[科普中国]-海底地形测量

基本概念

海洋测绘的类型之一。是以测量海底起伏为主的测绘工作。海底地形测量通常由安装在船上的回声测深仪和侧扫声纳同时测定水深和水下地物大小和位置，也可采用多波束回声测深系统、海底摄影测量、机载激光测深和海洋遥感测深等方法。根据距海岸的远近，各测点的定位可采用光学定位、无线电定位、水声定位、卫星定位和组合定位等方法.在利用潜水船进行海底地形测量时，可采用惯性定位或利用海底控制点定位.其中以多波束回声测深系统与组合卫星定位系统相配合，由计算机实时处理绘出海底三维图形的方法发展最快.海底地形图在坐标系统、基准点、分幅、比例尺等方面应统一规定，并与同地区的陆地地形图相一致，以利于海、陆图的衔接使用。

海底地形的复杂性
地球上广阔连续的水域称为海洋，约占地球表面的70%。然而，与陆地相比，海洋是陌生而神秘的。192年，德国“流星号”用回声测深仪系统测量南大西洋海底地形，一改前人对海底地形十分单调的认识，得出了海底地形起伏不亚于陆地的结论。简单来讲，海底和陆地一样是起伏不平的，有高山、深谷、也有广阔的平原和盆地。海底的靠近大陆、并作为大陆和大洋盆地之间过度地带的区域称为大陆边缘。在构造上大陆边缘是大陆的组成部分。大陆边缘主要包括大陆架、大陆坡和大陆隆三个地貌类型。真正的大洋盆地中，除深海平原外，还有大洋中脊、大洋隆起等地貌类型。
进一步的研究发现整个海底地形地貌具体可以分为四级，一级是大陆边缘、大洋盆地等，二级有大陆架、大陆坡、大陆隆、深海盆地、多山带等，三级有深海平原、深海丘陵、海槽和断层崖等，四级地貌有古河道、水下三角洲、陡崖等。正是海底地形地貌的复杂性，为海底地形辅助导航技术的发展提供了必要条件。

内容与方法内容测量海底起伏形态的工作。是陆地地形测量在海洋上的延伸。其内容包括获取海底地貌形态信息，探测海底沉积物的分层结构，收集露出水面、悬浮水中或固定于底土的植物等，为编制海底地形图提供基本资料。

测绘海底地形图一般采用统一的测量基准点、坐标格网和投影。海底地形图的分幅、编号、比例尺方案也有统一规定，并常常与同地区的陆地地形图取得一致，以利海、陆地形图的衔接使用。海底地形图的比例尺视各海域的重要性而定，一般为1：25000～1：250000成套出版。海底地貌用等深线或负等高线来表示。

方法海底地形测量的方法有：水面船只测量，测量船沿预定测深线所进行的测量作业；潜艇或潜水器测量，使用测量仪器靠近海底，探测海底详细的局部资料。潜水器备有摄像机，用水下立体摄影测量方法进行海底地形测量；水下仪器测量，即由潜水员或水下机器人携带水下经纬仪、水下摄影机等在海底进行地形测量;空中遥感测量，适用于水深浅于20米的沿岸海区的海底地形测量。

海底地形测量的定位，可用岸上目标、无线电双曲线定位系统和卫星定位系统定位的方法，也可用海底控制点（见海洋大地测量）来定位。测深则多采用回声测深仪，也可采用侧扫声呐（见扫海测量）或多波束测深系统。此外，还可用辅助船增测平行断面。辅助船对于主船的位置用电磁波测距仪测定。这样，主船和辅助船形成一个多声束的综合回声测深系统，以测取海底的一个宽带。现在已开始用海底摄影测量、海洋遥感测深和机载激光测深等方法测量海底地形，但目前只限于浅海。深度较大时，可从潜艇用超声波断面测量海底碎部，潜艇的位置则由海面的测量船或海底控制点来测定。

设备——侧扫声呐用海洋声学方法探测海底地形地貌及水下物体的设备。又称地貌仪。设备安装在船上或拖曳体中，船在航行时以一定倾角向两侧发射水平开角很窄和垂直开角很宽的扇形声脉冲波束。声波接触海底后产生回波，回波信号的强弱与地形有关。接收换能器接收回波信号。放电或热敏记录纸上的灰度随回波信号强度而变，随着船舶在待测海域航行用声脉冲波束扫描海底并记录，就构成海底地貌声图。经识别可分辨出海底表层结构、礁石、沉船、沙丘等。侧扫声呐就其探测能力而言，又分为中、近、远程三类。中程侧扫声呐作用距离约2×(500～1 000) m范围；近程侧扫声呐作用距离约2×(50～100) m范围；远程侧扫声呐作用距离约20～30km。最具有代表性的侧扫声呐是英国海洋科学研究所研制的GLORIA远程侧扫声呐，作用距离达22km，分辨力可达数十米，每天可完成2000k海域测量。国内目前已研制成作用距离数百米的侧扫声呐。

海底数字地形图的制作
目前应用较广泛的地形图多采用数字地形高程模型，即使用地形的高程特征建立的数字模型。存储在计算机或载体中的数字地图就是通过对地形高程离散采样并量化后得到的，其采样间隔距离叫做格网距离。
海底数字地形图的制作要比陆地数字地形图困难得多，比较常用的方法是多波束测量方法，效率较高，精度也可以满足要求。另外由于海底地形没有陆地地形变化快，排除出现类似海底地震的特殊情况，海底地形一般会保持数百年不变，所以对海底地形的测量是一项“一劳永逸”的工作。
得到海底地形的原始数据以后还必须进行后期数据处理，才可以用于地形辅助导航，目前的方法是将原始地形栅格化，每一个格网记录下对应地形的“代表高程”，通常“代表高程”取为格网的平均高程，即数字高程模型的建立。格网距离的大小与所需定位精度和存储量有关，一般格网距离可取50~1000m，同时格网取为正方形。1