每日一学 | 海洋测绘（2019案例考点）

海洋测绘

第1节 2.1 海洋测量
知识点一、海洋测绘的任务和内容[熟悉]
对海面水体和海底进行全方位、多要素的综合测量，
　　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、磁力等各种信息和数据;
　　绘制成不同目的和用途的专题图件，为航海、国防建设、海洋开发和海洋研究服务。
　　海洋测绘内容：主要包括海洋大地测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋跃层测量、海洋声速测量、海道测量、海底地形测量、海图制图、海洋工程测量等。
　　海道测量：
　　海道测量的任务是进行水深测量和海岸地形测量，获取海底地貌、底质情况和航行障碍物等资料。
　　海道测量的主要内容有：
　　(1)控制测量;
　　(2)进行水位观测，确定平均海面、深度基准面和计算水深测量时的水位改正;
　　(3)进行水深测量、助航标志的测量、航行障碍物的调查探测、水文和底质测定;
　　(4)海岸地形测量。
　　知识点二、海洋测量基准[熟悉]
海洋测量基准包括大地(测量)基准、高程基准、深度基准和重力基准等。
　　(1)坐标基准：2000国家大地坐标系(cgcs2000)。
　　(2)投 影：高斯-克吕格投影和墨卡托投影。
　　(3)高程基准：1985国家高程基准。
　　(4)深度基准：理论最低潮面。
　　知识点三、海洋测量技术设计[掌握]:海洋测量技术设计的主要内容：
　　(1)确定测量目的和测区范围。
　　(2)划分图幅及确定测量比例尺。
　　(3)确定测量技术方法和主要仪器设备。
　　(4)明确测量工作的重要技术保证措施。
　　(5)编写技术设计书和绘制有关附图。
　　技术设计工作步骤：
　　资料收集和分析
　　初步设计、
　　实地勘察
　　技术设计书编制
　　知识点四、海洋控制测量[掌握]
海洋平面控制测量的方法有：三角测量、导线测量、卫星导航定位测量等。
　　海洋平面控制点分为：海控一级点(h1)、海控二级点(h2)、测图点(hc)。
　　海控点的分布应以满足水深测量和海岸地形测量为原则。海控一、二级点布设的方法主要采用gps测量、导线测量和三角测量，
　　测图点可采用gps快速测量法、导线、支导线和交会法测定。
　　海洋高程控制测量的方法：
　　几何水准测量
　　测距高程导线测量
　　三角高程测量
　　gps高程测量
　　知识点五、深度基准面的确定[掌握]
确定深度基准面的基本原则：
　　(1)充分考虑船舶航行安全。
　　(2)保证航道或水域水深资源的利用效率，衡量航道水深资源利用率的尺度就是深度基准面保证率。
　　(3)相邻区域的深度基准面尽可能一致。
　　我国采用理论最低潮面作为深度基准面，深度基准面的高度从当地平均海面起算。
　　知识点六、海洋测量定位[了解]
海洋定位通常是指利用两条以上的位置线，通过图上交会或解析计算的方法求得海上某点位置的理论与方法。
　　海洋定位的方法主要有：
　　光学定位
　　无线电定位
　　卫星导航定位
　　水声定位
　　知识点七、水文观测[熟悉]
海洋水文观测是指在某点或某一断面上观测各种水文要素，并对观测资料进行分析和整理的工作。
　　观测内容：观测海水温度、盐度、密度、含沙量、化学成分、潮汐、潮流、波浪、声速等要素，
　　为编辑出版航海图、海洋水文气象预报、海洋工程设计以及海岸变迁和泥沙淤积等海洋科学研究提供资料。
　　知识点八、水深测量[熟悉]
　　知识点九、水下地形测量[熟悉]
1.潮位站布设和潮位观测
　　2.测量准备
　　3.测量过程
　　4.测深数据处理
　　5.精度评估
　　6.图形绘制

