海洋测绘注册测绘师2011.pptx

主要内容海洋测量基本概念和原理海洋测量基本概念和原理结合大纲的基本原理介绍结合大纲的基本原理介绍模拟题模拟题案例分析案例分析1海洋测量(测深)基本结构涉及的重要概念、技术测深技术（单波束测深仪、多波束测深系统）声速改正、吃水改正、姿态改正水位（潮位、潮汐）观测与改正潮汐分析和预报平均海面与深度基准面深度基准面的传递单波束测深仪4导航显示器（驾船用）GPS导航软件/计算机单波束测深仪导航（导航员用）信息注释涌浪滤波器水深单波束测深实况5单波束与多波束测深的区别6多波束声纳声速传播特性8Snell法则：声线折射误差 根据根据Snell法则，入射角法则，入射角为为0，即换能器最底点的声，即换能器最底点的声线没有折射，波束归位误线没有折射，波束归位误差仅表现在水深上，而且差仅表现在水深上，而且水深误差也很小，离最底水深误差也很小，离最底点越远，入射角越大，声点越远，入射角越大，声线受折射的影响越大，使线受折射的影响越大，使得波束归位误差越大，此得波束归位误差越大，此时误差包括平面位置和水时误差包括平面位置和水深的综合影响。对于平坦深的综合影响。对于平坦海底，假设换能器为平面海底，假设换能器为平面阵列，水平安置，则折射阵列，水平安置，则折射的假象与垂直轴对称分布，的假象与垂直轴对称分布，并相上或向下弯曲，就像并相上或向下弯曲，就像微笑和皱眉微笑和皱眉 。声线折射误差大小示意图 横摇对水深影响横摇对水深影响纵摇和艏偏对水深影响纵摇和艏偏对水深影响定位中心与换能器偏移对水深影响定位中心与换能器偏移对水深影响姿态影响潮汐变化曲线12潮汐基本概念13 涨涨潮潮而而使使水水位位不不断断升升高高，达达到到一一定定高高度度后后，水水位位短短时时间间内内不不涨涨也也不不退退，这这种种现现象象称称为为平平潮潮,平平潮潮的的中中间间时时，就就是是高高潮潮时时。平平潮潮时时间间一一般很短，从几分钟到几十分钟不等。般很短，从几分钟到几十分钟不等。平平潮潮时时过过后后水水位位开开始始下下降降，退退潮潮开开始始，水水位位退退到到最最低低的的时时候候和和平平潮潮情情况况相相似似，也也发发生生水水位位不不退退不不涨涨的的现现象象，叫叫做做停停潮潮。停停潮潮的的中中间间时时就是就是低潮时低潮时，停潮过后，水位又开始上涨。如此周而复始地运动着。，停潮过后，水位又开始上涨。如此周而复始地运动着。从从低低潮潮时时到到高高潮潮时时这这一一段段时时间间间间隔隔叫叫做做涨涨潮潮时时，从从高高潮潮时时到到低低潮潮时的时间间隔则称为时的时间间隔则称为落潮时落潮时，涨潮时和落潮时在许多地方不一样长。，涨潮时和落潮时在许多地方不一样长。海海面面上上涨涨到到最最高高位位置置时时的的高高度度称称高高潮潮高高。下下到到最最低低位位置置时时的的高高度度叫叫做做低低潮潮高高，相相邻邻的的高高潮潮高高与与低低潮潮高高之之差差叫叫做做潮潮差差，潮潮差差各各地地不不同同，就就是是同同一一地地方方的的潮潮差差每每天天也也不不相相同同，并并有有着着周周期期性性的的变变化化。总总之之，潮潮汐现象不论在潮时、潮高与潮差都有周期性的变化。汐现象不论在潮时、潮高与潮差都有周期性的变化。海面周期性升降，是沿着某一面作上下振动，叫海面周期性升降，是沿着某一面作上下振动，叫平均海面平均海面。潮潮高高，是是从从潮潮高高基基准准面面算算起起的的。潮潮高高基基准准面面一一般般与与海海图图深深度度基基准准面面相同，某时某地潮高加上当地海图水深便得某地某时实际水深。相同，某时某地潮高加上当地海图水深便得某地某时实际水深。14潮汐观测方法15水尺水尺井式验潮井式验潮声学水位计声学水位计大纲要求（十）、海洋测绘考试基本要求（十）、海洋测绘考试基本要求1.根据工程要求按海洋测绘进行项目分类，依据项目分类，选择测量方法，制定测量方案。2.依据海道测量定位、测深原理和使用仪器的实际情况，分析水深定位方法的可行性及其对水深测量成果的影响。3.根据测区已有深度基准面资料情况，确定深度基准面联测和传递方案;依据潮汐理论和测区潮汐变化情况，分析潮波传播规律；分析各相关因素对数据采集质量的影响，分析数据处理和数据检查方法对成果质量及判断的影响。4.根据实际情况，提出提供成果的形式和要求；按照制图原理，结合海图实际确定制图原则。