[科普中国]-沿岸测量

沿岸测量是指海底表层底质探测系统的一部分。该系统实现了水深测量和底质探测的一体化，特别在底质探测方面由人工采样判断跨越到走航式自动化判断，提高了外业工作效率，具有重要的应用价值。

概念沿岸测量是对目视定位仪器所能达到的距岸约10海里水域进行的海道测量。由于沿岸水域的水下地形较复杂，和岛屿、礁石众多且航道交错，常按1：25000～1：50000比例尺进行测量，并采用高精度回声测深仪测深，以及进行潮位观测和按实测潮位将所测水深归算至深度基准面；测深点位置用前方交会法、后方交会法及高精度无线电定位仪器测定，并据相邻实测船位的连线修正航向，以引导测量船沿预设的测深线航行。

沿岸测量技术方法的探讨在海岸带地形测量中，沿岸水深测量与海岸地形测量都是很重要的内容。水深测量的目的是测绘相应比例尺的水深图，以满足海岸工程、航海、编制专题海图的需要。在当前技术和现有装备的条件下，海岸地形测量采用航空摄影测量方法比较有效，沿岸水深测量则可采用多种方法。

海域水深测量的特点(1)测量对象(海底地貌)不能清晰看见，如何穿透海水完整获取海底地形信息、探测海区航行障碍物、确保航行安全是海道测量的主要目的。

(2)水深测量大多是在船舶航中进行，在运动状况下如何同步获取高精度的平面位置和深度数据是海道测量的重要环节。

(3)海上深度点的深度起算面为当地的理论深度基准面。各地理论深度基准面不同，至国家高程基准面的高度各异，有的相差很大。另外，水深测量实际观测到的深度是由瞬时海平面起算，必须改正到当地理论深度基准面起算的水深。因此潮汐观测与分析是水深测量的关键技术之一。

测深技术和方法当前海洋水深测量方法按测量平台所处的位置可以分为：①空中机载/星载遥感器水下地形测量；②船载声纳测深；③潜水器测量。海岸带图测量中的水深测量主要是对沿岸浅海水域的地形测量。沿岸水域海底地形比较复杂，岛屿和礁石较多，浅滩范围大，不同地段水质混浊程度不同，有些水面还有水产养殖设施分布，采用什么方法测深应根据不同测深技术的特点和海岸水域条件确定。

不同的测深方法，测量原理和特点各不相同，但均要求精确定位和对潮汐影响进行水位改正。

定位方法水深测量平台的定位原理和方法与陆地形测量基本相同，与陆地采用相同的坐标系统，不同的是，测量船、空中飞行器或潜水器的位置是在运动的，不可能像陆地采用多测回重复观测和严密平差定位。海上定位的方法主要有：光学定位，无线电定位，卫星定位，水声定位，组合定位。

这些定位方法各有其特点，水深测量仪器的运载平台不同，离岸距离远近不同，可选用不同的定位方法。当前，在海道测量中主要采用全球定位系统(GPS)的定位方法，已逐步代替了其他的定位方法。GPS定位具有全天候、速度快、精度高、性能好等优点，可以满足各种海岸带图测定平面定位的要求。因GPS定位技术成熟，并在陆地和海上测量广泛使用。

验潮和潮汐分析验潮是在测区对作周期性升降运动海面进行一定时间的观测。潮汐分析是通过对一定时间序列潮汐观测数据求取潮汐调和常数，进而推算深度基准面、平均海水面，并对深度测量提供水位改正参数。验潮站的布设和水位观测的要求，根据测深区域范围的大小和测区潮汐变化等情况确定。验潮站水位观测可以通过长期站、设立水尺的临时站或选用自动验潮仪实施。1