　　潮位站布设和潮位观测的技术要求有：
　　(1)潮位站布设密度应能控制全部测区的水位变化。相邻潮位站之间的距离应满足最大潮高差不大于1m，最大潮时差不大于2h，潮汐性质基本相同。
　　(2)潮位观测间隔应至少30min观测一次(于整点和半点记录)，高、低平潮及其前后1h和水位异常变化时，每隔10min观测一次，并读至厘米，时间读到整分;水位观测误差不应大于2cm;顾及测区潮时差影响，当采用双站或多站改正水位时，潮位观测时间长度应比水深测量作业时间提前并靠后各1h。
　　(3)深度基准的确定。潮位站的水位应归化到深度基准面(理论最低潮面)上。

　　2.测量准备
　　测量前准备工作的注意要点有：
　　(1)仪器测试，包括gnss稳定性试验、测深仪稳定性试验、多波束安装校准和其他仪器测试。
　　(2)测线布设，包括多波束主测线、单波束检查线和障碍物加密扫测等测线布设间距和方向。
　　(3)船舶静、动吃水测量。

　　3.测量过程
　　在测量过程中要注意以下要点：
　　(1)声速剖面测量的相邻声速剖面差值应不大于2m/s。
　　(2)多波束测量实施与质量控制。
　　(3)岸线测量方法。
　　(4)障碍物加密探测实施。

　　4.测深数据处理
　　测深数据处理中重点注意以下要点：
　　(1)定位、姿态、航向、潮位、声速等原始数据检查和粗差剔除。
　　(2)多波束测深数据滤波、虚假信号剔除。
　　(3)多波束数据编辑定位、姿态、航向、潮位、声速等各项合并和改正。
　　定位数据合并：将gps接收机获得的wgs-84坐标系定位数据实时转换为cgcs2000坐标，再合并到每一个水深点上。
　　姿态改正：将姿态传感器实测的船舶姿态和航向进行船姿改正。
　　吃水改正：对实测水深进行动态、静态吃水改正。
　　声速改正：对实测水深进行声速剖面改正，可根据声速剖面进行分带改正。
　　潮位改正：利用实测或推算潮位数据，采用单站、多站分带、航迹推算潮位等方法对水深数据进行改正。
　　安装校准参数改正：根据安装和测试的结果配置船坐标文件，进行实测数据改正。
　　(4)水深数据的筛选，一般选取最浅水深为图载水深。

　　5.精度评估
　　利用主检测量法进行水深测量准确度评估。计算主测线和检查线在交叉点处的水深偏差，统计95%置信度的标准偏差和均方差，以此作为准确度评估的依据。
　　知识点九、水下地形测量

　　6.图形绘制
　　(1)绘图准备：①将外业水深成果、助航标志、地形岸线、特征地物等成果转换到统一的坐标系统;②将测量成果按规范要求抽稀，并转换为制图软件所兼容的数据格式;③搜集、了解现行版次海图。
　　(2)外业测量成果图绘制
　　(3)资料检查：①数学基础，包括纵图廓长、横图廓长、对角线长、经纬网直线比例尺是否正确;②坐标系基准面是否正确、资料整理是否完善正确，岛屿和岸线转绘是否合乎要求;③综合取舍是否适当，相互关系是否合理、有无错漏;④各种注记包括英文汉语拼音及汉字是否正确，说明文及图面配置内容是否合理、正确;⑤地理调查报告的系统性、完整性、准确性和整体水平。
　　知识点十、海洋测量成果质量检验和成果归档[了解]
海洋测量成果质量检验内容主要包括
　　测量仪器设备检校、
　　平面控制、高程和潮位控制、
　　定位、测深、
　　障碍物探测、
　　助航标志测量、
　　海底地貌测量和滩涂及海岸地形测量等。
　　测量成果质量检验实行“两级检查一级验收”。
　　海洋测量成果检查验收合格后，对上交的资料进行分析、汇总、整理，并装订成册，编制目录归档。海洋测量归档成果资料包括：①测量任务书、踏勘报告及技术设计书;②仪器设备检定及检验资料;③外业观测记录手簿、数据采集原始资料;④内业数据处理、计算、校核、质量统计分析资料;⑤所测绘的各类图纸及成果表;⑥港口资料调查报告、技术报告、各级质量检验报告;⑦测量过程记录;⑧其他测量资料。