结合大纲的基本原理介绍海洋测绘分类水下地形测量海洋垂直基准海图绘制17第一部分海洋测绘分类海洋测绘的主要内容有：海洋测绘的主要内容有：l海洋大地测量；海洋大地测量；l海洋工程测量；海洋工程测量；l水深测量及水下地形测量；水深测量及水下地形测量；l障碍物探测；障碍物探测；l水文要素调查；水文要素调查；l海洋重力测量；海洋重力测量；l海洋磁力测量；海洋磁力测量；l海洋遥感；海洋遥感；l海洋专题测量和海区资料调查；海洋专题测量和海区资料调查；l各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版；l海洋地理信息的分析、处理及应用。19根据海洋测量工作的目的不同，可把海洋测量任务划分为科学性任务和实用性任务两大类：1、科学性任务一、为研究地球形状提供更多的数据资料。二、为研究海底地质的构造运动提供必要的资料。三、为海洋环境研究工作提供测绘保障。202、实用性任务 关于海洋测量的实用性任务，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。主要包括：海洋自然资源的勘探和离岸工程；航运、救援与航道；近岸工程；渔业捕捞；其它海底工程。21根据不同的工作内容，可将海洋测量分成如下8种：定位；测深；海底地形勘测海洋水文测验；大地控制与海底控制测量；海洋重力测量；海洋磁力测量；制图等。22定位定位 精确地确定海洋表面，海水中和海底各种标志的位置称为海洋定位。在海洋中对航行中的船舶的定位 主要采用GPS卫星定位的方法。GPS定位：n 单点定位n 信标定位n 精密定位RTKPPKPPP24沿沿海海无无线线电电指指向向标标-差差分分全全球球定定位位系系统统（RBN/DGPS）是是一一种种新新型型、高高精精度度、全全天天候候的的海海上上导导航航定定位位系系统统，是是中中国国海海事事局局“九九五五”期期间间的的重重点点建建设设项项目目，截截止止2000年年底底，中中国国沿沿海海20个个RBN/DGPS基基准准台台站站已已全全部部建建成成，并并于于2002年年1月月1日日零零时时起起全全面面开开通通，正正式式向向公公共共用用户无偿提供服务。户无偿提供服务。测深测深 目前所用方法有：n船载在航水深测量 单波束测量多波束测量n机载激光系统LIDARn卫星水深遥感测深 船载水深测量是目前主要采用的方式，精度最高。2526机载机载Lidar(1)激光器重复频率200Hz；(2)测量航高500m；(3)飞行速度6070m/s；(4)测深点网格密度10m10m；(5)测线带宽240m；(6)测深能力250m；(7)测深精度0.3m；(8)测量效率优于50km2/h。27机载机载Lidar和船载多波束测深和船载多波束测深海底地形地貌及底质测量海底地形地貌及底质测量 海底地形测量是测量海底起伏形态和地物的工作。特点是测量内容多，精度要求高，显示海底地物、地貌详细。海底地质探测是对海底表面及浅层沉积物性质进行的测量。地貌测量多采用侧扫声纳测量底质测量底质采样深层底质测量浅底层剖面仪2829侧扫声呐侧扫声呐浅地层剖面仪浅地层剖面仪水文测量水文测量 获取海洋温度、盐度、透明度、水色、潮汐、潮流等水文要素的策略。n温度采用：表层温度计、颠倒温度计n盐度：通用的阿贝折射仪、多棱镜差式 折射仪、现场折射仪等n透明度：透明度仪、光度计n潮汐：潮位站验潮n潮流：ADCP、流向仪31ADCP应应用用32海水面的测定海水面的测定 包括海面形态的测定和平均海水面的确定。前者对海洋测量和海洋科学的研究有着重要意义，而后者却对大地测量有着重要的意义。(1)卫星测高(2)潮位站验潮33卫星测高34障碍物探测障碍物探测 确认障碍物，探明其位置。n多波束n侧扫声纳n磁力仪n浅地层剖面仪n其他探测设备磁力仪磁力仪海洋控制网测量和海底控制网测量海洋控制网测量和海底控制网测量 海洋大地控制网布设和测量与以往所用的理论和原理相同；而海底控制点的布设一般使用3个或4个一组的应答器通过声学测距的办法来建立海底控制。片形海洋控制网浮标/船测次k测次k+1测 次k+2QjQj+1Qj+2 双三角锥水下GPS定位海洋重力测量海洋重力测量海洋重力测量的目的在于研究地球的形状和内部构造、勘测海洋矿产资源和保证远程导弹发射提供海洋重力数据。海洋重力测量可分为：海底(沉箱式)重力测量船载重力测量机载重力测量 卫星重力测量 3738航空海洋重力仪航空海洋重力仪海洋磁力测量海洋磁力测量 海洋磁力测量是测定海上地磁要素的工作，是研究地球物理现象，海洋资源勘探以及海底宏观地质构造的有力手段之一。海洋磁力测量的主要目的在于寻找与石油、天然气有关的地质构造和研究海底的大地构造。