海洋与海洋测绘.ppt
2023/10/31,1,现代海洋测绘技术海洋与海洋测绘,主讲人：赵玉新 教授 电话：0451-82589406 Email:,2023/10/31,2,本节提纲,你为什么选这门课？,2023/10/31,3,课程背景与意义,从事涉海科研工作的基础。*船舶领域相关科研离不开对海洋的了解。海洋、海防教育。海洋事业的发展对人才的需求：包括海事局、海洋局、海军海洋测绘单位以及海洋工程单位都对掌握该领域知识的人才有强烈需求。,2023/10/31,4,本节提纲,你印象中的海洋什么样？,2023/10/31,5,海洋概述,概念：海洋是地球表面包围大陆和岛屿的广大连续的含盐水域，是由作为海洋主体的海水水体、溶解和悬浮其中的物质、生活于其中的海洋生物、邻近海面上空的大气、围绕海洋周缘的海岸和海底等部分组成的统一体。但通常人们所称的海洋，仅是指作为海洋主体的广大连续水体。海洋的中心部分称为“洋”，边缘部分称为“海”。,海洋面积、体积和平均深度,2023/10/31,6,洋：亦称大洋，平均深度3000米以上，约占海洋面积89%。海：深度一般2000-3000米，有的只有数十米。附属于四大洋的海共有49个。陆间海，如地中海内陆海，如渤海边缘海，如黄海，东海等海湾：是指洋或海延伸进入大陆部分的水域。海峡：是指海洋中相邻海区之间宽度较窄的水道。海岸、海岸带、海岸线：海岸，是陆地与海洋相互作用、相互交界的地带。海岸带是海陆交互的地带，1520 m深。海岸线是把海洋和陆地分开的界限。全世界海岸线总长度约为439100 km。,海洋细分的概念,2023/10/31,7,海洋蕴含的资源:,海洋概述,海洋能：据估计，世界海洋中的潮汐、波浪、温差、海流、盐差能的蕴藏量约1.48 x 1011 kW。海洋矿产资源：除了水、石油、天然气和锰结核之外，海底还蕴藏着相当数量的铁砂、磷矿、锡砂和硫磺等矿产资源。海洋生物资源：海洋中有大量的鱼类和海藻类植物可供人类食用，世界渔业每年可提供2 x 109 t以上的鱼产品。海洋军事资源 海洋是现代战争的主要战场之一。,2023/10/31,8,世界海洋新格局:,海洋概述,内海：内海亦称内水，指领海基线以内的水域。国家对其享有完全的排他性主权。领海：为沿海国的主权及于其陆地领土及其内水以外邻接的一带海域，在群岛国情形下则及于群岛水域以外邻接的一带海域，称为“领海”。目前各国已宣布的领海宽度有3、4、6、12、15、20、24、50、70、100、150和200n mile。领海是沿海国领土的组成部分。国家对领海的主权及于其上空、海床和底土。,1982年11月，联合国海洋法公约在牙买加蒙得哥湾签字生效。,2023/10/31,9,世界海洋新格局:,海洋概述,毗邻区：为一种毗连国家领海并在领海外一定宽度的、供沿海国行使关于海关、财政、卫生和移民等方面管制权的一个特定区域。大陆专属经济区 为领海以外并邻接领海，介于领海与公海之间，具有特定法律制度的国家管辖水域。该区域内，沿海国家具有勘探和开发、养护和管理自然资源的主权权利，以及一些特定事项的管理权；其他国家则享有航行、飞越、铺设海底电缆和管道等自由。专属经济区的宽度从领海基线量起，不应超过200 n mile。,2023/10/31,10,世界海洋新格局:,海洋概述,大陆架：为一种毗连国家领海并在领海外一定宽度的、供沿海国行使关于海关、财政、卫生和移民等方面管制权的一个特定区域。大陆专属经济区 指沿海国陆地向海的自然延伸部分，又称陆架、陆棚、大陆棚。国际海洋法中，大陆架定义为沿海国的大陆架包括其领海以外依其陆地领土的全部自然延伸，扩展到大陆边外缘的海底区域的海床和底土，或者从测算领海宽度的基线量起到大陆边缘外缘的距离不到200 n mile,则扩展到200 n mile的距离。沿海国对大陆架海域，具有为勘探大陆架和开发其自然资源的目的，对大陆架行使主权权利以及其他特定事项的管辖权；上述权利是专属性的。,2023/10/31,11,世界海洋新格局:,海洋概述,公海：指沿海国内水、领海、专属经济区和群岛国的群岛水域以外不受任何国家主权管辖和支配的全部海域。公海对所有国家开放。国际海底区域 指国家管辖海域范围以外的海底、洋底及其底土。联合国海洋法公约称其为“区域”。