　　2.1.2 案例样题
　　第一题
　　1.任务概况
　　××市新老城区之间有宽阔的海湾(海湾长约30km)天然隔断，水路交通经常因大风、大雾而中断，不得不依靠环海湾公路来实现，严重制约当地经济社会发展。为了破解海湾交通问题，该市计划建设跨海大桥。在建桥方案设计论证阶段，需要组织实施水下地形测量，以掌握该海域翔实的地形环境资料，为跨海大桥工程的选线、设计等工作提供基础测绘资料。
　　2.目标
　　(1)制作测区岸线和水下全覆盖水深图，制图比例尺为1:2000。
　　(2)获取测区水下地形及礁石、沉船等特殊地貌与地物分布。
　　(3)测量任务工期90天。
　　3.指标要求
　　(1)平面坐标系统。平面控制为2000国家大地坐标系，高斯-克吕格投影，3°分带。
　　(2)高程系统。高程控制为1985国家高程基准;深度控制为理论最低潮面。
　　(3)测图比例尺。比例尺为1:2000。
　　(4)精度要求。定位精度优于±3m，测深精度(置信度95%)为±0.3m，主检测深比对要求超限深度点数不超过比对总数的15%。
　　4.基础条件
　　(1)测区条件：①测区位于北温带季风区域，夏季多南风及东南风，冬季多北风及西北风;②潮汐类型为正规半日潮型，平均高潮位3.85m，平均低潮位1.08m;③潮流属半日潮流，涨潮流速大于落潮流速，涨潮历时小于落潮历时，潮流基本属于往复流，最大流速方向同海岸平行。
　　(2)资料：①测区内已有1:1万的地形图，可作为控制网设计、选点用图;②测区内及附近已有1954北京坐标系下的二、三等gps控制点;③测区内及附近已有1985国家高程系下的二等高程控制点。
　　(3)人员：测量船3艘，每船配备技术人员3人;潮位观测3人，分别负责相关潮位站潮位观测;后勤保障人员1人;项目负责2人。
　　(4)设备：①定位设备，根据测量比例尺、精度和测量环境采用rbn/dgps接收机;②测深设备，根据要求采用单波束和多波束测深设备;③声速测量，根据水深以及区域温度、盐度变化采用声速剖面仪;④验潮仪，对于需要架设临时验潮站的情况，采用水尺验潮、波潮仪、压力式验潮计;⑤水准测量，水准仪或者全站仪;⑥其他辅助设备，为实现精确测深，考虑在测深中配备姿态传感器和光线罗经等辅助设备，辅助设备还包括计算机、发电机等其他设备。
　　5.提交成果
　　(1)原始资料，包括原始调查、现场记录、数据光盘等原始记录资料。