船基在航磁力测量；机载磁力测量 卫星磁力测量39海洋工程海洋工程 为海洋工程的稳定性服务。n工程结构的稳定性及形变监测n海床的稳定性；n水文特征及其规律n地形地貌特征n底质及地质结构 海图绘制海图绘制 海图以海洋及其毗邻的陆地为描绘对象的地图，其描绘对象的主体是海洋，海图的主要要素为海岸，海底地貌，航行障碍物，助航标志，水文及各种界线。海图是通过海图编制完成的。作业过程通常分为编辑准备、原图编绘和出版准备三个阶段。41海洋地理信息系统（海洋地理信息系统（MGIS）MGIS的研究对象包括海底、水体、海表面及大气及沿海人类活动5个层面。一般GIS处理分析的对象大都是空间状态或有限时刻的空间状态的比较；MGIS则主要强调对时空过程的分析和处理，这是MGIS区别于一般GIS的最大特点。42第二部分水下地形和地貌测量1、海洋定位天文定位光学定位陆基无线电定位空基无线电定位水声定位44超短基线定位系统原理超短基线定位系统原理声基阵RZxyYX应答器换能器船艏右舷短基线定位系统原理短基线定位系统原理R1R2R3长基线定位系统原理长基线定位系统原理BL23BL13BL12R1T1R3R2T3T22、海洋测深n回声测深原理n多波束测深系统n基于水下机器人的水下地形测量n机载激光测深（LIDAR）n测线布设n测深数据改正n测深精度48水深测量经历了如下几个发展阶段：u测绳重锤测量（点测量）u单频单波束测深（点测量）u双频单波束测深（点测量）u多波束测深（面测量）u机载激光测深（面测量）49单频单波束测深（点测量）安装在测量船下的发射机换能器，垂直向水下发射一定频率的声波脉冲，以声速C在水中传播到水底，经反射或散射返回，被接收机换能器所接收。设经历时间为t，换能器的吃水深度D，则换能器表面至水底的距离(水深)H为：（1）回声测深原理50单波束测深系统四波束扫海测深仪。多波束测深系统高分辨率测深侧扫声纳水下机器人激光测深(2)测深系统51换能器的安装52换能器的安装要求有如下几点：（1）换能器在船底的安装位置应使其周围杂声干扰最小。应尽量远离机舱、螺旋桨，也不能靠近船首的水流平滑处；同时应避开排水口、海底阀及其它有碍水流平顺的凸出物。换能器一般装于离船首1/21/3船长处。（2）换能器的安装不能降低船体结构强度和水密性能。换能器可安装于船侧和船底。安装于船底，无论是开启式或密封式安装，均需在船底开洞，因此应在开洞处采用法兰盘进行加固；同时，在安装换能器的舱室内，应增设便于安装和维护的水密舱，以保证船舶安全和防止渗漏。（3）换能器的工作面应力求与水平面平行。（4）换能器的工作面不得涂敷油漆。油漆对声能吸收很大，将使回波信号显著减弱，甚至测深仪不能工作。（5）换能器的引出电缆应使用屏蔽电缆；换能器的两根引出导线之间应有良好的绝缘，屏蔽层与钢管应良好接地。换能器安装实际效果53(1)(1)测线布设测线布设测线是测量仪器及其载体的探测路线，分为计划测线和实际测线。海底地形测量测线一般布设为直线。海上测线又称测深线。测深线分为主测深线和检查线两大类。确定测线布设的主要考虑因素是测线间隔和测线方向。3、水下地形测量54多波束测线布设多波束测线布设单波束测线布设单波束测线布设（2 2）测深线的间隔）测深线的间隔 测深线的间隔是主要根据对所测海区的需求、海区的水深、底质、地貌起伏的状况，以及测深仪器的覆盖范围而定的。国内外具体处理方法一般有两种，一种是规定图上主测深线的间隔为10毫米的情况下，根据上述原则确定海区的测图比例尺：另一种是根据上述原则先确定实地上主测深线的间隔，再取其图上相应的间隔，如6、8、10毫米，最后确定测图比例尺。我国采用前者。5758水运工程测量规范规定：水运工程测量规范规定：59水运工程测量规范规定：水运工程测量规范规定：（3 3）测深线方向）测深线方向 测深线方向是测深线布设所要考虑的另一个重要因素，测线方向选取的优劣会直接影响测量仪器的探测质量。选择测深线布设方向的基本原则如下：l有利于完善地显示海底地貌。l有利于发现航行障碍物。l 有利于工作。以上测线布设方向的基本原则大都是针对单波束测深而言的，对多波束测深、侧扫声纳、激光测深和其他扫海系统还要考虑测量载体的机动性、安全性、最小的测量时间等问题，同时参照上述原则，选择最佳的测线方向。60 为了求得实际正确的水深而对回声测深仪实测的深度数据施加的改正数称为回声测深仪总改正数。回声测深仪总改正数的求取方法主要有水文资料法和校对法。前者适用于水深大于20米的水深测量，后者适用于小于20米的水深测量。