武汉大学测绘学院海洋测绘考试复习.docx

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武汉大学测绘学院海洋测绘考试复习

武汉大学测绘学院海洋测绘考试复习

海洋：

海洋是地球表面包围大陆和岛屿的广大连续的含盐水域。

海洋测绘特点：

垂直坐标和平面位置同步测定；海底控制点的距离相隔较远；动态测量；采用低频电磁波信号；测深并进行测深改正；无法进行重复观测，须同步观测。

海洋测绘任务：

为研究地球形状提供更多的数据资料。

为研究海底地质的构造运动提供必要的资料。

为海洋环境研究工作提供测绘保障。

对各种不同的海洋开发工程，提供它们所需要的海洋测量服务工作。

海洋测绘的任务:

（根据海洋测量工作的目的不同）①科学任务:

1为了研究地球形状提供更多的数据资料;2.为研究海底地质的构造运动提供必要的资料;3.为海洋环境研究工作提供测绘保障。

②实用性任务:

主要指的是对各种不同的海洋开发工程，提供它们所需要的海洋测量服务工作。

海洋测量分为：

海洋重力测量，海洋磁力测量，海水面的测定，大地控制与海底控制测量，定位、测深、海底地形勘测和制图等

海洋测绘:

是海洋测量和海图绘制的总称，是一门对海洋表面及海底的形状和性质参数进行准确的测定和描述的科学。

主要内容:

海洋大地测量、水深测量、海洋工程测量、海底地形测量、障碍物探测、水温要素钓场、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋专题测量、海区资料调查；以及各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版，海洋地理信息的分析处理及应用。

海洋地形分为:

海岸带、大陆边缘和大洋底。

海岸带:

是海陆交互的地带,是在波浪潮汐和海流等作用下形成的。

组成:

海岸、海滩及水下岸坡。

大陆边缘:

是大陆和大洋连接的边缘地带。

组成：

大陆架、大陆坡、大陆隆及海沟。

大洋底:

是大陆边缘之间的大洋全部部分。

组成：

大洋中脊，大洋盆地。

海岸:

就是陆地和海洋相互作用,相互交界的地带。

海岸线:

是近似于多面平均大潮高潮的痕迹所形成的水陆分界线。

海湾是指洋或海延伸进入大陆部分的水域。

其深度逐渐减小。

海湾中海水的性质与其相近的洋或海中水的状况相似

海洋大地测量：

研究海洋大地控制点及确定地球形状大小，研究海面形状变化的科学，其中包括与海面，海底遗迹海面附近进行精密测量和定位有关的海事活动

海洋大地控制网：

海洋大地测量控制网是陆上大地网向海域的扩展。

它是一切海洋活动中所进行海洋测绘工作的基础。

海洋大地测量控制网主要由海底控制点、海面控制点（如固定浮标）以及海岸或岛屿上的大地控制点相连而组成。

海洋大地控制网的作用：

1，大比例尺海底地形测量，尤其是大洋区域基本海图测绘的控制基础。

2，对解决大地测量中地球形状和大小的确定提供科学依据。

3，为高精度定位的海上或水下工程作业提供定位。

4，对大地构造运动，地壳升降运动以及地震、火山活动进行动态监测。

总之它是一切海洋活动中所进行海洋测绘工作的基础

海洋控制网包括:

以固定浮标为控制点的控制网,海岸控制网,岛屿控制网,岛屿-陆地控制网。

海面大地测量控制网布设:

采用的几何图形于陆地上大地网基本相同，通常采用三角形网，四边形网，中点多边形网等。

采取逐级控制的方法，按片形或锁形两种方式布设

海底控制点：

由固设与海底的中心标石和水声照准标志组成。

基本点：

与陆地大地网直接联接的海洋大地控制点。

加密点：

在基本点的基础上进一步加密设置的海洋大地控制点。

海底控制点坐标的测定的步骤：

①海底控制点的定标:

当水声声标按布设网设计方案投入海底后，要对控制点的深度，相互间距离以及方位进行测定。

1.海底控制点深度的测定;2.海底控制点间距离的测量;3.海底控制点方位的测定.