　　(2)成果资料，包括调查航次信息、测线或剖面信息、经处理的水深数据、声速剖面数据、验潮站水位观测数据以及水下地形图等。
　　[问题]
　　1. 潮位改正有哪些方法?
　　2. 简述多波束测深系统的安装校准方法。
　　3. 简述水下地形测量工程项目基本实施过程。
　　[参考答案]
　　1. 潮位改正的方法如下：
　　(1)单站水位改正法。当测区处于一个验潮站的有效范围内，可用该站的水位资料来进行水位改正。
　　(2)线性内插法。
　　(3)水位分带改正法(分带法)。
　　(4)时差法。
　　(5)最小二乘参数法。
　　涌浪补偿器、电罗经、测深换能器在安装时与设计要求存在着误差，而这些误差将直接影响水深的位置和深度的误差，必须经过校准才能够消除，以满足测量精度要求。按照时延、横摇、纵摇、罗经(航向)顺序进行多波束安装校准，每一个安装校准项目必须有一个以上多余测量值。具体校正方法如下：
　　3. 水下地形测量工程项目基本实施过程如下：
　　(1)准备工作，包括资料收集、设备监测和调试、测线设计、多波束校准、动吃水的测定等。
　　(2)测量过程，包括水深测量、潮汐测量、声速测量等。
　　(3)数据处理，包括多波束数据处理、水深改正、质量控制、归位计算等过程。
　　(4)质量评估，利用主检比对等方法对水下地形测量成果进行质量评估。
　　(5)图形绘制，对测点平面坐标、水深进行转换，获得图形绘制要求的坐标系系统和垂直基准下的成果，用于水下地形图绘制;根据比例尺设计图幅、进行水下地形图绘制。
　　(6)成果提交，资料整理、汇编和提交。
　　第二题
　　某地区进行沿海海岛综合开发建设，需要全面测量海岛周边海底地形。该地区海岛地理环境、海底地形和水流条件复杂，测深采用单波束回声测深仪。
　　[问题]
　　1. 在海洋测深时，测量船定位方法有哪些?
　　2. 单波束测深需要对测深仪测量的水深值进行哪些改正?
　　3. 在海洋测深工作中，定位中心与测深中心满足什么要求?
　　[参考答案]
　　1. 测量船定位方法有：天文定位、光学定位、无线电定位、卫星导航定位和水声定位等。
　　2. 单波束测深需要对测深仪测量的水深值进行吃水改正、换能器基线改正、转速改正及声速改正。
　　3. 定位中心与测深中心应尽量保持一致，对大于1:1万比例尺测图，两者水平距离最大不得超过2m，对于小于1:1万比例尺测图，两者水平距离不得超过5m，否则应将定位中心归算到测深中心。定位时间与测深必须保持同步。

