海島（礁）航海保障測量技術(shù)簡析

奉定平，邢攸姿，黃東武，劉 東（.北海航海保障中心 天津海事測繪中心，天津 300；.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300）

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海島（礁）航海保障測量技術(shù)簡析

奉定平1，邢攸姿1，黃東武1，劉 東2
（1.北海航海保障中心 天津海事測繪中心，天津 300222；2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

開展海島（礁）航海保障測繪，既是完善我國海洋測繪基礎數(shù)據(jù)，適應航海保障測繪數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化和現(xiàn)代化發(fā)展需要，也是航海保障職責之所在，有助于保障船舶航行安全，促進海洋經(jīng)濟發(fā)展，服務國家海洋戰(zhàn)略。本文通過論述實施海島（礁）的技術(shù)，分析不同環(huán)境條件下如何開展海島（礁）測量，為實際作業(yè)提供參考和借鑒，力爭促進海島（礁）測量不斷發(fā)展。

航海保障；海島（礁）；水深測量；激光測深；攝影測量

引　言

我國大陸海岸線漫長，約1.8萬km，島嶼海岸線約1.4萬km。北起丹東鴨綠江口，南至廣西東興市南部的北侖河口，廣闊的海面上散布著眾多島嶼（礁）。隨著我國海洋強國戰(zhàn)略的實施和海洋經(jīng)濟的不斷發(fā)展，海島（礁）逐漸顯現(xiàn)出其重要的經(jīng)濟價值和戰(zhàn)略價值，開展海島（礁）航海保障測繪，既是完善我國海洋測繪基礎數(shù)據(jù)，適應航海保障測繪數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化和現(xiàn)代化發(fā)展的需要，同時也是航海保障職責之所在。通過開展海島（礁）測量，及時發(fā)布水深、潮流、水文等航海保障信息，能更好地為維護國家海洋權(quán)益、促進海洋經(jīng)濟發(fā)展、實施國家海洋戰(zhàn)略、保障船舶航運安全、開發(fā)利用海洋資源、保護海島（礁）生態(tài)環(huán)境等提供全方位測繪基礎數(shù)據(jù)。

1　海島（礁）測量基本要求

20世紀50年代起至今，我國海事測繪部門一直進行著沿岸海島（礁）測量工作。除水深測量外，大陸及海島的陸地部分由海岸線向陸地測進，海岸線以下測至半潮線，與水深測量相拼接。今天的海島（礁）測量比例尺大、測量要素多、測量精度高，無論海島（礁）大小、離陸域遠近，原則上一般采用國家統(tǒng)一的坐標及高程基準（1985國家高程基準和CGCS2000坐標系），但亦應根據(jù)實際情況遵照相關規(guī)定、技術(shù)標準以及保密要求確定坐標系統(tǒng)、投影方式、中央子午線、地形圖分幅以及測圖比例尺。為解決基準的統(tǒng)一，就必須要解決平面和高程基準的的傳遞問題（主要包括傳遞方法和傳遞技術(shù)等）。

采用的國家基準：坐標系統(tǒng)通常采用“CGCS2000坐標系”（即2000國家大地坐標系）；采用“1985國家高程基準”作為海島（礁）測量的高程基準。深度基準采用理論最低潮面，從當?shù)囟嗄昶骄Ｃ嫫鹚恪?/p>

測圖比例尺：應根據(jù)任務需要以及海島（礁）的形狀、大小、周圍地形水深等特點確定測圖比例尺，一般采用1：1 000～1：10 000等4種比例尺。

投影與分帶：一般采用高斯一克呂格投影作為海島礁測量的投影方式。根據(jù)測量范圍大小、位置以及投影變形情況確定坐標分帶，可采用1.5°帶投影或3°帶投影。

分幅原則：海島（礁）測量分幅原則上一般按照島嶼來進行分幅（一島一幅），也可根據(jù)海島（礁）周邊水深及地形的變化情況，在能滿足使用者基本需求的狀況下，測圖分幅應以滿足航海圖編繪需求為基本原則進行分幅。

2　海島（礁）測量技術(shù)

2.1平面基準傳遞

在海島（礁）測量過程中應充分搜集沿海島嶼（礁）所屬省份在沿岸及島嶼上布設的高等級GPS控制點（GPS B、C級點為宜），在此基礎上進行GPS加密控制網(wǎng)測量，以滿足海島嶼（礁）地形及水深測量的要求，已知控制點的檢核、加密GPS控制網(wǎng)的外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理應嚴格遵照《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》GB/T 18314執(zhí)行。