②海底控制点坐标的测定:

1.单个海底控制点坐标的测定:

a）两点交会法;b）最近路径点测定法;c）三点空间交会法;d）距离差法.2.利用GPS实现海底控制点坐标的联测。

已知控制点,确定目标须满足:

①测量船必须位于作为海底控制点的水声声标的有效位置;

②至少需要三个这样的控制点

水声声标的有效距离，即声信号的最大传播距离。

这里的有效距离，指的是有效水平距离

影响水声声标有效距离的因素

（1）声信号的发射强度和频率；

（2）声信号传播路径中噪声的掩盖作用；3）声信号传播过程中的衰减；（4）声射线的折射特性。

主动式水声照准标志：

实际上是一种水声声标，它能主动发射出强度足以保证测量船上的水声设备能在其有效作用距离内接收到该信号；或者当接收到船台发射出的询问声信号后，能转发应答声信号被船台接收。

被动式照准标志以自身表面反射来自船上水声设备所发射的声信号再被船台接收，这种水声照准标志称为。

简述海底控制网的建立思想以及数据处理流程？

海底控制点网一般建成三角网或正方形，且测量船在网中至少能同时测量三个控制点。

海底控制点坐标的测定一般分为两步进行：

一是海底控制点定标；二是海底控制点坐标的确定。

当水声声标按照布网设计方案投放到海底后，要对控制点的深度、相互间距离以及方位进行测量，这项工程称为海底控制点的定标。

海底控制点坐标的确定有单点海底控制点坐标的确定和利用GPS实现海底控制点坐标的联测。

单个海底控制点坐标的确定的方法有：

1.两点交会法2.最近路径点测定法3.三点空间交会4.距离差法

利用GPS实现海底控制点坐标联测的数据处理流程为:

1）误差方程式

（1）船位到已知点的观测法误差式2）船位到海底控制点观测距离的误差式（3）总的误差方程式2）法方程式及平差结算

水文观测：

是指在江河、湖泊、海洋的某一点或断面上观测各种水文要素，并对观测资料进行分析和整理的工作。

海洋水文要素：

海水温度，海水盐度，海水密度，海水透明度、水色，潮汐，

波束在海水中的折射特性，可通过Snell法则很好的反映。

入射角θ≠0时，波束在界面处发生折射，若经历的水柱中有N+1个不同介质层，则产生N次折射，波束的实际传播路径为一个连续折线，即声线。

Snell法则不但解释了波束在水中的传播特性，还给出了求解声线路径的算法。

解释：

由于折射结果，当声速随深度增加而增加时，声线向上弯曲并经海面反射；当声速随深度增加而减小时，声线弯向海底并经海底反射。

由于水面反射的损耗远比海底小，浅海冬季声速多呈增大分布，故冬季声能传播较夏季远得多，表层温度很高的夏季声能的传播条件最差。

海面反射：

声波由海水射向海面时，在海水与空气界面上所产生的反射，

海底反射：

声波由海水射向海底时，在海水与海底的界面上所产生的反射，

声线弯曲规律；声波在海水中传播时，会在介质常数不同的两个水层界面处产生反射、折射和某种程度的反向散射。

其中折射现象起因于海水是非均匀介质，这也是导致波束声线弯曲和传播速度发生改变的根本原因。

折射后的声线是向声速减小的方向弯曲。

声线的弯曲程度和方向与声速在垂直方向的变化相互联系，声速变化越大，弯曲越显著。

此外，声波的传播速度在温水区要比冷水区快，且向冷水区（即声速较低的水区）弯曲。

因此，若温度随深度增加，声线向海面弯曲，反之则向海底弯曲。

正常情况下，声线弯曲成圆弧状。

声波强度减弱因素：

1几何衰减：

由于海水温度、盐度、压力等分布不均匀，因此有声速梯度存在，再加上海面、海底的影响，引起声线弯曲。

2散射衰减：

声波在海水中传播时，由于海面、海底的不平整性、海水介质温度不均匀而产生散射，使部分声能离开原来的前进方向，向其它方向发射出去，使声波传播方向上能量减少，声强度减弱。

3海水对声波的吸收：

由于声波在海水介质中传播时要引起海水内部发生一些变化，如海水温度的变化，在传播过程中，相邻的海水介质要发生相对运动，有一部分声能要用来克服因海水介质相对运动而产生的摩擦力，消耗于海水中，使声强度减弱

声波传播特性：

①声波在两种介质的界面上或同一种介质性质发生变化时会发生发射和折射，且符合反射、折射定律；②由于海洋中每点的温度、盐度以及压力是不同的，因而声波在海水中的传播声速也是变化的，声波穿过不同的水层而产生折射和反射现象，且服从折射定律。

