(shù)還包括海洋地理信息系統(tǒng)(MGIS)建設(shè)(當(dāng)然也包括CGIS———海岸帶地理信息系統(tǒng)構(gòu)建)。
由于MGIS的關(guān)注重點(diǎn)和研究對(duì)象主要是海面海底、巖石島礁、水體水質(zhì)、海岸帶以及大氣等涉海自然環(huán)境，同時(shí)還關(guān)注、研究人類所進(jìn)行的各類活動(dòng)，對(duì)由此產(chǎn)生的不同來(lái)源的、復(fù)雜的、登臺(tái)的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、集成、存儲(chǔ)、分析、顯示和管理，為不同用戶提出的不同需求提供諸如電子海圖繪制、綜合制圖服務(wù)、可視化表達(dá)、空間分析、模擬預(yù)測(cè)及決策支持等不同類型的多種服務(wù)。
隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步成熟，應(yīng)用Web技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)海洋數(shù)據(jù)和相關(guān)MGIS功能的實(shí)時(shí)更新與實(shí)時(shí)共享。MGIS為一應(yīng)涉海管理部門的規(guī)劃設(shè)計(jì)、評(píng)估評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)監(jiān)管、決策支持、綜合管理以及各類需求提供支持，實(shí)現(xiàn)涉海單位的信息資源共享，進(jìn)而滿足海岸帶資源和海洋環(huán)境綜合治理、管控的需要，以及航道整治工程測(cè)量、針對(duì)海底地形環(huán)境復(fù)雜地區(qū)的海洋磁力測(cè)量等。
2 海洋測(cè)繪在海洋工程建設(shè)等方面的應(yīng)用
由于海洋測(cè)繪裝備與海洋測(cè)繪新技術(shù)迅速發(fā)展，海洋測(cè)繪技術(shù)手段更加豐富，因此，在不同領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，服務(wù)范圍也越來(lái)越廣。未來(lái)“多測(cè)合一”，即多種測(cè)量方法的有機(jī)融合，更加廣泛地與信息技術(shù)、水下機(jī)器人技術(shù)(包括觀測(cè)及水下機(jī)器人、水下爬行機(jī)器人等)、智能定位技術(shù)、空化射流技術(shù)、自治式潛水器搭載多波束深海地形測(cè)量技術(shù)、多元海底特性多波束一體化聲學(xué)探測(cè)裝置等深入融合，將是未來(lái)海洋測(cè)繪的發(fā)展趨勢(shì)。這也意味著未來(lái)將更好地服務(wù)廣大用戶，滿足其需求。
2.1 航道整治工程測(cè)量
不同航道有不同的等級(jí)之分，因此，有不同的設(shè)計(jì)水深要求。為了確保進(jìn)出船只的通航安全，除了個(gè)別天然深水航道外，大都需要進(jìn)行航道整治，尤其是河道入�？诘暮降勒巍�
航道整治工程測(cè)量經(jīng)常會(huì)應(yīng)用測(cè)量定位技術(shù)(包括確定定位模式)，如導(dǎo)堤放樣定位或半圓筒導(dǎo)堤的拋射定位，需要用動(dòng)態(tài)分差(RTK-GPS)等技術(shù)。有的航道整治必須進(jìn)行多波束全覆蓋水深測(cè)量、淺地層剖面測(cè)量、側(cè)掃聲吶掃海測(cè)量和工程地質(zhì)鉆探勘查。有的航道整治工程測(cè)量還需要進(jìn)行海流測(cè)驗(yàn)，以確保施工安全。應(yīng)用上述海洋測(cè)繪技術(shù)還可以確定設(shè)計(jì)水深以下的底質(zhì)類型分布，對(duì)泥沙質(zhì)的底質(zhì)區(qū)域?qū)嵤┖降拦こ淌杩�，針�?duì)巖礁區(qū)炸礁制訂方案與炸礁實(shí)施等。
2.2 碼頭、航道、錨地等工程測(cè)量
