海岛礁测绘技术国家测绘地理信息局重点实验室文档格式.docx

1、CHAMP是利用高低卫星跟踪卫星方式探测重力场，GRACE是以低低卫星跟踪卫星方式为主探测重力场，GOCE是以卫星重力梯度方式为主探测地球重力场，它们提供了大量对地观测数据，包括海洋重力资料。美国推出了最新的地球重力场模型EGM2008，丹麦利用最新观测数据推出了DNSC08GRA模型和DTU10。海平面转变是在全世界变暖、构造运动和人类活动等阻碍下的结果。利用卫星监测开阔深海的海平面转变已经抵达了很高的精度，如利用TOPEX/Poseidon卫星监测的结果为每一年2.6mm。由于近海测高数据质量下降，近海潮汐模型精度也有待于改善，卫星测高给出的海平面转变精度较差。而验潮站位于岸边，受到严峻的

2、近岸海洋动力学和海底地形的阻碍，具有显著的区域性特点，其代表性较差。因此，要集成重力、验潮、测高、水准、GNSS和温盐、水文、冰川和大气等多源数据，才能更好的研究海平面转变。“十一五”年以来，我国执行国家908专项和927工程，对我国海域和海岛礁进行了海洋调查和测绘，搜集了大量数据，这也为本研究提供了数据源。在浙江舟山群岛海域进行了海岛礁测绘技术集成和示范应用，对GNSS、重力、无人表面船、无人机等多技术进行了测试，取得了初步结果。（二）海底探测我国海洋广袤，海洋资源丰硕，当前我国重点进展海洋经济，国务院已批鲁浙粤海洋经济进展试点方案，而海底声学反演和分类为海底资源调查（油气、天然气水合物、多

3、金属结核、富钴结壳、硫化物等）、海洋工程应用（跨海大桥、航道、光缆路由等）、海洋渔业研究（渔业养殖、捕捞、治理）、海洋环境爱惜、海洋军事应用（潜艇、舰船航行安全）、海洋科学研究（动力地貌学、构造地貌学等）等等方面提供基础数据和重要依据。由于海底范围广袤，依托水下摄影、拖网、抓斗取样等方式取得大面积的海底底质和地层结构散布情形，效率极低，借助声学调查手腕实现海底参数反演和自动分类是目前国际上最为有效的方式。利用声学遥测技术实现海底底质和地层结构分类，一直是军民研究的热点之一。重磁震等地球物理勘探功效的联合反演是解决复杂地质问题所用的综合地球物理说明方式，是目前可信的定量的综合地球物理说明技术，是

4、联合应用多种地球物理信息，通过反演地质体的岩石物性和几何参数来求得同一个地下地质和地球物理模型的技术。自上世纪80年代以来，地球物理场联合反演技术已经取得了长足进展，进展了两两地球物理参数之间互为约束的反演技术及更高精度的联合反演计算方式。随着重磁三维技术的进展，现已进展到三维基础上的联合反演综合研究，要紧有约束外推法、异样剥离法、顺序修正法和统一修正法等三维联合反演方式。这些方式关于地震资料信噪比低的山前带、盐下构造带、火山岩发育区、深层岩体的研究都具有重要作用，在高成熟区和复杂区和油气预测与油田开发中都具有专门好的应用前景，是尔后反演方式研究的一个重要方向，也将是重、磁向目标勘探领域进展的

5、一个重要方向。国内外研究者在海底探测与声学反演做了大量的工作，采纳的设备要紧有单波束探测仪、侧扫声呐、多波束声呐和浅地层剖面仪。国内外研究者依据Lambert、CMST、Jackson、Kirchoff等模型或法则，从数字信号处置、数字图像处置、数学分析、信息论等多种手腕动身，取得了许多统计特点，其中研究最多、利用最普遍的是：海底衰减系数、海底反射系数、海底回波数据的能量函数和海底反向散射强度。通过主成份分析，提取要紧特点，以神经网络或统计分类实现声学海底底质或地层结构分类。声学反演的关键在于寻觅海底回波信号中最能反映海底底质或结构类型信息的特点参量，由于海洋环境及海底交互的复杂性，仍有许多科

6、学问题未解决，未达到完全有效的境界。第一，声学散射模型远未达到完善。目前存在的声学散射模型或仅针对具体几种沉积物，或仅针对特定的海域，或仅针对单一的设备，针对典型声学设备在不同海域、不同海洋环境、不同底质、不同入射角的散射模型还需进一步验证和完善。第二，各类声学探测设备也存在必然的工作缺点。关于单波束探测仪或浅地层剖面仪，要紧提取反射系数、能量函数、时频分析等分类特点，由于只能取得船只正下方的区域信息，当用于大面积海域底质或结构分类时，存在工作强度大、效率低的缺点，且由于其波束宽，造成其测量精度低、分辨率低，专门在深水环境，分类结果不太靠得住；关于多波束声呐或侧扫声呐，要紧提取均值、分位数、标