第2节 2.2 海图制图
知识点一、海图总体设计[掌握]
总体设计是确定海图的基本规格、内容及表示方法的过程，主要包括以下内容：
　　(1)海图图幅设计：
　　确定海图图幅规格、图幅数量和对海图的分幅以及每一幅海图的标题、图号及图面配置;
　　海图一般根据制图区域情况采取自由分幅，陆域面积不宜大于图幅总面积的1/3;
　　图面配置一般包括标题内容和位置、各种图表、说明文字以及方位圈配置的位置等。
　　(2)确定海图的数学基础
　　确定海图比例尺、投影、坐标系统及深度、高程基准，海图一般除比例尺不同以外，其他数学基础都有明确的规定。
　　(3)构思海图内容及表示方法
　　该部分内容包括海图内容的选择、确定地理要素的制图综合原则和指标、设计和选择表示方法、确定地名的采用原则。
　　知识点二、制图资料的收集和分析[了解]
海图制图资料大致可分为图形资料、数字资料和文字资料。制图资料主要包括以下类型：
　　(1)控制测量资料，包括各类控制点的成果。
　　(2)海测资料，包括各种实测水深、海岸地形成果及障碍物探测资料等。
　　(3)成图资料，包括各种地图、海图、地图集、海图集等。
　　(4)遥感图像资料，包括航空摄影测量资料和卫星遥感资料。
　　(5)其他资料，包括各种文字、数字资料和图片资料等。
　　资料分析的重点：资料的完备性、地理适应性、现势性、精确性和复制的可能性等。
　　把被采用的资料按使用程度分为基本资料、补充资料和参考资料，确定对各种资料的使用内容、使用范围及使用方式，并确定转绘的原则、方法和精度要求，根据编图需要和设备条件进行复制。
　　知识点三、数据处理分析[熟悉]
数据处理是在制图资料分析的基础上进行，主要涉及地图投影变换、制图坐标系变换，高程基准面和深度基准面的改算以及不同数据资料的格式转换。
　　数据处理要满足要素制图精度的要求。
　　知识点四、制图内容分析[了解]
海图制图的重点在海部要素，陆地要素处于次要位置。
　　对于制图内容的编辑需要按照gb 12320—1998《中国航海图编绘规范》的要求，
　　对制图资料进行合理的综合处理，最终获取符合规范要求的新编海图。
　　关于海图内容的压缩、化简和图形关系处理的制图技术，称为制图综合。
　　制图综合的基本原则：表示主要的、典型的、本质的信息，舍去、缩小或不突出表示次要的信息。
　　制图综合的方法：主要有选取、化简、概括和移位
　　知识点五、制作流程分析[了解]
目前制作海图一般都采用计算机辅助制图，其制作流程
　　主要分为四个阶段：编辑准备阶段、数据输入阶段、数据处理阶段和图形输出阶段。
　　(1)编辑准备阶段。进行海图总体设计。
　　(2)数据输入阶段。将编图所使用的图形资料、数字资料、文字资料输入计算机的过程。
　　(3)数据处理阶段。通过对数据的加工，取得新编海图的过程，该阶段包括两个方面：
　　-数据预处理，包括投影、制图坐标系、比例尺的变换、高程基准面和深度基准面的改算、不同数据资料的数据格式转换;
　　-获取新编海图的数据处理，包括新编海图数学基础的建立、对编图数据的制图综合、图形处理、符号化以及拓扑关系的处理等。
　　(4)图形输出阶段。该阶段包括五个方面
　　-直接在计算机屏幕上显示海图;
　　-将海图数据传输给打印机，喷绘彩色海图
　　-海图数据传输到激光照排机，输出供制版印刷用的四色菲林片;
　　-传送到数字式直接制版机，制成直接上机印刷的印刷版;
　　-数字式直接印刷机可直接输出彩色海图。
　　知识点六、海图制图成果检验和归档[了解]
海图制图质量检验主要包括编辑检查、自检、三级审校和印刷成图检验。
　　其中，三级审校(“两级检查一级验收”)一般指对编绘原图和出版原图的审校，包括作业部门质检员审校、制图单位质检员检查、上级主管部门(或任务下达方)验收。
　　海图制图归档成果资料包括：①采用的各类编绘资料;②制图任务书、编图计划;③各类源数据文件、成果图和数据文件;④各级质量检验的质量报告;⑤制图过程记录;⑥其他制图资料。

