水下地形测量

水下测绘技术与科学学科及行业的联系

以卫星导航定位技术、多波束水深测量技术为代表的海道测量技术发展，正在推动着海底地形测量作为测绘领域的一个相对独立的科学技术分支的形成与发展。
理论教育 2023-09-28

水下地形测量与海洋科学、航海技术的紧密关系

海道测量和海洋学有着共同的起源。航海曾经是海底地形测量、海道测量的最基本服务目标，仍然是当今的主要服务方向，海道测量的基本技术规定具有航海保证的深刻烙印。以海图为代表的海道测量成果是航海活动的基本空间信息基准和参照。
理论教育 2023-09-28

声波反射散射的能量损失-从书籍《水下地形测量》中的成果中看到

海底将入射声波能量进行重新分配。对于较平坦且粗糙的海底，其反射及散射的能量分配如图3-29所示。图3-29反射对声波能量的重新分配水底地形对声波的反射强度描述为声波反射主方向单位面积的本征反向散射强度或称为反向散射强度指标，它依赖于水底地形的反射性质和有效的瞬时反射面积A。对于面积为SA的反向散射面，反射的声功率为：WS＝μIi·sin2θ·SA。海底界面散射强度SS与声波频率无关并不是普遍的。
理论教育 2023-09-28

卫星定位技术-水下地形测量成果

目前，常用的卫星动态定位技术主要包括RTK/PPK、星站差分、网络RTK和精密单点定位等，可为水下地形测量提供多样化的选择和稳定可靠的定位服务，下面将对几种主要卫星动态定位技术进行介绍。在远海大洋精确定位实践中，目前采用的以卫星通信方式提供改正量服务的技术，本质上是广域差分的一种实时高精度定位的整体实现技术。
理论教育 2023-09-28

水下地形测量：分辨率与比例尺

对海底地形的精细探测，要求有尽量高的分辨率，以探测和描述地形的微细形态变化，而覆盖面积大则意味着特征地物地貌遗漏概率小。显然，这些大比例尺水深测量的核心目标是保证舰船的航行安全，根据海区的重要性不同，有些区域还采用其他的比例尺。利用单波束测深技术开展海底地形测量所采用的断面抽样测量模式，无论分辨率和覆盖尺度都是有限的，在测线之间不可避免存在微地形遗漏。
理论教育 2023-09-28

水下地形测量的归位过程及方法

归位过程包括如下四个步骤：①换能器坐标系波束脚印位置的计算。②经安装偏差改正、瞬时姿态改正至船水平坐标系波束脚印位置的计算。波束脚印在不同坐标系下的变换以及声线跟踪的具体过程，在第2章与第9章中有详细叙述，这里仅介绍各波束脚印在换能器坐标系下的表示方法。式确定的深度z仅为换能器面到达海底的垂直距离，测点的实际深度还应考虑换能器的吃水、上下升沉以及潮位的变化对深度的影响。
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水下地形测量中的电子多波束系统

电子多波束发展历史悠久，至今已到第五代产品，这里以国际上SeaBat7125、R2Sonic2024、EM2040三种主流的浅水多波束系统和SeaBeam3012全海深多波束系统为例，分别介绍它们的特点和优势。图6-47SeaBat7125多波束声呐探头2.R2Sonic2024多波束测深系统R2Sonic2024多波束测深系统是美国R2Sonic公司在多波束领域的新一代产品，保持了前代多波束产品的灵活性、便携性和易于使用的特性，且在测量范围、扫幅宽度和更新率方面均有提高。
理论教育 2023-09-28

水下地形测量：姿态、吃水和波束角的耦合作用

综上所述，换能器的动态吃水是各种因素影响下的综合吃水变化。图5-12不同波束宽度测深仪探测海底地形的失真情况对比4.载体姿态与波束角的耦合影响设载体在某一自由度的摇角为ω，在此以横摇情形为例，横摇角度记为ωR，姿态对测深的影响情况如图5-13所示。图5-13载体姿态的对测深影响示意图海底平坦的情况下，在姿态角小于半波束角时，单波束测深仪测定的水深即为载体正下方的真实水深，因此不存在失真。
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HawkEye系统：水下地形测量成果

图8-27HawkEye II集成传感器HawkEye II系统飞行高度范围为100～1000m，正常飞行高度为200～300m，扫描最大开角为15°～20°。HawkEye II系统可以同时采集4kHz测深数据和64kHz陆地地形数据以及测量区域的数字图像数据，使得该系统成为全球市场上测量效率最高的系统之一。表8-5HawkEye II系统的主要技术参数续表表8-6HawkEye II系统各种飞行模式的技术参数2012年，AHAB公司还推出一款Chiroptera II系统。
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水声换能器发射声波的指向性—水下地形测量

点声源辐射的声波无方向性。当两个相邻的发射器发射相同的各向同性的声信号时，声波将互相重叠或干涉，如图3-15所示。根据罗必塔法则，同样可以求得：3.均匀线列阵与直线型声源的声波发射指向性参数不论是均匀线列阵，还是直线型连续声源，在远场的声波为变振幅波动，声压均与声波的辐射角θ密切相关。
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水下地形测量：海底地形与测深断面方向

根据陆地地形测量的基本知识，测量地貌形态主要测定地形特征线，即地性线。对于海底而言，地性线即可理解为自然海底的最大变化剖面。而测线布设是海底地形测量基础性的工作，需要将整个测区视为关注对象，属于工程设计阶段的任务。而为了海底地形测量成果的质量检核与评估目的，所布设的检查线（副测线）应与主测线基本垂直，主要是保证主、副测线交叉点的准确确定和探测方向的合理互补。
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声呐图像改正方法-水下地形测量

声呐图像通常存在大量的异常值、噪声和系统误差，在进一步利用前必须进行相应的处理。图7-23时间增益步长一些声呐系统增益估值准确度不高，例如6dB，反映在声图上即为航向不均衡，故对不同时间返回的声强还须进行精细改正。
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水下地形测量-系统组成与工作原理

地面处理系统主要完成数据的后处理，包括深度信息处理、飞机姿态校正等，并最终产生数字产品，如海底地形图、海图、剖面图、DEM等。图8-4地面处理系统图8-5机载系统组成2.系统工作原理1）扫描测量机载LiDAR测深系统一般采用扫描方式测量，通过扫描镜的局部运动，实现测深点的条带式展宽。目前，机载LiDAR测深系统大多采用GNSS/IMU组合导航来定位，DGNSS和IMU都能进行定位。
理论教育 2023-09-28

水下地形测量中的定位观测类型

观测值不同的一组观测量构成位置函数的等值线。对于方位、角度、距离和距离差等不同观测量，分别存在射线、圆、双曲线等位置函数的等值线，简述如下。基于相位测量模式，可以显著提高距离差的测定精度，也是采用距离差观测量实施海上中远程定位的主要原因。传播一个完整波形所用时间为波周期T，传播的距离为波长λ，期间波动相位的变化量为2π。传播一定距离完成的波形变化次数称为波数n。
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卫星定位技术的应用及精度数据

卫星导航定位技术具有全天候、高精度、自动化、高效益、性能好等显著特点，目前已基本取代了地基无线电导航、天文测量和传统大地测量技术，在军事、国民经济建设、科学研究等诸多领域得到广泛应用。图4-9为卫星导航定位示意图。
理论教育 2023-09-28
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