[科普中国]-近海测量

基本概念

近海测量是对距岸10～100海里的水域所进行的海道测量。由于近海水域开阔、海底平坦，常按1：10万～1：50万比例尺进行测量；因在此海域内难以观测到陆地上的目标，故需用精密无线电定位仪器定位；用高精度回声测深仪测深，并将其归算至深度基准面。

海道测量海道测量是确保航行安全和海洋发展的基础性、前期性工作。国际海道测量组织（IHO）定义的 “海道测量（Hydrography）”概念为：海道测量是测量和描述海洋、海、近海区域、湖泊和河流中的物理要素并预测这些要素随时间变化的应用科学的分支，海道测量主要服务于航行安全，并为所有海洋活动，包括经济开发、安全和国防、科学研究以及环境保护提供支持。《海道测量学概论》对海道测量定义中指出海道测量是对相关区域进行探测、数据获取的适用性服务工作，服务于水域交通，经济发展与军事活动；同时为地球形状、海底构造和空间信息研究提供基础性信息。

任何国家海洋权益的实现都需要海道测量这一基础性工作提供相关数据。海道测量管理机构通过采集相关数据，发布相关信息，在海上防卫、海洋划界、航运发展、资源开发、海岸带管理、环境保护等权益维护方面发挥着至关重要的作用。海道测量管理工作也是一个国家海洋开发与利用所需的必要条件。

设备测深仪测量水域或基岩深度的仪器。测量海洋、河流、航道等水深度的专门仪器有回声探测器、静力深度计、测深铅鱼、机械测深锤等。测量基岩深度的仪器有应用电阻率测深以及用交变电磁场进行电法测深的大地电磁测深法、频率电磁测深法等所使用的仪器，如大地电磁测深仪等。

定位仪由一个不定向的发射台，及一个具有灵敏测向定位天线的接收器所组成的定位仪器。利用各发射单位如岸台、船只、无线电示标和其他物标等所发射的无线电信号测取方位。如果知道发射天线和物标所在位置，就能测得它的方位线。

近海视频测量近海测量是海洋观测的重要内容，传统的沿海水文监测技术和手段包括声、光、电、磁等传感器和测量仪器，并且随着现代科技的发展，监测传感器和仪器也在不断改进和更新，从而推动着对近海研究的不断发展。

这些测量设备，有时会成本很高，有时在布放时，受海况等影响，要而对安装现场的重重困难，而且，这类设备通常是单点测量型的，在测量的空间覆盖范围和分辨率方而也存在不足。

与此相比，采用视频传感器，一个或几个摄像机安装在不同地方，观测近海几公里范围内的实时状况，通过有线或无线、直接传输或联网方式，采集现场视频图像，再运用图像处理和信息分析，可以获取近海环境过程和特征参数。

视频监测技术具有成本低、适应性强、空间覆盖而，空间分辨率高，测量参数多等优势，可及时对近海的海滩、岸线、潮汐、波浪、海流等进行动态监视，随时了解现场情况，因此，成为了近海现场观测的新方法。近年来近海视频监测发展迅速，应用领域逐渐扩大，视频实时监测系统建设，对近海实时测量、科学研究、海滩安全等具有重要作用。

系统构成近海视频监测系统由现场视频测站、公用或专用通讯网和数据中心三部分组成。

现场视频测站

现场视频测站部分由摄像机（包括摄像头、变焦镜头、云台、云台控制器等）、视频采集器、现场计算机等组成。

根据测站具体需要，可以安装一个或几个摄像机，多个摄像机分别以不同分辨率对应在不同区域，观测近海几公里范围内的实时状况，云台可以由远程中心服务器控制调节。

视频采集信号可以是一帧静止图像，也可以是时间连续的序列图像。

视频采集器系统将采集到的实时视频信号以JPEG、MPEG的方式进行压缩处理，然后进行打包处理，通过有线或无线、直接传输或联网方式，向中心服务器发送。

现场计算机对摄像机、采集现场视频图像、云台控制器、远程视频传输实现实时监控方案管理。
公用或专用通讯网

视频传输可以通过电话线、无线数传电台、GPRS CDMA、ISDN、VSAT卫星线路等通讯方式实现，在各种网络中可能采用不同的连接方式，有时在同一网中可能存在几种不同的传输方式。

为了保证视频文件的稳定传输就必须有足够的网络带宽，不同的视频压缩文件对网络带宽的要求各不相同，在不同的传输方式中采用H. 263 /M PEG- 1 /2 /4等格式，能够保证视频数据流的稳定持续传输。

中心服务器系统

数据中心部分由中心服务器(视频编解码、监控、数据库服务器工终端等组成。

中心服务器负责接收各监测点传输过来的视频信息，可以对图像数据进行显示、存储、检索、回放、备份、恢复等管理，并完成图像的处理、分析等；同时也可以通过计算机远程遥控云台以及摄像头的变焦，可任意控制和观察某一摄像头采集的实时动态图象场景，远程调节摄像头的焦距、光圈、景深，控制云台全方位单步微调或连续快调。

中心服务器还负责用户登录管理在网络中的每一台计算机，只要安装了客户端的软件或通过IE浏览器，并被赋予不同级别的用户权限，就能在授权范围内进行操作。

测量算法
近海视频测量研究的图像类型主要有以下三类：
单帧图像：这是最简单的图像形式，由抓拍快照获得，是海边某个特定区域的瞬间静态图像，能够提供近岸海滩的一般特性，但是由于不含时间信息，对于提取定量分析的信息，还嫌不足。
记时曝光图像：这是最有用的图像形式，由在10mini时间段里每秒1帧的速率采集的600幅单帧图像经过“平均”处理产生，从中可以获得许多的定量信息。
方差图像：在产生记时曝光图像的同时，一种叫做方差图像的图像类型也产生出来这是由在10mini时间段里每秒1帧的速率采集的600幅单帧图像经过“方差”处理产生，图像变化内容以亮度显示在图像中，从中可以识别随时间改变的信息。
近海视频测量研究的主要视频测量算法内容是首先进行视频图像坐标转换，然后依据地理位置坐标实现图像融合，再运用数宇图像处理算法完成图像矫正。

优点近海视频监测技术不同于使用传统的现场仪器设备采集海洋参数的方法，从而克服了现场仪器通常单点测量、参数少、布放困难、甚至有时成本很高的缺点。

近海视频监测研究具有技术通用性，可以实现高效的近海多参数实时测量，及时对近海的潮汐、波浪、海流、岸线、海滩等进行动态监视，随时了解现场情况视频监测具有高效、直接、成本低的优点，在近海观测中成为一项重要技术，是具有实用性的技术成果，有广阔的应用前景。1