碼頭、航道、錨地等工程測(cè)量包括碼頭前沿、碼頭后沿及底部、調(diào)頭區(qū)、回旋水域、進(jìn)出港航道、待泊錨地等，碼頭前沿、調(diào)頭區(qū)、回旋水域、航道區(qū)域一般需要進(jìn)行水深測(cè)量，確保船只在設(shè)計(jì)水深以上。一般水域測(cè)量可選擇單波束水深測(cè)量，疏浚、炸礁等整治區(qū)域或重要水域需要進(jìn)行多波束全覆蓋水深測(cè)量。對(duì)于錨地區(qū)域，除了必須進(jìn)行水深測(cè)量外，還需要進(jìn)行海底清障工作。
為了確保錨地區(qū)域底質(zhì)符合錨抓力條件，沒(méi)有巖礁出露，還需要進(jìn)行淺地層剖面測(cè)量和側(cè)掃聲吶掃海測(cè)量工作。有些海底底質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的錨地區(qū)域，清障工作完成后還需要開(kāi)展海洋磁力測(cè)量，掌握第一手資料，確保船舶拋錨的安全。碼頭后沿及底部通常采用單波束水深測(cè)量并定期進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)海底不斷生成的淤積，了解對(duì)碼頭承載力安全所產(chǎn)生的影響，準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)，從而保證碼頭安全運(yùn)行。
此外，還要對(duì)碼頭等水下構(gòu)建物進(jìn)行定期(或不定期)檢測(cè)，常用方法主要有側(cè)掃聲吶系統(tǒng)掃測(cè)、多波束測(cè)深系統(tǒng)探測(cè)(調(diào)整探頭角度為斜向)、三維聲吶探測(cè)、水下激光掃描以及水下機(jī)器人觀察等，實(shí)際工作中可以根據(jù)具體情況綜合使用多種方法，獲取準(zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)，從而滿足工程管理的需要，確保碼頭運(yùn)行安全。
2.3 海底管線路由調(diào)查
海底管線路由調(diào)查一般是指對(duì)石油天然氣管道的鋪設(shè)、通信光(電)纜的鋪設(shè)、近海岸排污管道、水下隧道的建設(shè)等各類工程的設(shè)計(jì)、施工，以及針對(duì)竣工后安全防護(hù)所進(jìn)行的調(diào)查與評(píng)價(jià)。目前，國(guó)內(nèi)外通常采用的物探設(shè)備有回聲探測(cè)儀、水聲設(shè)備有旁側(cè)聲吶掃描儀、水下聲波探測(cè)系統(tǒng)、淺層地表剖面儀以及海洋磁力儀等。調(diào)查內(nèi)容有施工前調(diào)查及施工后檢測(cè)。電纜、光纜、光電纜、輸油管線、輸水管線等管線路由調(diào)查，一般需要開(kāi)展水下地形測(cè)量、海底面狀況側(cè)掃、淺地層剖面測(cè)量、水文監(jiān)測(cè)、海水腐蝕分析、表層底質(zhì)采樣和工程地質(zhì)鉆探等工作。
綜合使用各種儀器設(shè)備，相互配合作業(yè)，可以提供場(chǎng)區(qū)內(nèi)海底表面和海底下一定深度內(nèi)，埋藏于沉積物中的不同種類地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象的形態(tài)、規(guī)模、強(qiáng)度等特征。如結(jié)合使用高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)，即可獲得場(chǎng)區(qū)內(nèi)相對(duì)準(zhǔn)確的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育位置和發(fā)展方向。近年來(lái)，在進(jìn)行海底管線路由調(diào)查的同時(shí)，還綜合開(kāi)展海洋環(huán)境調(diào)查，海洋相關(guān)利益者、海洋功能區(qū)劃符合性調(diào)查，以及地震災(zāi)害強(qiáng)度以及危險(xiǎn)性調(diào)查等。
3 海洋測(cè)繪在海洋科研綜合管理等方面的應(yīng)用
3.1 海岸帶生態(tài)修復(fù)、環(huán)保與海洋預(yù)警減災(zāi)系統(tǒng)