国际海底区域一半指水探在20006000 m或更深的海底，这样的区域占大洋总面积60%以上。那里蕴藏着丰富的矿物资源，如锰结核和金属软泥。国际海底管理局是代表全人类组织和控制“区域”内活动的国际性组织。,2023/10/31,12,中国近海概况:,海洋概述,长达18000多公里的海岸线渤海、黄海、东海和南海，它们都是西北太平洋的陆缘海。由它们组成一个略呈向东南凸出的弧形水域，这一海域东西横越经度32，南北跨纬度44，总面积达470多万平方公里。属于我国领海和内水的海域面积有35万多平方公里根据国际海洋法规定，能够划归我国的专属经济区和大陆架的面积，也应有几百万平方公里，这些都是我国的海洋国土。,2023/10/31,13,本节提纲,海洋测绘讲什么？,海洋测绘的概念、主要研究内容 海洋测绘与其他学科的关系 海洋测绘的知识体系,2023/10/31,14,海洋测绘,概念:海洋测绘是海洋测量和海图绘制的总称。从广义的角度来讲，海洋测绘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。其任务是对海洋及其邻近陆地和江河湖泊进行测量和调查，获取海洋基础地理信息，编制各种海图和航海资料，为航海、国防建设、海洋开发和海洋研究服务。,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、水文要素调查、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋专题测量和海区资料调查；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。,2023/10/31,15,海洋测绘,主要特点:,海洋测量工作环境,2023/10/31,16,海洋测绘,主要特点:,测量方法不同：在陆地上所测定点的三维坐标（平面坐标x,y和垂直坐标z即高程）是分别用不同的方法，不同的仪器设备分别测定的，但在海洋测量中垂直坐标（即船体之下的深度）是和船体的平面位置同步测定的。控制点设置不同：在海洋测量中测量的作用距离远比陆地上测量的作用距离长得多，一般在陆地中测量的作用距离为530 km，最大的也不超过50 km。但海上测量的作用距离一般为50500 km，最长的达1000km以上。,2023/10/31,17,海洋测绘,主要特点:,测站点不同：海上测站点是在不断地运动过程中测定的，因此测量工作往往采取连续观测的工作方式，并随时要将这些观测结果换算成点位。海上测站点处其观测精度也不如陆上的观测精度高。测量信号不同：在陆地测量中一般必须使用低频电磁波信号，且其传播速度不能简单地作匀速处理；而在海水中，则应采用声波作信号源，这时声速受到海水温度、盐度和深度的影响。,2023/10/31,18,海洋测绘,主要特点:,高度测量不同：陆地上测定的是高程，即某点高出大地水准面多少，而在海上测定的是海底某点低于大地水准面多少。重复观测方式不同：陆地上的观测点往往通过多次重复测量，得到一组观测值，经平差后可得到该组观测值的最或然值。但在海上，测量工作必须在不断运动着的海面上进行，因此就某点而言，无法进行重复观测。为了提高海洋测量的精度，往往在一条船上，采用不同的仪器系统，或同一仪器系统的多台仪器进行测量，从而产生多余观测，进行平差后提高精度。另外，整个海洋测量工作是在动态的情况下进行的，所以必须把观测的时间当作另一维坐标来考虑，或者用同步观测的办法把它消去。,2023/10/31,19,海洋测绘,海洋测量的精度要求：,相对精度（也可称实测精度），它是一种内部符合精度，指的是同一个点进行复原的可能程度。绝对精度（也可称点位精度）指的是外部精度，其定义为确定的点相对于某一参考点或某一坐标系的可靠性。卡尔林纳(Rinner,K.）根据穆雷德（Mourad）和富巴雷德（Fubarad,M.）1975年在委内瑞拉举行的第一次海洋测绘专业会议提出海洋测绘精度要求。,2023/10/31,20,（一）观探测装备的发展现状和趋势,海洋测绘,2023/10/31,21,（一）观探测装备的发展现状和趋势,观探测装备在空间结构上分为天基、空基、岸基、船基和海基五个层次的空间立体结构。每一个空间层次均有多种监测手段。