[科普中國(guó)]-海底地形測(cè)量

基本概念

海洋測(cè)繪的類(lèi)型之一。是以測(cè)量海底起伏為主的測(cè)繪工作。海底地形測(cè)量通常由安裝在船上的回聲測(cè)深儀和側(cè)掃聲納同時(shí)測(cè)定水深和水下地物大小和位置，也可采用多波束回聲測(cè)深系統(tǒng)、海底攝影測(cè)量、機(jī)載激光測(cè)深和海洋遙感測(cè)深等方法。根據(jù)距海岸的遠(yuǎn)近，各測(cè)點(diǎn)的定位可采用光學(xué)定位、無(wú)線(xiàn)電定位、水聲定位、衛(wèi)星定位和組合定位等方法.在利用潛水船進(jìn)行海底地形測(cè)量時(shí)，可采用慣性定位或利用海底控制點(diǎn)定位.其中以多波束回聲測(cè)深系統(tǒng)與組合衛(wèi)星定位系統(tǒng)相配合，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理繪出海底三維圖形的方法發(fā)展最快.海底地形圖在坐標(biāo)系統(tǒng)、基準(zhǔn)點(diǎn)、分幅、比例尺等方面應(yīng)統(tǒng)一規(guī)定，并與同地區(qū)的陸地地形圖相一致，以利于海、陸圖的銜接使用。

海底地形的復(fù)雜性
地球上廣闊連續(xù)的水域稱(chēng)為海洋，約占地球表面的70%。然而，與陸地相比，海洋是陌生而神秘的。192年，德國(guó)“流星號(hào)”用回聲測(cè)深儀系統(tǒng)測(cè)量南大西洋海底地形，一改前人對(duì)海底地形十分單調(diào)的認(rèn)識(shí)，得出了海底地形起伏不亞于陸地的結(jié)論。簡(jiǎn)單來(lái)講，海底和陸地一樣是起伏不平的，有高山、深谷、也有廣闊的平原和盆地。海底的靠近大陸、并作為大陸和大洋盆地之間過(guò)度地帶的區(qū)域稱(chēng)為大陸邊緣。在構(gòu)造上大陸邊緣是大陸的組成部分。大陸邊緣主要包括大陸架、大陸坡和大陸隆三個(gè)地貌類(lèi)型。真正的大洋盆地中，除深海平原外，還有大洋中脊、大洋隆起等地貌類(lèi)型。
進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)整個(gè)海底地形地貌具體可以分為四級(jí)，一級(jí)是大陸邊緣、大洋盆地等，二級(jí)有大陸架、大陸坡、大陸隆、深海盆地、多山帶等，三級(jí)有深海平原、深海丘陵、海槽和斷層崖等，四級(jí)地貌有古河道、水下三角洲、陡崖等。正是海底地形地貌的復(fù)雜性，為海底地形輔助導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展提供了必要條件。

內(nèi)容與方法內(nèi)容測(cè)量海底起伏形態(tài)的工作。是陸地地形測(cè)量在海洋上的延伸。其內(nèi)容包括獲取海底地貌形態(tài)信息，探測(cè)海底沉積物的分層結(jié)構(gòu)，收集露出水面、懸浮水中或固定于底土的植物等，為編制海底地形圖提供基本資料。

測(cè)繪海底地形圖一般采用統(tǒng)一的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)、坐標(biāo)格網(wǎng)和投影。海底地形圖的分幅、編號(hào)、比例尺方案也有統(tǒng)一規(guī)定，并常常與同地區(qū)的陸地地形圖取得一致，以利海、陸地形圖的銜接使用。海底地形圖的比例尺視各海域的重要性而定，一般為1：25000～1：250000成套出版。海底地貌用等深線(xiàn)或負(fù)等高線(xiàn)來(lái)表示。

方法海底地形測(cè)量的方法有：水面船只測(cè)量，測(cè)量船沿預(yù)定測(cè)深線(xiàn)所進(jìn)行的測(cè)量作業(yè)；潛艇或潛水器測(cè)量，使用測(cè)量?jī)x器靠近海底，探測(cè)海底詳細(xì)的局部資料。潛水器備有攝像機(jī)，用水下立體攝影測(cè)量方法進(jìn)行海底地形測(cè)量；水下儀器測(cè)量，即由潛水員或水下機(jī)器人攜帶水下經(jīng)緯儀、水下攝影機(jī)等在海底進(jìn)行地形測(cè)量;空中遙感測(cè)量，適用于水深淺于20米的沿岸海區(qū)的海底地形測(cè)量。