我國(guó)的海岸線較長(zhǎng)。然而，部分海岸帶環(huán)境目前已經(jīng)出現(xiàn)了一定的污染，海岸帶生態(tài)也遭到了不同程度的損壞。為此，國(guó)家明令必須加強(qiáng)海岸帶環(huán)保，加大海岸帶生態(tài)修復(fù)、治理力度，這就需要周期性地、持續(xù)開(kāi)展岸灘演變監(jiān)測(cè)，深入分析研究，而要完成這項(xiàng)任務(wù)，必須由海洋測(cè)繪技術(shù)提供支撐。如開(kāi)展灘涂演變分析、海港回淤測(cè)量，需要周期性的水下地形測(cè)量，然后進(jìn)行海泥流沙數(shù)值建模、場(chǎng)地沖淤計(jì)算以及評(píng)價(jià)、提供預(yù)測(cè)等。這些工作均需要海洋測(cè)繪提供技術(shù)支持，如單波束、多波束、機(jī)載激光(LiDAR)全覆蓋測(cè)深等技術(shù)獲取成果數(shù)據(jù)。而海洋預(yù)警減災(zāi)體系、海洋防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立、運(yùn)行與維護(hù)，也都離不開(kāi)海洋測(cè)繪技術(shù)的支持。
3.2 陸海統(tǒng)籌與用地用海分類
2020年12月10日，自然資源部發(fā)布了《國(guó)土空間調(diào)查、規(guī)劃、用途管制用地用海分類指南(試行)》，明確指出陸海統(tǒng)籌是統(tǒng)一用地用海分類的重要原則�！吨改稀穼⒑Ｓ蚝u資源利用的用途分為6個(gè)一級(jí)類，并在此基礎(chǔ)上細(xì)分了16個(gè)二級(jí)類。無(wú)論是陸海統(tǒng)籌還是海域海島管理、用海用島用途管制，無(wú)論是審批出讓、使用金征繳，還是監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)、統(tǒng)計(jì)分析等，每一個(gè)環(huán)節(jié)、每一個(gè)步驟都必須依靠海洋測(cè)繪技術(shù)，乃至陸海聯(lián)合測(cè)繪技術(shù)的支持。所有基于位置的服務(wù)，包括定位測(cè)量、控制測(cè)量、地形測(cè)圖、海底地形測(cè)量等。實(shí)踐證明，自治式潛水器搭載多波束深海地形測(cè)量技術(shù)、多元海底特性多波束一體化聲學(xué)探測(cè)裝置等將會(huì)有廣泛的應(yīng)用前景。
3.3 海域管理、海洋國(guó)土空間規(guī)劃與生態(tài)治理
無(wú)論是海域管理，還是海岸帶管理，海岸帶及延伸海域生態(tài)治理，都需要海洋測(cè)繪技術(shù)從不同角度提供技術(shù)支撐。如用海規(guī)劃和海籍權(quán)屬測(cè)量、不同海區(qū)、海域的確權(quán)測(cè)量與復(fù)測(cè)等，都需要依據(jù)海洋測(cè)繪技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用不同比例尺的地形圖進(jìn)行作業(yè)。海岸帶的生態(tài)治理，尤其是延伸海域的生態(tài)治理，首先要編制實(shí)施規(guī)劃，其次是實(shí)施，然后是長(zhǎng)期的管控。這些都必然依據(jù)海洋基礎(chǔ)測(cè)繪、各類海洋測(cè)繪技術(shù)和不同比例尺地形圖、專題圖，持續(xù)的岸灘演變觀測(cè)分析、灘涂變化軌跡、程度分析等。而海洋國(guó)土空間規(guī)劃的編制與實(shí)施，更是離不開(kāi)海洋測(cè)繪成果、各種數(shù)據(jù)信息與圖件的支撐。
3.4 海洋遙感應(yīng)用
海洋遙感要求必須具備宇宙空間和高空遙感平臺(tái)，這樣才可能實(shí)現(xiàn)信息采集的同步、大面積、全覆蓋;由于微波能夠應(yīng)對(duì)不同的天氣條件，穿透云層獲得全天候、全天時(shí)海洋信息，且海洋微波信息中還包含海面溫度、海水鹽度、海面形態(tài)結(jié)構(gòu)等大量的、多種有用信息，故以微波為主;電磁波與激光、聲波三者的結(jié)合與應(yīng)用，在很大程度上拓展了海洋遙感深度(即縱向延伸)。