　　2.2.2 案例样题
　　1. 任务概述
　　(1)任务来源。××港为新开辟对外开放的港口，需要制作一幅1:5万海图。
　　(2)制图区范围。制图区域为东经121°34′00″～东经122°09′00″，北纬40°04′45″～北纬40°23′30″，包括该港口及附近地区、航道、锚地。
　　(3)任务量与工期。任务量包括海图的设计、资料收集分析、数据处理、海图制作，工期30天。
　　(4)制图区域地理概况。该港口位于海湾的东部地区，图幅的东南部约1/4区域为港区及附近陆地，西部为进港航道入口。
　　2.目标
　　按照任务要求，编绘制作1:5万海图一幅。
　　3.指标要求
　　(1)编图依据：①gb 12320—1998《中国航海图编绘规范》;②gb 12319—1998《中国海图图式》。
　　(2)设计要求：①投影设计要求，采用墨卡托投影，基准纬线选取本图中纬，取至整分;②图幅尺寸要求，全开图，内图廓尺寸一般要求为980mm×680mm左右，最大不超过1020mm×700mm;③精度要求，绘图的精度应满足表2.2.1的要求。　　

　　(3)数据处理要求：
　　第一，制图资料投影、坐标系转换。将编图采用的不同投影的制图资料利用转换参数或控制点转换为新编图墨卡托投影，坐标系转换为2000国家大地坐标系。
　　第二，基准面的换算。编图资料中如果存在不同的高程和深度基准面，需要按照不同基准面之间的换算关系进行换算。将高程资料统一归算到1985国家高程基准，将水深资料统一归算到理论最低潮面。
　　第三，数据格式的转换。收集的数字式图资料，可能会存在多种不同的数据格式，在编图中需要将不同的数据格式转换为新编图的制图软件所能够接受的数据格式。进行制图投影、坐标系转换以及数据格式转换后的制图资料需满足制图精度的要求。
　　第四，制图要求。按照gb12320-1998《中国航海图编绘规范》的要求，对海图的各种要素进行制图综合、编绘。
　　第五，质量控制要求。按照“两级检查一级验收”标准进行质量控制。验收参照gb/t 24356—2009《测绘成果质量检查与验收》、gb 12320—1998《中国航海图编绘规范》和gb 12319—1998《中国海图图式》执行。
　　4.基础条件
　　港区附近最新的1:5万、1:1万地形图资料、航空摄影资料、水深资料、水文资料、海底底质资料、助航标志资料、码头及海岸线资料、港区的服务设施资料、港区基准面资料。
　　[问题]
　　1. 海图总体设计的主要内容是什么?
　　2. 简述海图的制作流程。
　　3. 制图区域为东经121°34′00″～东经122°09′00″，北纬40°04′45″～北纬40°23′30″，请计算海图的基准纬度。
　　[参考答案]
　　1. 总体设计是确定海图的基本规格、内容及表示方法的过程。主要包括以下内容：
　　(1)海图图幅设计。根据制图区域范围，确定海图图幅规格、图幅数量和对海图的分幅以及确定每一幅海图的标题、图号及图面配置。海图一般根据制图区域情况采取自由分幅，陆域面积不宜大于图幅总面积的1/3;海图一般设计为全张图，图幅尺寸一般为980mm×680mm左右，特殊情况下图幅尺寸可略扩大，但最大不得超过1020mm×700mm;对开图一般图幅尺寸为680mm×460mm，图幅的标题配置在图廓外时，纵图廓应比标准长度小25mm。图面配置一般包括标题内容和位置、各种图表、说明文字以及方位圈配置的位置等。
　　(2)确定海图的数学基础。主要包括海图比例尺、投影、坐标系统及深度、高程基准。海图一般除比例尺不同以外，其他数学基础都有明确的规定;航海图一般采用墨卡托投影，坐标系采用2000国家大地坐标系，深度基准采用理论最低潮面，高程基准采用1985国家高程基准。
　　(3)构思海图内容及表示方法。包括海图内容的选择，确定地理要素的制图综合原则和指标、设计和选择表示方法，确定地名的采用原则。
　　制作流程主要分为四个阶段：编辑准备阶段、数据输入阶段、数据处理阶段和图形输出阶段。
　　(1)编辑准备阶段。该阶段就是海图总体设计，确定海图的基本规格、内容及表示方法。
　　(3)数据处理阶段。通过对数据的加工，取得新编海图的过程，包括两个方面：①数据预处理，包括投影、制图坐标系、比例尺的变换、高程基准面和深度基准面的改算、不同数据资料的数据格式转换;②获取新编海图的数据处理，包括新编海图数学基础的建立、对编图数据的制图综合、图形处理、符号化以及拓扑关系的处理等。
　　(4)图形输出阶段。该阶段包括五个方面：①直接在计算机屏幕上显示海图;②喷绘彩色海图;③通过激光照排机，输出供制版印刷用的四色菲林片;④通过数字式直接制版机，制成直接上机印刷的印刷版;⑤通过数字式直接印刷机可直接输出彩色海图。
　　3. 取制图区域的中纬并四舍五入至整分，即该图的基准纬度为40°14′。

综合整理：勘测联合网 中国测绘网 测绘师频道

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