折射后的声线是向声速减小的方向弯曲。

③声波在两种介质的界面处也会发生反射。

声速确定：

凡通过测量声速在某一固定距离上传播的时间或相位（一般采用声速测量仪测量声速），从而直接计算海水声速的方法均属直接声速测量。

根据测得的温、盐度和压力数据，用特定的计算公式确定水声速的方法称为间接声速测量。

直接法：

就是利用声速剖面仪直接测定声速。

凡通过测量声速在某一固定距离上传播的时间或相位，从而直接计算该深度层海水胜诉的方法均称为直接声速测定。

有：

脉冲时间法，干涉法，相位法和脉冲循环法等。

声线跟踪：

是建立在声速剖面基础上的一种波束脚印（投射点）相对船体坐标系坐标的计算方法。

声线跟踪通常采用层追加方法，即将声速剖面内相临两个声速采样点划分为一个层，层内声速变化可假设为常值（零梯度）或常梯度。

在常梯度的声线跟踪计算过程中，声速变化函数采用Harmonic平均声速

基于层内常声速（g=0）下的声线跟踪

基于层内常梯度（g/=0）下的声线跟踪

等效声速剖面法：

分为误差修正法，等效声速剖面法；

误差修正法：

由于这种方法不是直接依赖于实际声速剖面进行声线跟踪计算，而是通过选择一个简单的声速剖面（如零梯度声速剖面）作为参考声速剖面，根据相对面积差，建立参考声速剖面与实际声速剖面间的联系，进而修正参考声速剖面的计算结果，获得最终的波束脚印位置，因此，该方法被称为误差修正法

等效声速剖面法：

由于常梯度声速剖面与实际声速剖面具有相同的积分面积，利用常梯度声速剖面计算的结果同实际声速剖面相同，因此，常梯度声速剖面被称为等效声速剖面，利用等效声速剖面确定波束脚印位置的方法简称为等效声速剖面法。

计算精度比较：

。

常梯度—声线跟踪法的假设与实际比较吻合，计算精度相对较高，实验表明其深度相对误差优于z‰；常声速—声线跟踪法在θ<60︒时，深度相对误差优于z%；误差修正法和等效声速断面法一般优于4z‰。

几种声线跟踪方法比较结果：

从对实际声速剖面的依赖性，计算精度，计算过程的复杂性，条件的苛刻性上面。

1常梯度—声线跟踪法的计算精度最高，但计算过程烦；2等效声速断面法的计算精度仅次于常梯度—声线跟踪法，但参考深度的要求相对苛刻；

3误差修正法的计算精度相对前两者稍差，但也能满足IHO的测深精度要求，且计算过程简单；4精度最差的当属常声速—声线跟踪法，其计算过程也比较复杂。

潮汐分析：

潮汐分析亦称潮汐调和分析，把任一海港的潮位变化看作是许多分潮余弦振动之和，根据最小二乘或波谱分析原理由实测数据计算出各分潮平均振幅和迟角的过程，即潮汐调和分析过程。

根据观测时间的长短，一般可将调和分析分为短期、中期和长期三类。

潮汐分析方法：

经典的潮汐调和分析有:

Darwin分析法、Doodson分析法;

现代潮汐调和分析多采用最小二乘分析法、傅立叶分析法和波谱分析法等。

根据物理学有关原理可知，任何一种周期性的运动，都可以由许多简谐振动组成。

潮汐变化是一种非常近似的周期性运动，因而也可以分解为许多固定频率的分潮波，进而求得分潮波的振幅和相位。

潮流分析：

潮流同潮汐一样，起因于月亮和太阳等引潮天体的引力，与潮汐一样，潮流也可表示为许多分潮流之和的形式。

只不过为了分析和预报的方便，一般把流速w分解为向北和向东的分量，记为北分量u和东分量v；流向记为θ。

深度基准面:

定义在当地平均海平面之下,使得瞬时海平面可以但很少低于该面,在海道测量中比较常用的基准一般采用当地深度基准面,我国目前法定的深度基准面是理论深度基准面。

常采用深度基准（起算面）:

①海图深度基准面（保守水深）;②平均深度基准面（平均水深）。

垂直基准:

陆地高程与海洋深度都需要固定的起算面，统称这些垂直坐标的参考面为垂直基准。

包括：

高程基准和水深基准。

高程基准：

高程基准就是陆地高程的起算面，它通常取为某一特定验潮站长期观测水位的平均值一长期平均海面，即定义该面的高程为零，因此有参考面的意义。

水深基准：

海洋测量中常采用深度基准面。

深度基准面是海洋测量中的深度起算面。

不同的国家