此前，盡管海洋遙感將可見(jiàn)光、紅外線、微波都利用起來(lái)了，但僅僅是海表面，而利用激光這一光源及技術(shù)，則向下延展了遙感水層的深度，換言之，利用聲波遙感進(jìn)一步將遙感技術(shù)應(yīng)用延伸到了海底;海洋遙感結(jié)合其他海洋調(diào)查手段，再加上海面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(海洋調(diào)查船、海上浮標(biāo)、潛水器等常規(guī)海洋調(diào)查手段獲得的第一手資料)，能夠更加有效地發(fā)揮作用。海洋遙感技術(shù)具有速度快、范圍廣等優(yōu)勢(shì)，能夠獲取海洋的整體情況，可提供更豐富的實(shí)時(shí)信息，助力開(kāi)展海溫、水色、海冰、溢油、綠潮、赤潮、海洋漁業(yè)和風(fēng)暴潮等方面的應(yīng)用研究。應(yīng)用海洋遙感技術(shù)將進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)海洋環(huán)保、生態(tài)治理修復(fù)、海況預(yù)警預(yù)報(bào)、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋資源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域不斷進(jìn)步。
海洋系列衛(wèi)星的應(yīng)用將推動(dòng)海洋遙感快速發(fā)展，如海面形態(tài)和大地水準(zhǔn)面的測(cè)量：應(yīng)用海洋衛(wèi)星的雷達(dá)高度計(jì)(ALT)這一設(shè)備，可測(cè)得精度為±10cm的衛(wèi)星在海洋上空的高度。通過(guò)精確測(cè)量重力和衛(wèi)星軌道，獲取海面形態(tài)參數(shù)，再通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)手段，削弱乃至剔除波浪等帶來(lái)的干擾因素，進(jìn)而測(cè)算出海面大地水準(zhǔn)面。此外，關(guān)于海面溫度和水色的研究：利用微波和紅外影像產(chǎn)生的不同色調(diào)差異，繪制出等溫線圖，直觀地標(biāo)示海面溫度的分布狀況;而水色，它的影響因素是浮游生物(葉綠素濃度)、沉積物含量(海水混濁度)、營(yíng)養(yǎng)鹽(黃質(zhì)濃度)、污染物及底形、水深等。
水溫、水色與海洋漁業(yè)、海洋污染直接相關(guān)。我國(guó)高度重視海洋污染，在海上交通日益發(fā)達(dá)的今天，人們更加關(guān)注海面上的熱污染和油污染，海洋衛(wèi)星的熱紅外與X微波段是監(jiān)測(cè)上述兩項(xiàng)污染的利器。由于被油膜覆蓋，污染的海面、溫度和輻射亮度都比正常海面略高一些，應(yīng)用微波雷達(dá)很容易監(jiān)測(cè)、識(shí)別，故效果更好。淺海水深測(cè)定：運(yùn)用海洋衛(wèi)星合成孔徑雷達(dá)(SAR)測(cè)量海面波浪情況的實(shí)際應(yīng)用效果比較好，由于重力波(包括波形、波長(zhǎng)、波高等)狀況和水深的關(guān)系非常密切，因此，可以通過(guò)對(duì)重力波的分析獲得水下地形狀況，實(shí)施淺海制圖[10]。
洋流：利用海洋衛(wèi)星圖像可以識(shí)別并大致確定洋流的邊界，還可以確定海洋渦旋和洋流運(yùn)狀況。應(yīng)用ALT測(cè)定海面坡度，即可確定地轉(zhuǎn)流速。深入了解、科學(xué)認(rèn)識(shí)洋流，提供真實(shí)、可靠的信息，對(duì)海上航行、尋找并確定漁場(chǎng)、海上作業(yè)與施工等大有裨益。
海冰：通過(guò)微波資料呈現(xiàn)給人們的海冰、冰山亮度、溫度差異等信息，既可以識(shí)別出它的分布狀態(tài)，還可以據(jù)此分析、判斷出海冰的類型、結(jié)構(gòu)、含水量等，甚至還可以分析、判斷出海冰、冰山的形成時(shí)間(冰齡)。海面風(fēng)場(chǎng)：海洋衛(wèi)星Seasat的雷達(dá)散射計(jì)(SASS)探測(cè)風(fēng)場(chǎng)，風(fēng)場(chǎng)探測(cè)意義重大，這項(xiàng)工作有助于人們對(duì)海與氣相互作用的研究，進(jìn)而提高海浪預(yù)報(bào)的精確度，其原理是通過(guò)微波測(cè)風(fēng)生成的浪以及粗糙海面進(jìn)而推知海面風(fēng)速(精度為±2m/s)、風(fēng)向(精度可達(dá)±20°)，從而獲得海面風(fēng)場(chǎng)圖。
