海洋測(cè)繪中激光測(cè)深的應(yīng)用與精度研究

齊曉迪

交通運(yùn)輸部北海航海保障中心天津海事測(cè)繪中心（300222）

0 前言

人類(lèi)的生存和發(fā)展與海洋存在著不可分離的關(guān)系，因此人們只有對(duì)海洋及沿岸環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)的探測(cè)和研究，才可以更好地開(kāi)發(fā)利用大海。近些年，人們對(duì)海洋地質(zhì)勘查、海洋資源開(kāi)發(fā)和航道建設(shè)研究等科學(xué)活動(dòng)都頻繁地進(jìn)行，在研究的過(guò)程中需要激光探測(cè)技術(shù)來(lái)輔助。但是傳統(tǒng)的海洋測(cè)繪手段存在較大的工作量和不便捷等缺點(diǎn)，在一些海域難以做到精準(zhǔn)探測(cè)。而激光掃描技術(shù)結(jié)合了現(xiàn)代激光技術(shù)和傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在海洋探測(cè)活動(dòng)中幫助科研人員對(duì)海洋進(jìn)行更全面的測(cè)繪。

1 海洋測(cè)繪中激光測(cè)深特點(diǎn)及其應(yīng)用價(jià)值

在海洋測(cè)繪中利用激光測(cè)深與傳統(tǒng)的船載聲學(xué)測(cè)深系統(tǒng)相比，機(jī)載激光海洋測(cè)深具有以下四大特點(diǎn)。1）激光測(cè)深在應(yīng)用過(guò)程中不受地域限制，可以在淺海區(qū)域、礁石區(qū)域、島嶼區(qū)域、深海區(qū)域等開(kāi)展測(cè)繪工作，在應(yīng)用的過(guò)程中還不受淺水區(qū)域和陸地的影響。2）激光測(cè)深在測(cè)量過(guò)程中具有測(cè)繪精度高、幾何分辨能力強(qiáng)的特點(diǎn)。這主要源于激光在測(cè)繪的過(guò)程中，可以將激光脈沖在短時(shí)間內(nèi)壓縮到很窄的寬度，然后向水中發(fā)射納秒級(jí)的脈寬波長(zhǎng)。這樣激光測(cè)繪技術(shù)在水中的測(cè)量點(diǎn)密度比傳統(tǒng)的聲吶測(cè)量點(diǎn)密度高300倍，因此激光測(cè)深具有精度高、海圖質(zhì)量高的特點(diǎn)。3）激光測(cè)深在應(yīng)用過(guò)程中，由于光的傳播速度極快，可以減少科研人員的測(cè)量時(shí)間。由于激光測(cè)深系統(tǒng)一般都是安裝在飛機(jī)上，所以在進(jìn)行海洋測(cè)繪的過(guò)程中，短時(shí)間內(nèi)便可以對(duì)大面積的海洋水域進(jìn)行深度測(cè)量。4）激光測(cè)深在應(yīng)用的過(guò)程中，還可以節(jié)省大量的測(cè)量經(jīng)費(fèi)。根據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，傳統(tǒng)的船載聲吶系統(tǒng)測(cè)量1平方海里水深平均需要花費(fèi)人民幣1.2萬(wàn)元，而激光測(cè)深系統(tǒng)在勘察同樣海里面積、水域深度的過(guò)程中只需要花費(fèi)人民幣2 400元，由此可見(jiàn)激光測(cè)深擁有傳統(tǒng)測(cè)深系統(tǒng)無(wú)法想象的性價(jià)比。

2 激光測(cè)深系統(tǒng)在我國(guó)海域的應(yīng)用情況

我國(guó)海洋局為了測(cè)量機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)的性能和對(duì)我國(guó)海域的適應(yīng)性，在2013年8月引入了ABAH公司的AHWEYE激光測(cè)深系統(tǒng)，并在我國(guó)的南海區(qū)域進(jìn)行了試驗(yàn)。

在試驗(yàn)過(guò)程中，我國(guó)科研人員發(fā)現(xiàn)瑞典AHAB公司推出的鷹眼二號(hào)深水激光測(cè)深系統(tǒng)在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，最大測(cè)量深度為50 m、測(cè)試系統(tǒng)發(fā)出的脈沖頻率可以達(dá)到35 kHz。該系統(tǒng)具有直線掃描、系統(tǒng)掃描角度為20°，該測(cè)量裝置設(shè)備總重175 kg，設(shè)備的測(cè)量精度達(dá)到了我國(guó)的一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。在測(cè)量中飛機(jī)飛行高度在300～400 m。在該試驗(yàn)中進(jìn)行了兩個(gè)航次，測(cè)量航帶共有24條，完成測(cè)量的海域和海島的面積共有100 km2。在測(cè)量過(guò)程中為了配合激光測(cè)深系統(tǒng)的測(cè)量效率，科研人員在相鄰的島上設(shè)置了GPS觀測(cè)站和潮位觀測(cè)站，最終得到了島嶼和島嶼周邊30m以內(nèi)的潛水區(qū)域1∶2 000的高精度地形圖30幅。通過(guò)此次試驗(yàn)，科研人員可以基本斷定激光測(cè)深在海域中的實(shí)際應(yīng)用效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的聲吶測(cè)深系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

在海域測(cè)量中所應(yīng)用的機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)是當(dāng)前海洋測(cè)繪中最先進(jìn)技術(shù)。未來(lái)我國(guó)機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)還具有較為廣闊的前景，所以當(dāng)前加大對(duì)激光測(cè)深系統(tǒng)的研究，可以更好地促進(jìn)我國(guó)海洋測(cè)繪的發(fā)展。