水文资料法改正包括：吃水改正Hb、转速改正Hn声速改正Hc。声速改正数对总改正数H影响最大4 测深数据处理6162船速动态吃水 动态吃水总体表征为，船头的动态吃水较尾部大；船边的动态吃水因动态吃水总体表征为，船头的动态吃水较尾部大；船边的动态吃水因受多种因素的影响，呈现无规律性的变化；动态吃水与船速关系密切，加受多种因素的影响，呈现无规律性的变化；动态吃水与船速关系密切，加速时船头上扬，船尾下沉，到达一定极限后，船头迅速下沉；减速时船头速时船头上扬，船尾下沉，到达一定极限后，船头迅速下沉；减速时船头吃水开始减小，尾部上扬，后随即下沉；速度变化不大时，首尾动态吃水吃水开始减小，尾部上扬，后随即下沉；速度变化不大时，首尾动态吃水变化不大。上图反映了船体中心动态吃水与速度的关系曲线。该曲线与霍变化不大。上图反映了船体中心动态吃水与速度的关系曲线。该曲线与霍密尔船体动态吃水经验模型十分吻合。密尔船体动态吃水经验模型十分吻合。动态吃水误差动态吃水误差时间电机转速误差时间电机转速误差(speed of revolution error of timing-motor)产生原因产生原因时间电机转速与其额定转速不一致。转速快（时间电机转速大于额定转速），显示水深大于实际水深；转速慢，显示水深小于实际水深。消除方法消除方法如果是由于船电不稳定引起的转速不均匀，则应采用稳定的电源如果船电是稳定的，而且时间电机的转速一直是大于或小于额定转速，那么应调节时间电机的转速为设计转速。声速误差声速误差(Sound speed velocity error)产生原因产生原因实际声速与设计声速不一致，使测量产生误差。当实际声速大于设计声速时，测量水深小于实际水深。当实际声速小于设计声速时，测量水深大于实际水深。消除方法消除方法测量声速进行声线跟踪，浅水可直接用“水深补偿”，来消除声速误差。水位改正是将测得的瞬时深度转化为一定基准上的较为稳定数据的过程，其目的是尽可能消除测深数据中的海洋潮汐影响，将测深数据转化为以当地深度基准面为基准的水深数据。水位观测过程中采用以“点”带“面”的水位改正方法，水位改正方法主要有单站水位改正法、线性内插法、水位分带法、时差法和参数法等。水位改正水位改正65(1)(1)单站水位改正法单站水位改正法 为求得不同时刻的水位改正数，一般采用图解法和解析法。图解法就是绘制水位曲线图，横坐标表示时间，纵坐标表示水位改正数。解析法就是利用计算机以观测数据为采样点进行多项式内插来求得测量时间段内任意时刻的水位改正数的方法。(2)(2)线性内插法线性内插法 线性内插法的假设前提是两站之间的瞬时海面为直线形态。此法也同样适应三站的情况，其基本数学模型为：（两站水位改正数模）（三站水位改正数模）66(3)(3)水位分带改正法水位分带改正法(分带法分带法)水位分带改正法分为两站水位分带改正、三站水位分带改正(又称三角分带)。以两站水位分带改正法为例来介绍。水位分带的实质就是利用内插法求得不同区的水位改正数，与线性内插法不同，分带所依据的假设条件是两站之间潮波传播均匀，潮高和潮时变化与距离成比例。67式中：K为分带数；z为测深精度；为两站同时刻最大水位差。三站水位带改正法(又称三角分带法)分带原则、条件、假设与两站水位分带改正法基本相同，其主要是为了加强潮波传播垂直方向的控制，需采用三站水位分带改正法。分带的基本原则：分带的界线方向与潮波传播方向垂直。分带数：68(4)(4)时差法时差法求两站间的潮时差求两站间的潮时差 时差法水位改正是水位分带改正法的合理改进和补充。其所依赖的假设条件是两验潮站之间的潮波传播均匀，潮高和潮时的变化与其距离成比例。时差法是运用数字信号处理技术中互相关函数的变化特性，将两个验潮站A、B的水位视作信号，这样研究A、B站的水位曲线问题就转化为研究两信号的波形问题，通过对两信号波形的研究求得两信号之间的时差，进而求得两个验潮站的潮时差，以及待求点相对于验潮站的时差，并通过时间归化，最后求出待求点的水位改正值。69(5)(5)最小二乘法最小二乘法求两站间的潮时差和潮差比求两站间的潮时差和潮差比 参数法直接从潮汐水位曲线的整体变化入手，采用最小二乘拟合逼近技术，不仅求出两验潮站的潮时差，还求出了两验潮站的潮差比和基准面偏差。基本原理：其中，x为垂直比例系数，表示两站间的潮差比(潮高比)；y为水平延迟系数，表示两站间的潮时差；z为基准面偏差。70（1 1）测深等级）测深等级依测量精度要求、覆盖率不同、定义了四种测量等级。