海底地形測(cè)量的定位，可用岸上目標(biāo)、無(wú)線(xiàn)電雙曲線(xiàn)定位系統(tǒng)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位的方法，也可用海底控制點(diǎn)（見(jiàn)海洋大地測(cè)量）來(lái)定位。測(cè)深則多采用回聲測(cè)深儀，也可采用側(cè)掃聲吶（見(jiàn)掃海測(cè)量）或多波束測(cè)深系統(tǒng)。此外，還可用輔助船增測(cè)平行斷面。輔助船對(duì)于主船的位置用電磁波測(cè)距儀測(cè)定。這樣，主船和輔助船形成一個(gè)多聲束的綜合回聲測(cè)深系統(tǒng)，以測(cè)取海底的一個(gè)寬帶。現(xiàn)在已開(kāi)始用海底攝影測(cè)量、海洋遙感測(cè)深和機(jī)載激光測(cè)深等方法測(cè)量海底地形，但目前只限于淺海。深度較大時(shí)，可從潛艇用超聲波斷面測(cè)量海底碎部，潛艇的位置則由海面的測(cè)量船或海底控制點(diǎn)來(lái)測(cè)定。

設(shè)備——側(cè)掃聲吶用海洋聲學(xué)方法探測(cè)海底地形地貌及水下物體的設(shè)備。又稱(chēng)地貌儀。設(shè)備安裝在船上或拖曳體中，船在航行時(shí)以一定傾角向兩側(cè)發(fā)射水平開(kāi)角很窄和垂直開(kāi)角很寬的扇形聲脈沖波束。聲波接觸海底后產(chǎn)生回波，回波信號(hào)的強(qiáng)弱與地形有關(guān)。接收換能器接收回波信號(hào)。放電或熱敏記錄紙上的灰度隨回波信號(hào)強(qiáng)度而變，隨著船舶在待測(cè)海域航行用聲脈沖波束掃描海底并記錄，就構(gòu)成海底地貌聲圖。經(jīng)識(shí)別可分辨出海底表層結(jié)構(gòu)、礁石、沉船、沙丘等。側(cè)掃聲吶就其探測(cè)能力而言，又分為中、近、遠(yuǎn)程三類(lèi)。中程側(cè)掃聲吶作用距離約2×(500～1 000) m范圍；近程側(cè)掃聲吶作用距離約2×(50～100) m范圍；遠(yuǎn)程側(cè)掃聲吶作用距離約20～30km。最具有代表性的側(cè)掃聲吶是英國(guó)海洋科學(xué)研究所研制的GLORIA遠(yuǎn)程側(cè)掃聲吶，作用距離達(dá)22km，分辨力可達(dá)數(shù)十米，每天可完成2000k海域測(cè)量。國(guó)內(nèi)目前已研制成作用距離數(shù)百米的側(cè)掃聲吶。

海底數(shù)字地形圖的制作
目前應(yīng)用較廣泛的地形圖多采用數(shù)字地形高程模型，即使用地形的高程特征建立的數(shù)字模型。存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)或載體中的數(shù)字地圖就是通過(guò)對(duì)地形高程離散采樣并量化后得到的，其采樣間隔距離叫做格網(wǎng)距離。
海底數(shù)字地形圖的制作要比陸地?cái)?shù)字地形圖困難得多，比較常用的方法是多波束測(cè)量方法，效率較高，精度也可以滿(mǎn)足要求。另外由于海底地形沒(méi)有陸地地形變化快，排除出現(xiàn)類(lèi)似海底地震的特殊情況，海底地形一般會(huì)保持?jǐn)?shù)百年不變，所以對(duì)海底地形的測(cè)量是一項(xiàng)“一勞永逸”的工作。
得到海底地形的原始數(shù)據(jù)以后還必須進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理，才可以用于地形輔助導(dǎo)航，目前的方法是將原始地形柵格化，每一個(gè)格網(wǎng)記錄下對(duì)應(yīng)地形的“代表高程”，通?！按砀叱獭比楦窬W(wǎng)的平均高程，即數(shù)字高程模型的建立。格網(wǎng)距離的大小與所需定位精度和存儲(chǔ)量有關(guān)，一般格網(wǎng)距離可取50~1000m，同時(shí)格網(wǎng)取為正方形。1