2.2高程基準傳遞

幾何水準測量是陸地高程傳遞中最普遍的高程測量方法，同時也是目前海島（礁）高程傳遞中使用最多、精度最高的一種高程傳遞測量方法。利用幾何水準測量的方法，按照現(xiàn)有國家水準測量規(guī)范的要求，通過建設觀測樁、多測回觀測等方式在一定距離內(nèi)可以實現(xiàn)從陸地基準點到海島礁水準點的高程傳遞，該方法是目前海島礁高程基準傳遞中最直接和最可靠的方法。

對于與鄰近的沿岸長期驗潮站具有相同或相近的潮汐性質(zhì)的海島礁，普遍采用同步水位觀測法進行由陸地到海島（礁）的高程傳遞。同步水位觀測法是利用長期驗潮站和短期驗潮站的同步水位觀測數(shù)據(jù)（在相關規(guī)范中對于同步水位觀測周期有明文規(guī)定）計算短期平均海平面，并根據(jù)長期驗潮站的多年平均海平面資料加以修正，從而得到短期驗潮站的多年平均海平面。該方法目前在海洋測繪高程傳遞中應用較為成熟和廣泛，是海島（礁）測量中高程傳遞的一個普遍使用的測量方法。

GPS定位測量以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，在大地測量、工程測量、航空攝影測量等領域得到了充分的應用。近些年隨著對GPS高程測量越來越深入的探討和研究，GPS高程測量的精度在不斷提高，應用領域不斷擴展。在海島（礁）高程基準傳遞中，通過GPS靜態(tài)觀測等方式可以獲取精度可觀的GPS大地高，進而通過重力測量或大地水準面精化模型可以將大地高換算為正常高，從而實現(xiàn)跨海高程的傳遞，解決水準測量中距離過大無法觀測的問題。

在近距離跨海高程傳遞中（一般小于10 km）使用三角高程傳遞也能達到較高的精度效果，而在更遠距離的跨海高程傳遞中由于大氣折光等多種因素影響，使得結(jié)果精度無法保證。基于似大地水準面的高程傳遞原理是利用陸地和海洋重力異常數(shù)據(jù)，通過物理大地測量原理，計算陸地與所傳遞海島（礁）一致的高精度整體重力似大地水準面數(shù)值模型，然后利用計算區(qū)域內(nèi)的已知高程點，通過測量已知高程的GPS大地高和待測海島（礁）點的GPS大地高，完成海島（礁）的高程傳遞。

2.3海島（礁）及周邊基礎數(shù)據(jù)獲取

海島（礁）測量的主要內(nèi)容包括島礁地形及鄰近海域水深測量等。海島（礁）周圍的干出灘的傳統(tǒng)測量方法有全站儀極坐標法、平板儀測圖法等，目前主要采用全站儀和GPS RTK方式進行測量。海島（礁）周圍海岸線以下的灘涂測量，可采用斷面測量、GPS RTK測量、GPS+激光測距定位或GPS+近景攝影測量等方法。GPS RTK以及全站儀測量具有測量精度高、要素判繪準確的優(yōu)點，但實地測量受天氣和海況的影響比較大，海島（礁）人工測量作業(yè)危險系數(shù)高。航空攝影測量能很好的解決海岸線附近地形測量難度大的問題，尤其在灘涂和陡峭的岸崖測量上優(yōu)勢更加明顯，作業(yè)效率高、覆蓋范圍廣，能有效地解決常規(guī)海岸地形測量難的問題。GPS+激光測距定位技術(shù)是將衛(wèi)星定位和激光測距技術(shù)進行組合，測站選擇靈活、測站間無通視要求、儀器不需要置平，可以利用小船從海上對海島目標進行定位。GPS+近景攝影測量技術(shù)是將衛(wèi)星定位與近景攝影測量技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)移動狀態(tài)下的海島地形測量，具有高程相對精度高、地形信息精細等特點，特別適合海島灘涂、小島、群礁、干出灘的高效地形測量。LIDAR技術(shù)在三維空間信息的實時獲取方面取得了重大突破，具有自動化程度高、受天氣影響小、數(shù)據(jù)生產(chǎn)周期短、測量精度高、實現(xiàn)無地面控制測圖、無水準測量等特點，有傳統(tǒng)攝影測量和地面常規(guī)測量技術(shù)無法取代的優(yōu)越性，目前還未廣泛使用。