一级测量：适用海道测量部门明确规定的重要海区；要求测线间距要小、100的海底覆盖率。二级测量：适用于其港口、入口航道、一般的沿岸和内陆航道，限于水深小于l00米的海区使用。三级测量：适用于水深浅于200米且不被一、二级测量覆盖的海区。四级测量：四级海道测量适用于水深超过200米且不被一、二、三级海道测量所覆盖的其它所有海区。5、测深精度71（2 2）影响测深精度的因素）影响测深精度的因素水深精度应理解为改正后水深的精度。水深精度主要受系统误差和随机误差影响。包括：与声信号传播路径(包括声速剖面)有关的声速误差；测深与定位仪器自身的系统误差；潮汐测量和模型误差；船只航向与船摇误差；由于换能器安装不正确引起的定位误差；船只运动传感器的精度引起的误差，如纵横摇的精度、动态吃水误差；数据处理误差等等。72（3 3）精度评估）精度评估根据交叉点两次测量的不符值统计结果来评价系统水下地形测量的精度。测量线检查线73测深精度分析一个例子7475 海洋测量是在动态环境里进行测量的，存在明显的动态效应，因此其数据归算过程比较复杂。海洋潮汐高度归算是海洋测量最重要的动态效应改正。无验潮测深系统特点：集高精度GPS定位、电子海图导航、数据采集与融合、数据处理与成图等功能为一体的无验潮测深系统。该系统建立了基于GPS高精度大地高的实用测深数据处理模型，取代了传统海洋测量通过设立验潮站观测潮位进行水位改正的作业模式。（1 1）绘制海底地形图）绘制海底地形图 海底地形图的表现形式一般可分为二维等深线图和三维海底地形立体图。自动绘制等深图常用方法主要有两种，一是三角形法，二是网格法。网格法绘制等深线分为在网格边上求出等值点，追踪等值点和连接并光滑等值点连线。（2 2）自动绘制海底地形立体图）自动绘制海底地形立体图 海底地形立体图是指海底地形立体透视图。绘制海底地形立体图，通常采用透视变换原理的连续断面法来绘制。6、海底地形成图77海底地形图78声纳方程声纳方程7、海底地貌测量79侧扫声纳原理80侧扫声纳回波强度81侧扫声纳变形82障碍物探测83 多波束声呐多波束声呐84侧扫声呐侧扫声呐第三部分海洋垂直基准1、潮汐及潮汐观测（1 1）潮汐）潮汐一种海水规律涨落的自然显现。潮汐现象产生的源动力是日月引力，其中月球引力占主要成分。（2 2）潮汐观测）潮汐观测采用如下手段进行潮汐观测：水尺验潮井式验潮超声波验潮压力式验潮GPS潮位86水尺验潮井(3)潮汐分类87正规半日潮：一个太阴日（约24小时50分）内，有两次高潮和两次低潮，相邻的高低潮之间的潮差几乎相等，此类潮汐称为正规半日潮。不正规半日潮：一个太阴日内，也有两次高潮和两次低潮，但相邻的高低潮之间的潮差不等，涨落潮时间也不等，且是变化的。不正规日潮：一个朔望月内出现的一日一次高潮和一次低潮的日潮类型。正规日潮：一个朔望月内大多数天是日潮的性质，少数天发生不正规半日潮。：.2、潮汐、潮流分析（1 1）潮汐）潮汐分析分析 将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长期三类。方法有：l经典：Darwin分析法、Doodson分析法;l现代：最小二乘分析法、傅立叶分析法和波谱分析法等。88要将理论潮高满足实际海洋潮汐，则必须经过一些订正。实际海水的涨落总可以表示为一些已知频率的振动及非潮汐因素的扰动之和，则实际潮汐部分的潮高为：89MSL为平均海面fi为分潮i的交点因子Hi为分潮i的平均振幅qi为分潮i的角速率，Gv0i为分潮i的格林威治零时天文初相角。Gui为分潮i点订正角。gi为分潮i的区时专用迟角，为扰动项。t为时间。Hi、gi为调和常数，分潮符号分潮符号 名称名称 周期周期 (平太阳时平太阳时)相对振幅相对振幅 (取取M2=100)M2=100)M M2 2 S S2 2 N N2 2 K K2 2 K K1 1 0 01 1 P P1 1 Q Q1 1 M M4 4 M M6 6 MS MS4 4 半日分潮半日分潮 太阴主要半日分潮太阴主要半日分潮 太阳主要半日分潮太阳主要半日分潮 太阴椭率主要半日太阴椭率主要半日分潮分潮太阴太阴太阳赤纬半太阳赤纬半 日分潮日分潮 全日分潮全日分潮太阴太阴太阳赤纬全太阳赤纬全日分潮日分潮 太阴主要全日分潮太阴主要全日分潮 太阳主要全日分潮太阳主要全日分潮太阴椭串主要全日太阴椭串主要全日分潮分潮 浅水分潮浅水分潮太阴浅水太阴浅水1/41/4日分潮日分潮太阴浅水太阴浅水1/61/6日分潮日分潮太阴太阳浅水太阴太阳浅水1 