3.5 海底聲學(xué)特性探測(cè)
海洋工程建設(shè)過(guò)程中大量應(yīng)用海底底質(zhì)探測(cè)成果，以全面了解海底底質(zhì)狀況。對(duì)海底沉積物的屬性識(shí)別和結(jié)構(gòu)探測(cè)，常用方法是海底聲學(xué)探測(cè)。其原理是利用聲學(xué)換能器產(chǎn)生的連續(xù)、高效聲波，并向海底發(fā)射，通過(guò)觀測(cè)記錄分析海底觀測(cè)對(duì)象對(duì)聲波的不同反應(yīng)。利用海底聲反射和聲散射等手段研究海底聲學(xué)特性，對(duì)海洋漁業(yè)、海底通信、海洋地質(zhì)、水下工程地質(zhì)、海底石油礦產(chǎn)資源等領(lǐng)域有重要意義。
3.6 海岸灘涂演變分析
海岸灘涂一般指的是潮間帶以及鄰近的水下淺灘，通常是指5m等深線以上至海堤部分。近幾年的工作實(shí)踐讓人們更深切地體會(huì)到海岸灘涂既是寶貴的自然資源，又是潛在的土地資源。灘涂的持續(xù)淤漲為沿海居民拓展了生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間，是土地資源承載力增長(zhǎng)擴(kuò)大的重要來(lái)源之一，在進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)時(shí)這是重要內(nèi)容之一。進(jìn)行海洋地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，灘涂演變分析是重要的依據(jù)，而海港回淤測(cè)量是獲取分析數(shù)據(jù)的重要手段，具體包括海流泥沙測(cè)驗(yàn)(建立海區(qū)的海流泥沙數(shù)值模型，進(jìn)行場(chǎng)區(qū)沖淤計(jì)算、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè))和周期性水下地形測(cè)量(獲得沖涮或淤積速率，并進(jìn)行地質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià))等。
4 電子海圖應(yīng)用
航海的要求是船舶安全、迅速地到達(dá)目的地，現(xiàn)代航海需要利用先進(jìn)的導(dǎo)航設(shè)備，同時(shí)，還需要了解國(guó)際水運(yùn)相關(guān)法規(guī)、世界各國(guó)海上交通管理制度，因此，它具有多學(xué)科融合、綜合性強(qiáng)的特質(zhì)。在測(cè)繪地理信息技術(shù)不斷發(fā)展的今天，電子海圖的發(fā)展也很快。從紙海圖初級(jí)電子復(fù)制品到過(guò)渡性電子海圖系統(tǒng)(ENS)，再到今天的ECDIS(電子海圖顯示與信息系統(tǒng)，符合有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的船用電子海圖系統(tǒng))，電子海圖已發(fā)展成為新型的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)和輔助決策系統(tǒng)，它既能連續(xù)提供出船位，還能綜合并提供與航海有關(guān)的各種信息，提醒且有效防范各種險(xiǎn)情。
在實(shí)現(xiàn)船舶航行集成化和智能航海過(guò)程中，船舶定位方法、航海資料集成、物標(biāo)識(shí)別手段、航行記錄方式、航行值班要求的進(jìn)步等具有劃時(shí)代的重大意義，而這些都離不開(kāi)電子海圖。這是因?yàn)殡娮雍D具有信息內(nèi)容更為豐富、信息顯示更符合實(shí)際需求、更便于船舶導(dǎo)航使用、海圖改正更為便捷、發(fā)行成本更低、發(fā)行更快的明顯優(yōu)勢(shì)。目前，許多人海上出行都選擇e-航海，借助互聯(lián)網(wǎng)獲取云數(shù)據(jù)中心提供的最新海圖、實(shí)時(shí)潮位、氣象情況、航行警告、各類通告等大量信息，實(shí)現(xiàn)船舶智能導(dǎo)航。目前，我國(guó)已著手e-航海航保信息標(biāo)準(zhǔn)化以及應(yīng)用技術(shù)的研究，提供海圖改正、數(shù)字航標(biāo)、動(dòng)態(tài)潮汐等信息，提供數(shù)據(jù)的在線發(fā)布與實(shí)時(shí)更新，總結(jié)探索全新的航海應(yīng)用模式[11]。