,（1）天基装备发展现状,美国诺阿系列气象卫星、EOS系列地球观测卫星、海洋水色系列卫星、欧盟静止气象卫星、ENVISAT地球观测卫星、日本葵花系列静止气象卫星和印度静止气象卫星等。,1)卫星资源,2)观测信息,以气象信息为主，主要包括气象卫星云图等。还包括卫星测高资料、水色、透明度等水文信息；水深、岛礁等地理信息，还可以探测潜艇尾迹等军事信息。,海洋测绘,2023/10/31,22,高度计、散射计、辐射计、合成孔径雷达,2023/10/31,23,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（2）空基装备发展现状,平台可使用飞艇、P-3C等大型侦察机，目前主要以无人机为主。任务载荷主要包括合成孔径雷达、多通道扫描仪、GNSS-R微波遥感器。探测信息包括海面风场、海浪要素、海面温度、海洋水色参数、海冰监测、海洋中尺度现象（如内波）、垂直能见度参数、云顶高度、分布、云特征、云厚度、有效粒子半径等。还可以进行战略目标位置和分布、海上舰船、水下潜艇目标的探测和侦察。,1)航空遥感综合监测系统,海洋测绘,2023/10/31,24,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（2）空基装备发展现状,临近空间是指距地面20100公里的空域。临近空间飞行器是指只在或能在近空间作长期、持续飞行的飞行器，具备高空、高速、高效的特点和远距离快速突防探测能力，可兼顾航天、航空优势,同时不受国家空间法约束。任务载荷主要为合成孔径雷达。探测信息包括海浪要素、海洋内波参数、海洋中尺度现象参数。还可以进行战略目标位置和分布、海上舰船、水下潜艇目标的探测和侦察。,2)临近空间海洋环境遥感监测,海洋测绘,2023/10/31,25,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（3）岸基装备发展现状,中程高频地波雷达系统主要用于区域表层海流和海浪的实况监测，也可用于海面风场的实时监测。目前，国外研制生产地波雷达的主要厂家，有加拿大雷声公司、英国GEC.马可尼公司、美国CODAR Ocean Sensors公司、德国WERA公司等。美国CODAR Ocean Sensors公司 1999年推出的Long-Range SeaSonde产品属于中程地波雷达，配备占地面积小的单天线，其海面流场监测能力可满足要求，但波浪和海面风监测距离有明显限制。加拿大雷声公司与加拿大国防部合作开发研制的SWR-503高频地波雷达系统能对200海里专属经济区的海面和低空目标进行持续的、全天候和实时监测，其缺点为天线阵占地面积大，工程难度大。英国GEC马可尼公司研制的Overseer“监督员”高频地面波雷达系统可以提供海洋学信息，可以测量覆盖区的表面流和风的活动。,1)中程地波雷达观测系统,海洋测绘,2023/10/31,26,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（3）岸基装备发展现状,1)中程地波雷达观测系统,左图为SWR-503 的高频地面波雷达系统，右图为发射/接收天线阵,海洋测绘,2023/10/31,27,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（3）岸基装备发展现状,多普勒天气雷达利用云、降水对电磁波的后向散射探测海上大气中的天气现象，是分析中小尺度天气系统，警戒强对流危险天气，部队临近预报的强有力的工具。主要探测能力如下：对200km范围内大范围降水进行定量测量；对严重威胁飞行安全的暴雨、龙卷、台风、阵风锋、冰雹、下击暴流和中尺度气旋等危险天气进行有效监测和和预警；提供大气波导诊断信息的能力。可反演出大气波导的顶界、厚度、强度等传播参数的估值。,2)多普勒天气雷达,目前，国外研制生产地波雷达的主要厂家，有加拿大雷声公司、英国GEC.马可尼公司、美国CODAR Ocean Sensors公司、德国WERA公司等。,海洋测绘,2023/10/31,28,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（4）船基装备发展现状,志愿船观测是由商船、交通船、渔船以及其他从事海上活动的船舶承担的一项义务测报工作。