14 4日分潮日分潮 1212421421 12 12000000 12 12658658 11 11967967 23 23934934 25 25819819 24 24066066 26 26868868 6 6210210 6 6140140 6 6103103 100 100 46 465 5 19 191 1 12 127 7 54 544 4 41 415 5 19 193 3 7 79 9常用的常用的8 8个分潮和个分潮和3 3个浅水分潮个浅水分潮91分潮示意图分潮示意图（2 2）潮流）潮流分析分析潮流同潮汐一样，起因于日月引力，可表示为许多分潮流之和的形式。为了分析和预报方便，一般将流速w分解为北分量u和东分量v；流向记为。92上式为一个椭圆方程，即由分量上式为一个椭圆方程，即由分量u u、v v矢量的矢端画出的矢量的矢端画出的轨迹是一个椭圆。轨迹是一个椭圆。潮流调和分析同上述潮汐分析一样，即利用上式计算各潮流调和分析同上述潮汐分析一样，即利用上式计算各分潮流的调和常数分潮流的调和常数U Ui i、i i、V Vi i、i i。根据分析的结果进行潮流预报、潮流性质的分析以及潮根据分析的结果进行潮流预报、潮流性质的分析以及潮流椭圆的绘制。流椭圆的绘制。或或 93潮流特点潮流的速度和方向都有周期性的变化，潮流的速度和方向都有周期性的变化，在近岸和狭窄航道以及海峡，海流大体上分两个方在近岸和狭窄航道以及海峡，海流大体上分两个方向流动，即往复流；向流动，即往复流；在外海，潮流的速度和方向不断的发生变化，即回在外海，潮流的速度和方向不断的发生变化，即回转流。转流。以半日为周期的称谓半日潮流，以全日为周期的称以半日为周期的称谓半日潮流，以全日为周期的称为全日潮流；为全日潮流；从低潮到高潮的潮流称为涨潮流，反之称为落潮流。从低潮到高潮的潮流称为涨潮流，反之称为落潮流。潮流可采用潮流图来表示。潮流可采用潮流图来表示。3、垂直基准（1 1）海洋垂直基准分类）海洋垂直基准分类高程基准高程基准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长期平均海面，即定义该面的高程为零，因此具有参考面的意义。深度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。不同的国家地区及不同的用途采用不同的深度基准面。94（2 2）平均海面）平均海面平均海面的定义与算法平均海面亦称海平面。某一海域一定时期内海水面的平均位置。是大地测量中的高程起算面，由相应期间逐时潮位观测资料获得，高度一般由当地验潮站零点起算。95平均海面的稳定性由于所取的观测时间长度不可能刚好为各分潮的整周期，因此，平均海面受剩余潮汐成分的影响，而且短期平均海面还包含着长周期分潮的贡献。另外，非潮汐因素（如气象）在不同的时间长度内表现为不同的性质，在足够长的时间内可视为噪声，而短时间内则表现为信号。这使得不同时间长度的平均海面稳定性不同。96观测时间1月3月半年1年2年5年平均海面与多年平均海面的最大偏差(cm)6040251085验潮站威海乳山口连云港营口秦皇岛塘沽所需年数(年)1816175028118国家高程基准 目前，世界各国或地区均以一个或几个验潮站的长期平均海面定义高程基准。我国采用1954年黄海平均海面基准和1985年国家高程基准。97(3)(3)海图海图深度基准面深度基准面 海图深度基准面确定的基本原则 长期平均海面具有良好的稳定性 需考虑航道的利用率 深度基准面保证率:是在一定时间内，高于深度基准面的低潮次数与总次数之比的百分数。98我国航海图采用的深度基准面我国航海图采用的深度基准面理论最低潮面，其保证率为理论最低潮面，其保证率为9595左右。左右。深度基准面的计算世界各沿海国家根据海区潮汐性质的不同采用不同的计算模型。这些模型主要有：平均大潮低潮面：L=HM2+HS2 平均低潮面平均低低潮面：HM2+(HK1+HO1)cos45略最低低潮面：HM2+HS2+HK1+HO1观测的最低潮面：1.2*（HM2+HS2+HK2）99我国理论深度基准面又称理论上可能最低潮面，其计算方法是由弗拉基米尔斯基提出的。由M2、S2、N2、K2、Kl、Ol、P1、Ql这八个分潮叠加计算相对于长期平均海面可能出现的最低水位，并附加考虑浅海分潮M4、MS4和M6及长周期分潮Sa和SSa的贡献。