近海水深測量一般采用單/多波束測深，但沿岸淺水域有時還需要測深桿或者水坨等工具量測，目前也有采用無人艇進行測深，有利保障了測量人員的人身安全。根據(jù)測圖比例尺定位精度要求選擇適合的水深測量定位設備，定位設備主要分為星站差分GPS設備、無線電指向標信標差分GPS設備、GPS RTK實時動態(tài)載波相位差分設備、GPS PPK動態(tài)后處理技術(shù)等。水深測量通常采用 GPS RTK三維水深測量（作用距離有限，而且需知道高程基準面間關系）、GPS+近景攝影測量和淺水多波束測深組合測量（對于近岸或暗礁附近極淺區(qū)域，或測量船無法靠近的其它區(qū)域應用難度大）、GPS+激光掃描和淺水多波束測深組合測量（對陡峭海岸、坡度很小的淤泥質(zhì)海灘和沙灘的地形測量十分有利）、無人駕駛船用于島礁水深測量以及機載激光測深等。目前由于機載激光測深設備價格昂貴，有效測量深度和測深精度有待考察，尚未推廣使用，而且與海島（礁）周邊水域海水的渾濁度影響很大，測深范圍有限。

3　海島（礁）航海保障測量

根據(jù)目前海洋測繪采用的技術(shù)手段及裝備水平，結(jié)合當前提供的產(chǎn)品信息服務內(nèi)容，航海保障海島（礁）測量通常包含常規(guī)單波束、多波束海島（礁）周邊水域水深測量、暗礁探測、GPS RTK或全站儀開展海島（礁）岸線測量或地形修測、近距離海島（礁）高程基準傳遞及深度基準面確定以及深度基準與高程基準轉(zhuǎn)換、海島（礁）精確定位、海島（礁）地圖及海島（礁）專題圖集編制等。同時在積極開展低空無人機海島（礁）航攝測量、GPS+激光測距定位和GPS+近景信息采集、無人艇測深、船載多傳感器水上水下無縫地形測量、GPS RTK三維水深測量、深水測量等技術(shù)手段應用研究。在不久將來，將實現(xiàn)多元化、多手段、高效前覆蓋的海島（礁）航海保障測量，為服務國家海洋發(fā)展戰(zhàn)略、服務船舶航行安全、服務區(qū)域經(jīng)濟建設提高優(yōu)質(zhì)全方位的基礎地理信息。

4　結(jié)　語

十三五期間，航海保障部門將全力推行“全域測繪”發(fā)展戰(zhàn)略。海島（礁）航海保障測量是海事測繪的一項重要工作內(nèi)容，是實現(xiàn)航海保障從淺藍走向深藍，從港口走向海洋的重要機遇。海島（礁）測量也是實現(xiàn)海上“高速公路”的重要組成部分，海島（礁）測量有著極為廣泛的研究與應用空間，完善海島（礁）測量有助于助推我國海洋強國戰(zhàn)略的實施。隨著國家海洋經(jīng)濟發(fā)展，海島（礁）測量日益受到海事、港航等部門的關注，海島（礁）測繪既是滿足航海保障事業(yè)發(fā)展的需要，也是海事測繪自身發(fā)展的需要。海洋測繪技術(shù)的不斷更新，將更好促進海島（礁）測量技術(shù)的快速發(fā)展。

［1］張華，唐俊，宋國大，等.海島礁測量中精密單點定位優(yōu)化解算方案研究［J］.海洋測繪，2014，34（4）：13-16.

［2］任來平，范龍，李凱峰，等.海島礁磁偏角測量原理與方法［J］.海洋測繪，2013.

［3］茅克勤.海島礁測量技術(shù)應用探討［J］.科技創(chuàng)新導報，2015.

［4］李凱鋒，歐陽永忠，陸秀平，等.基于PPP技術(shù)的海島礁平面控制測量應用實踐［J］.武漢大學學報：信息科學版，2015，40（3）.

［5］武威，趙淑芬，魏彩虹.遠距離海島礁高程基準統(tǒng)一方法研究［J］.海洋測繪，2014，34（1）：12-15.

Analysis of Surveying Techniques to Guarantee Navigation near Island and Reef

Feng Dingping1，Xing Youzi1，Huang Dongwu1，Liu Dong2
（1.Tianjin Maritime Affairs Mapping Centre，Navigation Guarantee Centre of North China Sea，Tianjin 300222，China； 2.CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

To carry out navigation guarantee surveying of Island and reef will reinforce the basic data base of China ocean mapping，meet the requirements for the digitization，information mode，networking and modernization of navigation guarantee surveying.In addition，the above work will be done out of the navigation guarantee duty，which guarantees the navigation safety，promotes marine economy and serve China national ocean strategy.The discussion and analysis are made for the application of surveying techniques to guarantee navigation near island and reef under different environmental conditions，which will provide references for the operation and promote the development of island and reef surveying.

navigation guarantee； island and reef； water depth measurement； laser sounding； photographic surveying

P229

A

1004-9592（2016）04-0098-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160424

2016-04-22

奉定平（1968-），男，高級工程師，主要從事海洋測繪工作。