在这些船只上安装用于探测船舶所在区域的海洋气象（风向、风速、气压、气温、相对湿度），海洋水文（表层海水温度）等要素的自动观测设备，以获取近岸、中远海和远洋航线上的海洋观测资料。,1)志愿船观测系统,2）调查船、测量船观测系统,美国、日本等国家拥有大量先进的调查船、测量船，全球覆盖进行不间断走航测量。,AUV水下移动观测系统用于重点海区的海洋水文参数、水体声学、地貌等信息的隐蔽监测和获取。可用于应急观测和特殊军事任务。,3）水下移动观测平台,海洋测绘,2023/10/31,29,美国“常胜”号调查船,AUV观测平台,美国“鲍迪奇”号调查船,志愿船,2023/10/31,30,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（5）海基装备发展现状,1)浅海大型锚系浮标系统,大型浮标的观测要素为海面气象（风速、风向、气温、气压、湿度、降水、辐射等）、潮汐（水位）、海浪、表面温-盐、多参数水质、海流剖面。系统主要由浮标体、锚系、观测系统、控制系统、电源系统、通信系统等组成。浮标体由主浮体、桅杆、小平台三部分组成。,大型锚系浮标,海洋测绘,2023/10/31,31,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（5）海基装备发展现状,2)深海小浮标系统,深海小型浮标的观测要素为海面气象（风速、风向、气温、气压、湿度、降水、辐射等）、温-盐剖面、海流剖面。其中温-盐剖面观测主要通过温-盐链实现；海流剖面观测主要通过在浮标标体内加装向下发射的75KADCP实现对海面以下300米水体的流速、流向进行测量。,海洋测绘,2023/10/31,32,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（5）海基装备发展现状,3)浅海潜标系统,浅海潜标观测要素为海流剖面、水位、海浪、海底温盐。测量仪器主要有声学多普勒海流剖面仪（ADCP）、声学海流计和自容式温深（TD)测量仪。ADCP主要由美国FLOWQUEST公司、RDI公司、AANDERAA公司、SONDEK公司等生产。声学海流计，也有使用机械转子式海流计；其中主要是挪威AANDERAA公司的产品，也有美国SonTeK公司和挪威NORTEK公司的产品等。自容式温深（TD)测量仪主要由美国SeaBird（海鸟）公司生产。,海洋测绘,2023/10/31,33,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（5）海基装备发展现状,4)深海潜标系统,深海潜标观测的要素为温-盐剖面、海流剖面和水位（浅水区）。测量仪器主要声学多普勒海流剖面仪（ADCP）、声学海流计和自容式温深（TD)测量仪。深海潜标的锚系系统主要包括：深海主浮体、玻璃浮子组、系留索、连接件、组合锚、信标机和释放装置等。其设计要满足深海环境条件的需要。,海洋测绘,2023/10/31,34,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（5）海基装备发展现状,5)表面漂流浮标,漂流浮标主要观测海洋表层流场和温度场。表层漂流浮标由水面浮球(内部装有通讯模块、控制模块、温度传感器、电池组)、水帆和钢缆三部分组成,海洋测绘,2023/10/31,35,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（5）海基装备发展现状,6)自持式剖面漂流浮标,ARGO浮标是当前海洋监测领域的高技术仪器设备。自持式剖面漂流浮标主要观测温盐剖面，并从中提取海流信息。该浮标通过改变自身体积实现下潜和上浮，自动循环测量海洋温、盐、深剖面数据，通过ARGOS或CAPS卫星进行浮标定位并计算流场，以及进行观测数据传输。,海洋测绘,2023/10/31,36,（一）观探测装备的发展现状和趋势,（5）海基装备发展现状,6)自持式剖面漂流浮标,海洋测绘,2023/10/31,37,海洋测绘,海洋测绘的任务:,海洋测绘与其他学科的关系,海洋测绘的任务和主要内容,2023/10/31,38,海洋测绘,海洋测绘与其他学科的关系:,海洋测绘与其他学科的关系,2023/10/31,39,课程背景,