（太阳年潮，太阳半年潮太阳年潮，太阳半年潮）100 按现行按现行规范规范，采用，采用1313个分潮组合出潮高的极小值个分潮组合出潮高的极小值（最低潮位置），即为理论（可能）最低潮面相对平均（最低潮位置），即为理论（可能）最低潮面相对平均海面的偏差。海面的偏差。4、基准传递与推估（1 1）短期）短期验潮站平均海面的确定验潮站平均海面的确定l平均海面的传递和推估方法主要有水准联测法、同步改正法、回归分析法和最小二乘法等。水准联测法 若长期验潮站和短期验潮站的水准点均连接在国家水准网中，或两站水准点间可直接进行水准观测。同步改正法同在短时间内，两验潮站短期平均海面与长期平均海面同在短时间内，两验潮站短期平均海面与长期平均海面的距平一致，其依据是两验潮站的水位对气象作用的平均效的距平一致，其依据是两验潮站的水位对气象作用的平均效应及长周期分潮贡献相同，一定时间长度的平均海面已基本应及长周期分潮贡献相同，一定时间长度的平均海面已基本消除了主要潮汐成分的作用，所以潮汐性质的不同对传递精消除了主要潮汐成分的作用，所以潮汐性质的不同对传递精度的影响不大。度的影响不大。101线性关系最小二乘拟合法同步改正法假定两验潮站的平均海面短期距平相等，而本方法认为两站的平均海面短期距平具有比例关系：102则有：则有：令：令：则短期平均海面有如下关系：则短期平均海面有如下关系：即两站的长期平均海面与短期平均海面有相同的线性关即两站的长期平均海面与短期平均海面有相同的线性关系，常数系，常数C C的意义是两站水尺零点偏差。的意义是两站水尺零点偏差。多站传递推估数据的处理两个以上同步观测的长期验潮站可以用于平均海面传递，此时可用每个验潮站实现传递获得多组短期验潮站平均海面估计，然后根据短期站与长期站的空间分布或单纯以距离倒数加权得最后结果。103（2 2）深度基准面）深度基准面传递与推估传递与推估 l基准面传递的方法主要有水准法、同步改正法、潮差比法和最小二乘曲线拟合法。潮差比法 假定两站的短期潮差比与两站的理想最大潮差比相等：因此，由同步观测时间的潮差比因此，由同步观测时间的潮差比r r可以获得短期站深度基准值：可以获得短期站深度基准值：由短期站的平均海面高度获得深度基准面在水尺零点上的高度：由短期站的平均海面高度获得深度基准面在水尺零点上的高度：在有多个已知长期验潮站时通常采用深度基准值的直接内插推估方在有多个已知长期验潮站时通常采用深度基准值的直接内插推估方法，如采用距离倒数加权内插法。法，如采用距离倒数加权内插法。第四部分海图绘制海图是海洋调查研究的成果，同时又是服务于海洋开发利用的工具。海图是地图中的一个门类，区别于其它地图的三个基本特点是：有特定的数学基础利用特殊的符号系统对制图现象的取舍和概括 1061、海图基本特点海图的内容可归结为六大要素：海岸 海底地貌 航行障碍物 助航标志 水文及各种界线 2、海图内容划分海图的内容划分为数学要素、图形要素和辅助要素三大类。107海图图形要素分为：海域要素陆地要素海图主要有：u纸质海图 u电子海图海图按用途分：通用海图、专用海图和航海图三大类。1083、海图的类别划分 4、海图的数学基础（1 1）海图数学基础）海图数学基础海图数学基础指海图的投影比例尺坐标系统高程系统（基准面）制图网及分幅编号等内容。海图数学基础中最重要，也是最复杂的问题是海图投影的问题。地图投影的理论完全适用于海图投影，但对于某些海图，由于其特殊用途和使用要求，需采用特定的投影。109（2 2）投影）投影的分类的分类地图投影的种类很多，通常以投影的变形性质、正常位置下经纬线形状或投影面与地球椭球的相关位置不同为标志进行分类。按变形性质分类：等角投影任意投影等面积投影任意投影 110按正常位置下经纬线形状分类圆锥投影 圆柱投影 方位投影 按照辅助面与地球椭球位置的不同，分为：正轴、横轴、斜轴圆锥投影，圆柱投影正横斜方位投影(3)(3)投影投影的选择的选择 投影选择的一般原则：u充分考虑各种投影的变形特征，所选择投影的变形要尽可能小，并符合地图的用途；u单幅图选择投影时，要考虑与之配合使用的图的投影尽可能一致。u在保证上述要求的前提下，尽可能选择经纬网图形简单的投影，以便计算、展绘、作业和使用。u新编图的投影与基本资料图的投影尽可能一致或接近，以便作业、投影转换和保证成图精度。海图通常选择：墨卡托投影111112PNPSeq假设地球被围在一个中空的圆柱里，其赤道与圆柱相接触，然后再假想地球中心有一盏灯，把球面上的图形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开，这就是一幅标准纬线为零度（即赤道）的“墨卡托投影”绘制出的世界地图。