海底表层底质探测系统在沿岸测量中的应用研究背景传统的水深测量和底质探测由于测量方式不同(前者为走航式自动化，后者为手工操作)只能分开测量，造成重复“跑线”，因此工作效率较低。海底表层底质探测系统是国内生产的一套进行海底表层底质探测和水深测量的声纳系统，它利用声学手段对海底底质和水深同时进行走航式测量，具有自动化程度高、底质识别准确率高等特点，对于沿岸测量特别是同时进行海底表层底质探测和水深测量时优势非常明显。《海道测量规范 》规定：浅地层剖面仪探测底质时，底质测线方向应垂直于岸线，测线间隔根据需要而定；水深测量主测线方向应垂直于等深线布设。通常情况下二者方向基本重合，因此水深测量和底质探测一般可同时进行，海底表层底质探测系统符合上述工作要求。2

传统底质探测一般采用GPS系统定位，采泥器直接采取底质，人工根据样本判断底质类型，形成底质数据成果，工作效率较低；海底表层底质探测系统集底质探测和水深测量于一体，全自动化操作，走航式作业，工作效率较前者大幅提高。根据测算，在一般海区该系统能提高外业工作效率20%以上，在复杂海区能提高外业工作效率33%～50%以上。研究主要介绍了海底表层底质探测系统的工作原理、特点及在沿岸测量中的应用。

系统介绍海底表层底质探测系统由主机和换能器组成，如图1所示。辅助设备包括自检信号源和220VAC/12VDC线性电源。主机包括控制模块(主计算机、大容量硬盘、信号处理器、信号隔离版)、低频模块(25 kHz发射机和接收机)、高频模块(200 kHz发射机和接收机)、电源模块(DC-DC模块、电源板、电源开关)及显示模块(平板显示器、触摸屏)。换能器由25 kHz和200 kHz双频系统组成，采用一体化设计。

该系统底质探测工作过程与双频测深仪基本一致，其底质识别原理是在一个发射周期内根据双频回波信号的能量、能量分布、反射系数以及各自精确测深参数等，自动分析提取出反映底质特征的参量，再和系统本身存有的底质类型参数相比较，得出相应底质类型，并将这些数据打包，一个周期接一个周期循环往复，从而完成连续走航式海底表层底质探测。

系统在沿岸测量中的应用（1）使用要求

每次出测前特别是长时间没有使用该系统时对25 kHz和200 kHz换能器的绝缘阻抗以及电容值的测量非常重要，因为底质测量对信号要求比较高，换能器探头4个指标任何一个达不到规定数值，就可能对底质测量数据精度造成较大影响。

海底表层底质探测系统在单独测深时，测深最大量程为500 m(25 kHz为必选通道)，双频测深时，(复选200 kHz)最大量程为200 m，如果同时进行底质探测和水深测量，因为对信号的特殊要求，最大量程为100 m。该系统采用了与传统双频测深仪相同频率的换能器，因此可以直接使用其船底原先安装的换能器。该系统在换能器接线方面充分考虑了此类情况。使用专用接线盒。使这两种换能器接线时互不影响。

内业处理中，底质数据按国标要求，底质测线间隔可以随水深间隔，也可根据实际需要采用，定位点间距为图上2～2.5 cm。由于系统软件导出的底质文本文件提供定位点间距输出功能比较简单，建议外业操作人员在进行需要有底质探测时，尽量采用测完一条测线后手工停止再测下一条线。

（2）神经网络参数的训练

在一般海域，系统因为本身存有前期训练的神经网络参数和分类规则，所以底质识别整个过程实时自动完成，用户无须干预，在陌生海域，神经网络参数的训练有助于提高底质识别的准确率，其工作原理就是将工作海区内已知的底质类型(就泥、沙两种底质类型)海区的测量数据，提供给系统，系统基于这些数据对识别参数进行校准。神经网络参数的训练可以提高系统的底质识别准确率，但不是底质测量的必要环节。若用户不能准确把握海底底质而修改神经网络参数可能会适得其反，因此用户如果无法确定其海底底质可以不需要进行训练，而是采用系统本身自带的神经网络参数。3

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学