海洋水文测量是测绘科学研究的一个重要组成部分,它的主要任务是对海洋几何场和物理场参数进行精密测定和描述,其目的是为人类的活动提供必要的海洋空间信息。20世纪50年代以来,随着计算机技术和信息获取手段的改进和发展,海洋测量突破了传统海道测量的内容和范围,发展成对海面、水体、海底全方位、多要素的综合测量,获取包括大气(气温、风、雨、云、雾等)、水文(海水温度、盐度、密度、潮汐、波浪、海流等)以及海底地形、地貌、底质、重力、磁力、海底扩张等各种信息数据。传统海洋测量仅局限于基于船载设备的点测量,如单波束测深系统,难以实现面扫测。机载激光测深、多波束测深以及侧扫声呐系统等一批具有全覆盖、高效率和高精度特点的高新技术测量设备的出现,已经使海洋测量从过去的点线测量模式转变为带状测量模式。同时,LiDAR系统、航空重力或磁力测量以及水深遥感的发展和应用,使海洋测量呈现现代化、立体化的态势,海洋测量正在突破传统的时空局限,进入以数字测量为主体、以计算机技术为支撑、以3S(GPS、GIS、RS)技术为代表的现代海洋测量新阶段。
海洋水文测量内容随着工程需求的拓展,涉足的领域也越来越广。卫星遥感、扫测技术、水下摄影、水下电视等非接触式测量技术在海洋测量中的广泛应用,使得遥感技术与海洋测量密切相关。
海洋水文测量是海洋调查中重要的作业内容,与现代海洋测绘的实际需求密切相关。随着走航式温盐深计的出现,动态情况提取不同水层的温度和盐度,为立体海洋温度、盐度分布研究提供了丰富的数据,彻底打破了当前点测量的局限。在遥控、遥报潮位观测和GPS航潮位测量方法出现后,潮位观测自动化和精确性均得到很大程度的提高。海流的流速和流向目前通过测站式或走航式ADCP测定,相较于传统方法,ADCP加快了测量速度,体现了三维流速和流向的特性,从而提高了测量精度和范围。
近年来,随着水下GPS技术的发展,利用GPS实现海底控制点(网)坐标的联测已成为现实。在测深技术方面,与传统的单波束测深相比较,多波束系统具有测量范围大、速度快、精度高、记录数字化以及成图自动化等诸多优点,将测深技术从传统的点、线扩展到面,并进一步发展到立体测图和自动成图,从而使海底地形测量技术发展到一个较高的水平。LiDAR因其具有测量速度快、精度高等特点,在定位、定姿、归位计算和数据融合方面都取得了长足的发展。无论是多波束系统还是侧扫声呐系统,均朝着高分辨率、精确定位和同步提供测深及声呐图像方面发展,这为实现海底地貌的详细勘察提供了重要手段。
我国海洋水文测量未来主要向以下几个方向发展:
(1)服务对象将向全方位、多层次转化
20世纪海洋水文测量的服务对象主要是保障海面航行船只的安全,今后海洋水文测量的服务对象将不断扩展。
海洋水文测量的基准面也将逐步与陆地地形测量基准面统一,建立以海洋大地水准面为基准面是势在必行的,因此,未来海洋水文测量技术的主攻方向是:继续研制新型精密测量仪器设备;统一陆地和海洋地形基准面;精化海洋大地水准面。
随着信息化技术的高速发展,多种海洋水文测量数字产品、数据库和地理信息系统将集成一体,为多学科的多种使用目的提供全方位服务。
(2)信息获取和表示将向集成综合式转化(www.daowen.com)
未来无论是信息获取还是信息体现都会以多系统集成为主体。在信息获取领域,一个系统多种功能的集成和多个系统的有机集成是未来海洋测量发展的必然趋势,将各种测量系统的优点集成在一起,会使海洋水文测量技术得到突飞猛进的发展。
在信息表示领域,多源、多分辨率信息的有机集成也是发展的必然趋势,未来会实现将各种途径获取的信息有机结合起来,多角度、多层次、全方位地展现海洋的全貌。
(3)信息服务形式将由三维静态向四维动态转化
随着科学技术的发展,未来社会对海洋水文测量成果的需求将趋向于动态变化和实时性。因此,研究海洋几何要素和物理要素的时变规律十分重要,尤其是对海洋潮汐现象的全面、透彻的研究。
电子海图显示系统的发展,使得电子海图的显示由最初的二维发展为三维显示,继而发展到叠加潮汐预报的实时四维动态显示。目前我国的电子海图还不具备叠加水文气象要素功能,但可以预料该功能将会添加到电子海图中。
(4)遥感技术的深化
近年来,海洋遥感技术以其常规海洋调查手段所没有的优越性,呈现着良好的发展前景,该技术是基于遥感技术对海洋进行观测研究。从海洋状态波谱分析到海洋现象判读等一整套完整的理论与方法,在海洋研究中起着巨大的作用,也是现代测绘科学技术在海洋研究方面作出贡献的体现。海洋遥感技术主要包括以光、电等信息载体和以声波为信息载体的两大遥感技术。其中海洋声学遥感技术是探测海洋的一种十分有效的手段。利用声学遥感技术,可以探测海底地形、观测海洋动力现象和探测海底地层剖面,以及为潜水器提供导航、避碰、海底轮廓跟踪的信息。
海洋遥感主要应用于调查和监测大洋环流、近岸海流、海冰、海洋表层流场、港湾水质、近岸工程、围垦、悬浮沙、浅滩地形、沿海表面叶绿素浓度等海洋水文、气象、生物、物理及海水动力、海洋污染、近岸工程等方面。目前常用的海洋卫星遥感仪器主要有雷达散射计、星载雷达高度计、合成孔径侧视雷达(SAR)、微波辐射计及可见光/红外辐射计、海洋水色扫描仪等。雷达散射计是一种主动式斜视观测微波装置,可以演算出海面风速、风向、风应力以及海面波浪场,用于研究海洋工程和预报海浪、风暴。星载雷达高度计也是一种主动式微波传感器,可用于测量大地水准面、海冰、潮汐、水深、海面风强度和有效波高,观测厄尔尼诺现象和海洋大中尺度环流,对地质深测和海洋测绘、全球海平面和气候变化研究、大洋环境监测等有着重大意义。合成孔径侧视雷达(SAR)可以用于研究波浪谱及海表面波,影响国民经济建设和军事应用;可以提取到海冰相关信息,发现海洋中较大面积的石油污染,还可进行浅海水深和水下地形测绘,对环境监控、海洋勘探开发、海上交通运输与军事活动等具有重大意义。微波辐射计是被动微波传感器,根据海面反射的热辐射温度来测量海面的温度,而海面温度则是海洋学研究必测的最基本参数之一。划分水团,分析海洋峰和流系,海水凝絮、沉积、热污染等无一不和海面温度息息相关。可见光/近红外波段中的多光谱扫描仪和海岸带水色扫描仪均为被动式传感器,能测量海水水色、悬浮泥沙、水质等,在海洋渔业、海洋污染检测、海岸带开发、全球尺度海洋科学研究等方面发挥重要作用。
未来我国的海洋测绘必须进一步拓宽领域、加快速度、提高精度,在现势性和时效性方面有一个重大突破,全方位、全过程、多层次、多环节提供动态化的信息服务,更好地为国防和国民经济建设作出贡献。
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