7、准差、频谱、直方图、纹理、斜入射反向散射强度与入射角的关系等分类特点。多波束系统除能够取得近垂直入射的声波外，还能够取得多角度散射信号，信息量大，但难以取得较深地层的信息。由于设备的限制，正下方回波信息不靠得住，很难归一化。基于声呐图像的纹理特点不适用于低频声呐。在我国，海底声学特性的研究比较薄弱，在海底参数的数据搜集和分类理论模型的成立等方面与国外的差距仍然专门大。由于实验设备、实验方式等限制，国内对海底沉积物声学分类技术的研究多数仅限于基础方面，或是针对特定的海域，或是针对特定的沉积物类型，或仅针对一至二种设备，有效性不太高。由于海底环境的复杂性，基于单一声学设备或技术进行参数反演和分类很

8、难达到理想成效。（三）GNSS在海岛（礁）测绘中的应用关于海洋三维大地测量基准的成立，可采纳高精度的静态GNSS定位技术将已建成的陆地三维定位基准扩展到沿海地域及海岛，形成能知足各类海洋定位要求的基准体系；另外，利用GNSS定位技术，成立海区CORS网，通过接收卫星信号和差分更正信息实现空间动态定位基准的传递和对误差的操纵，以确保海洋测绘产品的一致性和可拼接性。再者，利用GNSS成立与海洋邻国大地坐标系及国际地球参考框架（ITRF）之间的基准传递坐标转换关系，从而实现地图图件之间、不同投影系统之间的转换关系。关于沿海岸线或沿海陆路区域，通常采纳基于GNSS实时动态作业模式的RTK技术和基于CO

9、RS的RTK技术；较远的海区则较多采纳GNSS接收机与其他设备联合定位。在信息搜集方面，随着遥感信息的搜集和进展，GPS辅助与信息搜集的测量平台也由单一船载向与机载、星载相结合转化。本世纪80年代，随着国外卫星遥感信息的引人，我国利用遥感方式确信海洋几何要素的工作开始起步，并慢慢引向深人。海军海洋测绘研究所前后利用TM多光谱资料和SPOT资料在岛礁定位、岸滩监测、岸线确信、浅海测深、海图修测等方面做了大量的工作。武汉测绘科技大学利用卫星遥感手腕提取了南极中山站周围冰面的高程信息，绘制成冰面地形图。GPS在水下地形测绘的应用，主若是利用GPS接收机与水声仪器组合，进行定位和水深测量，再利用电子记

10、录手簿及利用运算机和画图仪组成水下地形测量自动化系统，测绘水深图、断面图和水下地形模型等。（四）遥感在海岛（礁）测绘中的应用通过卫星遥感技术监测了地中海希腊克里特岛生态系统的环境转变（重点监测了日趋加重的放牧业对克里特岛两个山区生态系统产生的阻碍）。提出了基于遥感的浅海水下地形反演的一个简单模型，使星载SAR水下地形的定量探测迈出了重要的一步。Vogezlnag等人所开发的基于ERS一1/2SAR资料的“水深测量系统（BAS）”，他们利用这套系统在北海进行了浅海水下地形的反演，其结果达到了惊人的30cm的误差。美国国际开发署资助的东部非洲坦桑尼亚/肯尼亚海岸带土地利用与土地覆被转变及对近海海洋

11、生态系统的阻碍的课题，利用美国陆地卫星和航天飞机获取的三维地形数据及全世界定位系统辅助的地面考察，对东部非洲海岸带 19902000 年的土地利用与土地覆被转变进行了制图及定量分析，从而使遥感与地理信息技术在无现存数据地域的应用进行了有成效的探讨。KevinWhite等利用Landsat卫星的图像对尼罗河三角洲河口地域的海岸线转变进行了对照，实现了对海岸线的动态监测。Lodhi等通过实验指出利用归一化植被指数（NDVI）能够减少海岸边悬浮泥沙的阻碍。淤泥质海岸在海水浑浊的地址近红外波段的反射率是比较高的，而在红光波段关于完全暴露的淤泥质海岸反射率是低的，可是关于混浊海水的反射率比较高，通过这两