此外，水下機(jī)器人和水面無(wú)人艇等新技術(shù)在海洋領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著科技的進(jìn)步，水下機(jī)器人已經(jīng)用于應(yīng)急水下監(jiān)測(cè)、海底觀光旅游、碼頭等構(gòu)建物觀察等;水下爬行機(jī)器人則用于海底油氣管線的檢測(cè)和維修;水下清洗機(jī)器人與水下機(jī)器人、智能定位技術(shù)、空化射流技術(shù)有機(jī)結(jié)合，較好地解決了吸附、定位、清理困難等問(wèn)題;深海作業(yè)區(qū)域，自治式潛水器(AUV)搭載多波束聲納實(shí)施深海地形測(cè)量，是當(dāng)今海洋科考的首選，適于深海水下大面積探測(cè)和數(shù)據(jù)獲取，可以獲取分辨率更高的多波束數(shù)據(jù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和智能化水準(zhǔn)的不斷提升，我國(guó)積極參與的水面無(wú)人艇已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了環(huán)境感知—目標(biāo)識(shí)別—數(shù)據(jù)融合—航線規(guī)劃的跨越式發(fā)展，應(yīng)用范圍更加廣泛。水面無(wú)人艇能夠在相對(duì)極端的海洋環(huán)境中作業(yè)，可在海洋測(cè)繪、海洋調(diào)查與應(yīng)急響應(yīng)、海洋環(huán)境監(jiān)管、海上軍事活動(dòng)等方面發(fā)揮重要作用。[1]
5 結(jié)束語(yǔ)
海洋測(cè)繪是人類在海洋一切活動(dòng)的前提和基礎(chǔ)，是認(rèn)知海洋的重要手段。海洋測(cè)繪的內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如海洋國(guó)土空間規(guī)劃的編制、實(shí)施與監(jiān)管，海洋資源開(kāi)發(fā)、利用與區(qū)域協(xié)調(diào)，海島、海礁的合理開(kāi)發(fā)、利用與總體布局，海洋工程建設(shè)、海洋工業(yè)發(fā)展，海洋運(yùn)輸與海洋旅游，海洋災(zāi)害預(yù)警與救援，用海需求與海洋權(quán)屬的確定，各類海域及海洋產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)、管理等，都需要海洋測(cè)繪、海洋地理信息、電子海圖等各種海洋測(cè)繪地理信息成果支撐。
因此，從客觀上對(duì)海洋測(cè)繪提出了新的、更高的要求。海洋測(cè)繪是為智慧海洋、智慧海洋中心城市建設(shè)提供基礎(chǔ)地理信息底層數(shù)據(jù)的;海洋測(cè)繪也是海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋生態(tài)保護(hù)、海岸線保護(hù)與管理、海域管理必不可少的、最基礎(chǔ)的工作。隨著時(shí)代發(fā)展與科技進(jìn)步，海洋測(cè)繪將為人們認(rèn)識(shí)海洋、研究海洋、經(jīng)略海洋，為我國(guó)藍(lán)色經(jīng)濟(jì)、海洋生態(tài)建設(shè)作出新貢獻(xiàn)。
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作者：龔強(qiáng)1，張仁斌2，王麗欣3
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