(4)(4)墨卡托投影墨卡托投影墨卡托投影特点墨卡托投影特点 墨卡托投影是等角正圆柱投影，具有如下特点：u经线为一组垂直的等距离平行线，两线间隔与相应的经差值 成正比；u纬线为一组水平的等距离平行线，与经线正交，两相邻纬线间距不等，右赤道到两极逐渐伸长，极地处无穷大；u圆柱面与地球面相切（相割）处的纬线称为“基准纬线”，其变形为零，无角度变形，投影点处的长度比在任何点处相等。u不同纬度上的点产生的长度比不同，长度和面积变形与纬度有关，与经度无关；u等角航向为直线。1135、海图坐标系及分幅编号(1)(1)海图坐标系海图坐标系 我国采用我国采用19541954北京坐标系、北京坐标系、19801980年西安坐标系和年西安坐标系和20002000国家坐标系。国家坐标系。114（2 2）航海图的分幅）航海图的分幅保持海岸线、航线和区域的完整性；航行目标应包含在相应的航海图上；遇复杂地形和障碍物时，不可通航水域不占过大的图面；可通航水域不应被复杂地形、障碍物及图廊线封堵；孤立的、危险性大的碍航物，应置于较大比例尺的图幅内，不应置于同比例尺成套图的叠幅处；同比例尺系列成套航行图的邻幅之间要有叠幅，且叠幅不应处于复杂海区,叠幅处要有足够的航行目标；尽量减少图幅数量。6、海图符号及要素表示115（1 1）海图图式）海图图式 世界各国航海图的生产都对海图符号有统一的的规定，即海图图式，它包含了绘制航海图的全部符号和缩写，也是绘制其它海图的基本符号。（2 2）海底地貌）海底地貌的表示方法的表示方法 海底地貌表示法亦称海底地形表示法。常用的方法有：符号法深度注记法等深线法明暗等深线法分层设色法晕渲法晕滃法写景法明暗等深线法116分层设色法117晕滃法118晕滃法是地图上表示晕滃法是地图上表示地形的一种方法，印地形的一种方法，印在地形坡面图上顺流在地形坡面图上顺流水线方向绘制一系列水线方向绘制一系列不连续的短线（称晕不连续的短线（称晕滃线），以线粗细、滃线），以线粗细、疏密和长短表示地形疏密和长短表示地形坡度的陡缓，并建立坡度的陡缓，并建立一定的立体感。现已一定的立体感。现已较少使用。较少使用。晕渲法119晕渲法（晕渲法（hill shading）是地图上表示地貌的一种方法，使应用阴影原理，）是地图上表示地貌的一种方法，使应用阴影原理，以色调的阴暗、冷暖变化表现地形立体起伏的一种方法。也叫以色调的阴暗、冷暖变化表现地形立体起伏的一种方法。也叫“阴影法阴影法”。据光源的位置（直照或斜照）和地势起伏，以深浅不同的色调在陡。据光源的位置（直照或斜照）和地势起伏，以深浅不同的色调在陡坡或背光坡涂绘阴影，构成地形的立体形象，不能表示高度和实际起伏坡或背光坡涂绘阴影，构成地形的立体形象，不能表示高度和实际起伏情况，常与等高线配合表示地貌。在情况，常与等高线配合表示地貌。在20世纪中叶取代了晕滃法，成为主世纪中叶取代了晕滃法，成为主要的地形立体显示法。要的地形立体显示法。写景法120海图121单选模拟题1.我国以（）作为测深基准面。2.海洋测量中平面坐标系统采用（）3.国际海道测量局关于海道测量中测深精度与水深之间的关系近似为（）4.海道测量规范和水运工程测量规范规定的水下地形测量时定位、测深精度要求，测线、测点间隔要求。5.相邻验潮站之间的距离应满足最大潮高差不大于（）米，最大潮时差不大于（）小时，潮汐性质基本相同6.水深测量中，计划线或主测线的布设方向原则上应与水下地形的梯度方向（）7.检查线的方向应尽量与主测深线垂直，分布均匀，并要求布设在较平坦处，能普遍检查主测深线。检查线总长应不少于主测深线总长的（）8.回声测深仪在出测前所做的停泊稳定性试验中，要连续观测（）。9.用校对法直接计算测深仪总改正数适用于()水深，可用水听器或检查板对测深仪校正。10.当水深超过（含）（）米时，一般可不进行水位改正。11.航海图一般采用（）投影12.依测量精度要求和覆盖率的不同，共定义了（）种测深等级13.采用自记验潮仪、便携式验潮仪和水尺等设备的沿岸验潮站进行水位观测，其观测误差不得大于（）。14.用水尺进行水位观测时，应每隔（）观测一次，整点时必须观测。15.验潮站有关水准测量的一些要求。122多选模拟题1.测深手段2.测深改正3.潮汐观测方法、潮汐分析方法、潮汐改正方法4.平均海面和深度基准面的传递方法5.海图内容