12、个波段对不同物质的反射率的区别把单纯的淤泥质海岸与浑浊海水分开。Joo- HyungRyu等依照这一原理，对韩国Gomso湾淤泥质海岸利用不同波段的TM图像进行波段运算，去除海水中悬浮泥沙对海岸线解译的阻碍。Jong-Sen Lee最先指出了SAR图像提取水边线的障碍在于噪声和强烈的暴风与海浪的反射信号所产生的干扰，他提出的斑点滑腻算法和Mason与Davenport提出的半自动算法都能有效的去除SAR图像中的噪声。MareusSehwabiseh等提出了利用干与测量法（interferometry）对SAR图像进行校正，并在此基础上做出了对水边线进行精准提取的算法。那个算法的要紧思路是在图像

13、上检测到较大的干与值梯度的位置，从而使图像上显示出持续的陆地和与之不持续的水体之间的边界。我国学者利用遥感技术对海岛生态、近海水深反演、海岸带土地利用、岸线提取等方面也进行了探讨。中国复旦大学赵斌等人应用三套陆地卫星LANDSET TM 和 ETM 遥感数据集对中国崇明岛东海岸 1990-2000 年这 10 年内生态系统服务功能价值转变的分析，给出了研究区域生态系统服务功能价值的品级评判，得出了该区域生态系统服务功能下降了 62的结论。黄韦良和傅斌等认真研究了浅海水下地形的SAR成像机理，并通过模拟仿真计算了浅海水下地形在不同雷达参数、不同海况条件下及不同地形条件下的成像，得出了SAR水下地

14、形成像的最佳雷达参数（波段、极化和入射角）、最佳海况条件（风速风向、流速流向）和最佳地形条件（坡度、坡向和水深）。中国科学院等相关单位依托遥感与地理信息系统技术，开展了全国范围内的资源与环境遥感动态监测，海岸带土地利用/覆盖转变研究是其中一项重要的研究内容，成功地利用遥感与地理信息系统技术建成了我国 20 世纪 80 年代末期至 90 年代末期的土地利用动态信息系统，并依照海岸带土地覆盖与土地利用的分类系统，利用 Landsat ETM 和部份中巴资源卫星影像，第一次完成了全国 1:10 万海岸带土地利用与滩涂空间转变遥感调查，建成了全国海岸带滩涂数据库系统，揭露了土地利用转变的时空规律，分析

15、了这些规律的要紧政策、经济和自然形成缘故。（五）地理信息系统在海岛（礁）测绘中的应用地理信息系统在海岛（礁）测绘中的应用要紧体此刻测绘功效数据治理、海岛（礁）测绘功效表达和多维动态GIS 在海平面转变中的应用几个方面。随着国内海岛（礁）调查工程的展开，国内相关的科研单位开展了一系列针对海岛（礁）测绘数据治理方面的研究工作。海岛信息涉及大量空间数据，而商业性数据库软件对空间数据的支持又不够，GIS能够实现空间数据在数据库中的有效存储与治理。ArcGIS提供的ArcSDE是目前利用最普遍、性能最稳固的GIS空间数据引擎之一， 在海量空间数据治理、栅格目录治理、面向对象数据模型等方面居领先地位。目前

16、在建的海岛数据治理系统多数基于ArcGIS平台实现空间数据建库、查询与阅读。山东省海岛数据库包括了基础地理库、元数据库、海岛业务库和海岛专题库。基础地理库由必然比例尺（如1：250 000，1：50 000，1：10 000等）沿海及其周围海域地形图和海岛地形图，包括行政区划、道路、水系、建筑物、绿地、轨道交通和铁路、等高线、水深线等地理要素。部份重点区域叠加遥感影像图；专题数据库包括植被、土地利用、土壤、地质和地貌与第四纪5类专题图；海岛业务库包括海岛地形、地质、地貌与第四纪、水文气象、生物生态、沉积、化学、灾害、气候、资源环境、社会经济等数据。在海洋公益性行业科研专项支持下，国家海洋局第一

17、海洋研究所针对海岛信息的特点,结合成立海岛治理信息系统的需求,利用ArcGIS Server技术,基于B/S和C/S的混合架构来构建海岛信息治理系统，并以辽宁省海岛为例研发了该系统,实现了海岛的集中统一治理和高效、灵活的数据查询统计和信息共享,提高了海岛治理的信息化、高效化和科学化。该系统海岛地理空间数据库的元数据是由大体信息、质量信息、继承信息、空问表示信息、空间参照系信息、实体和属性信息、发行信息、参考信息等组成的。依照内部系统保护和外部用户需求别离成立内部和外部元数据，设计不同的元数据内容。内部元数据兼有系统数据字典的作用，其内容在外部元数据的基础上，还增加数据字段描述、专题地图描述、图

18、层风格描述等面向系统治理的内容。为了保证元数据的统一性和减少数据冗余，在元数据项的概念中增加类别概念，以便内部和外部元数据共享相同的数据内容。中国沿岸海平面转变预测模型已经趋于完善,但其单调枯燥的表现结果, 往往使治理者望而止步,限制了其推行应用。目前，国内外基于GIS构建各类海洋灾害监测、分析、预警系统, 并取得了一系列较成功的案例。主若是对海平面上升速度的预测和海平面上升带来损失进行评判和分析, 如运用地面沉降与绝对海面转变叠加法和潮位记录法, 预测以后30a, 50a 和100a 江苏沿海海平面将别离上升0.3 m, 0.53 m 和1.37 m。在此基础上, 对不同海平面上升量引发的风

19、暴潮灾害、海岸侵蚀、潮滩盐沼损失、涵闸破坏、洪涝灾害加重和海堤工程受损等方面的灾害效应进行了定量分析。在多维动态模拟方面，上官伟等对三维虚拟海洋环境进行了研究。在研究中三维虚拟海洋环境包括海洋自然环境（ 海底地形地貌, 地表文化特点）、气候环境（ 雨, 雾, 雪等） 和实体模型等。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统, 在一个散布交互式仿真系统中仿真真实世界复杂流体的物理特性。还有VISAD系统, 专门用于处置多维数据和图像可视化。VISAD用于气象处置有较好的成效, 一样也是对多维数据的处置, 并进行可视化的显示, 模拟其转变的进程。国内的西北工业大学航海工程学院应用Vi

20、sualC+ + 和OPENGL 实现了虚拟海洋环境, 能够较为传神的模拟海洋环境, 有简单的鱼群, 海洋植物和海流的声音。目前，国家海洋局海洋信息中心利用球体三维可视化建设的，完成海岛系统整体结构设计，包括数据库结构设计，海岛系统框架设计。选定北京国遥新天地信息技术有限公司自主研发具有自主知识产权的三维平台作为原型系统进行二次开发。二、国内外进展状况比较与国际海洋测绘理论与技术相较，我国在海洋测绘基准、海洋测深、海洋遥感和海洋GIS等方面的理论方面已经达到或接近国际水平。可是在技术自主研发方面仍是有必然差距。国内主若是新技术应用和技术集成方面做了较多的工作，可是在高技术硬件装备和信息化基础设

21、施、自主创新核心技术、国际标准等方面，还有不小的差距。三、进展趋势高精度的海洋测绘需求要求成立周密的海洋测绘垂直框架，即需要利用GNSS观测数据，确信基准面中浅水更正和长周期潮更正的合理性，提供一个靠得住的垂直基准。目前我国海洋平面操纵网的操纵范围尚未覆盖全数领海，海岛高程传递的精度还不是太高，海洋测量基础设施将在21世纪全面更新和升级。海洋测量基础理论和应用研究方面还有许多规律等咱们去揭露。目前许多国家的测量船上都配备了相应的运算机,具体的调查仪器有带状测量深海的多波束测深仪、用于海底地壳构造调查的多频声波探测仪、探测海底的深海侧扫声呐、用于浅海调查的机载激光测深仪等,而且还设置了将海底地壳

22、转变与GPS相结合的调查系统。以上这些仪器都涉及大量的数据,且数据接近实时,这都有助于海洋调查部门的信息化。信息化海洋测绘的构思及存在的问题短波雷达测得的观测值、航标浮标测得的观测值,和水声成像的观测值以后都有可能直接用于电子海图中,如此,电子海图就不单单是运用于船舶航运上,它还会有更普遍的用途。比如将水声成像和航标浮标观测值与GPS相关联,若能成立日常观测水流、水温体系,那么其数据可用于渔业活动、海上工程、避免海洋污染,海上度假等方面。基础设施的构建是电信工作者的工作,而扩充内容则是信息提供者的任务。为了能在因特网上直接向用户提供信息,必需将内容全数数字化。即将过去的以“纸”提供的海图等航海

23、图书进行数字化及数据库化。电子航海图已经进入有历时期,面向小型船舶PC用电子海图（PEC）也投入利用。这些数字信息的输出通常都是在显示器上显示,而即便是以后,最终输出印刷到纸上也仍是其重要的手腕之一。若是数字化完成以后,能够直接按需向所有媒介输出,信息提供方能够大大削减在库治理本钱。而购买数字化数据的用户如若需要高精度、大型的印刷产品,能够拿到最近的印刷厂,印刷成任意大小的纸质产品。数字化的优势之一是信息更新加倍便利。若是能实现双向或自动的信息更新,用户就能够不断取得最新信息。若是能实现只更新变更点,那么就能够够减少通信量,能够保留已有的信息便于再次利用。尽力使潮汐、水温、盐度等海洋观测数据的

24、数字化与观测仪器输出产品数字化同时进行,而且将过去的纸质产品也加以数字化,要做到实时发布速报性的信息。在海岛礁测绘方面，可充分采纳多平台、多种传感器联合作业，充分发挥航空航天摄影、合成孔径雷达、激光雷达、无人机等先进技术的优势，采纳新的数据处置手腕及流程，实现天地一体化、内外业一体化的快速测图新模式。目前海岸带地域的动态监测要紧针对Landsat、MODIS等中低分辨率或高光谱遥感图像，研究要紧集中在分类和信息提取技术方面，而面向高分辨率遥感图像的转变检测研究较少。高分辨率图像在描述海岸带区域地物转变的细节方面具有专门好的性能，更能表达人造地物的空间结构转变信息，但高分辨率图像数据自身也使转变

25、检测变得相当困难。传统的转变检测技术并非能应付高分辨率图像中地物内部“同谱异物，同物异谱”的现象、丰硕的纹理和复杂的细节等问题，而且在高分辨率图像分析中常常需要结合地物模型和规则进行推理，因此实施进程具有更大的难度和复杂度。目前的转变检测技术要紧仍是停留在像素级的数据引导上，缺乏知识引导的特点级转变检测方式。传统转变检测方式实施的前提条件是地物的时相转变能引发图像上像素值的明显转变，大多以图像的灰度信息为主，没有充分利用检测对象的结构信息。由于图像灰度对地物的表达有必然的不确信性，而且对视角和场景环境都很灵敏，因此使得转变检测结果显现伪转变，乃至难以实施。海岸带区域场景复杂需要集成多源的辅助信

26、息，不同的辅助信息能够是DEM、专题地图或拓扑关系等。这些辅助数据为复杂场景提供了有价值的信息，它们是对遥感影像数据的有利补充。可是转变检测方式中仅仅只有1/3的方式能从这些辅助新信息中受益，或通过一些微小的修改能从辅助信息中受益。从总的情形来看, GIS 从静态、二维向动态、多维进展已是必然趋势。原先静态的空间数据愈来愈向动态多维的空间数据转化, 加上海洋转变大, 海洋数据量大, 如何解决海洋海量数据的计算分析已是此刻面临的重要问题。由于海洋数据时空转变频繁, 二维、静止的表达方式已无法知足需要, 因此必需用多维、动态的技术来表达海洋数据的特色, 并通过剖面显示、二维动态模拟和三维场景虚拟环

27、境来表达时空立体的海洋数据。二维动态播放技术不仅实现了动态模拟数据的时刻序列转变, 而且关于浮标轨迹的模拟和面状海水温度等物理量的时刻序列转变模拟也具有较好的显示结果。这种三维场景显示适合于表达海底地形和水体三维空间上的转变, 因为利用虚拟GIS 技术来进行图层操纵、光照设置、纹理贴片、导入模型等操作, 可构建传神的海底三维场景, 而漫游、飞行、实时查询技术的应用还可利用户有身临其境的感觉。四、展望与建议增强海洋测绘基础研究，专门是海洋测绘基准统一和转换理论和方式，实现我国陆海平面和高程基准的一致、我国高程基准和深度基准的一致、我国平面和垂直基准与世界上平面和垂直基准的一致。目前，海洋测绘顶用

28、到的GNSS系统中更多是GPS定位系统，以后的GNSS将是GPS、GLONASS、GALILEO、COMPASS等多星座共存的世界，充分利用COMPASS系统，发挥我国卫星的有利资源，发挥多星座共容的有利资源，实现高精度的海洋测绘。在海洋测深方面，不仅要增强声学探测有关理论和应用基础研究，而且加大力度开发相关技术和方式，加大有关技术和方式的国产化和自主知识产权。同时，快要海应用不断扩展至深海。不仅为海洋工程建设提供基础海洋地理信息，而且为海底构造探测和资源开发利用提供基础数据。在遥感应用方面，不仅要提高遥感影像的分辨率，提取高精度、高分辨率的海岛礁地形数据和岸线资料，提高远海海岛礁定位精度，同时也增强海岸带的相关应用研究。海洋GIS不仅实现海量海洋测绘数据的高效治理、分析和处置，而且要加大决策支持系统的开发，为海岛礁治理和开发提供决策支持和建议。