導語：如何才能寫好一篇海洋測繪技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞 海洋；測繪；CCD技術

中圖分類號P2 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）122-0087-02

CCD技術在海洋測繪中的應用，可以采用遠程圖像傳輸監測技術對海洋的圖像進行數值化處理，能夠有效把握流水的速度和方向，當海洋在溫度較低的情況下形成聚集冰塊時，利用CCD技術可以拍攝流冰的密度和類型，這種技術為海洋監測提供了科學的依據。

1 CCD技術概述

1.1 CCD技術的具體特點

CCD技術具有較高的分辨率，在使用過程中噪音較低，具有較高的敏感度。使用這種技術進行測量不會限制到測量人員的動作范圍，線性曲線較好，進行光電轉換的效率相對較高，在微光下可以正常進行測量和攝像。此外，其本身的體積較小，方便測量過程中的操作，具有光譜響度廣、測量精度高等特點。在應用的過程中不會引入附加誤差。

1.2 CCD技術的工作原理

CCD技術是一種半導體的表面器件，其存儲和傳遞信息的形式主要是以電荷包進行傳遞，主要組成部分是許多以陣列方式排成的MOS電容器。每個MOS電容器都可以作為一個光敏元，工作時利用光射到MOS電容器的作用使得一部分電子被吸收到勢阱中，勢阱中的電子會以光的形式注入電荷，通過電子數目的多少可以反映出光的強弱，不同強度的光線說明了圖像明暗程度的不同，利用MOS電容器在一定程度上能夠實現信號的轉變，主要是由光信號向電荷信號轉變。將MOS電容器中的光先注入到電荷中，然后使用特殊的儀器取出部分進行檢測，對這些光進行處理就可以得到視頻和圖像等信息。注入到電荷的光還要按照一定的形式進行計算，以確保注入程度能夠滿足測量的具體要求。

1.3 CCD器件的主要種類

CCD器件的分類方法有多種，從海洋測繪應用角度可以將其分為兩種，即線陣和面陣，其中線陣CCD主要指的是光敏元以線形方式進行排列。可以將線型分為兩種，一種是直線型，另一種是曲線型。典型的線陣CCD器件有TCD1206UD，組成部分是2160個沿直線排列的光敏元，這些光敏元陣列的總體長度為33mm。此外，CCD器件中還具有環行線陣CCD，主要由720個光敏元組成，具有說明性的環行線陣CCD是PO072B，每個光敏元中的光電二極管均勻分布在圓周的上面，光敏元所占的角度是0.5度。從形式的排列上看除了線陣CCD以外還有面陣CCD，主要是以面的形式進行光敏元的排列。面陣CCD可以直接接收二維光信息，主要的代表物體是TCD5130AC，這種設備具有較高的有效像元數和較大的像敏面積。

2 CCD技術在海洋測繪中的應用

2.1 CCD技術在海洋水下攝像中的應用

在海洋測繪過程中，需要對海洋下面的具體物體進行圖像采集時，可以使用CCD面陣進行圖像采集工作。這種技術開始于20世紀80年代，產生于外國的海洋物質研究，首先是美國等一些國家在載人潛水器上面安裝攝像機對水下的情況進行勘探，實施水下救生等作業，取得了較大的成果，曾經在4000m深的海洋發現了稀有礦物。之后是墨西哥石油泄漏事故的發生，英國的一些海洋勘測人員使用水下攝像機對海底的具體情況進行拍攝，監督石油泄漏情況，通過勘探和攝像制定了有效的堵漏方案，并將制定的方案實施。隨著水下攝像的發展，我國的水下考古人員也利用攝像機進行水下考古作業。起初使用這種技術時受到多種因素的影響，無論是照明度還是分辨率的影響都使得水下攝像沒有較好的清晰度。

2.2 CCD技術在海底地質取樣中的應用

CCD技術在海底地質的取樣調查中起著較為重要的作用，是海底調查的重要手段。傳統的取樣中取樣器不具備攝像功能，取樣人員在取樣過程中通常是根據自身的知識或測量儀器等具有聲音的設備對海底的深度進行判斷，使用這種方法雖然可以對一些地質構造較為復雜的地區進行采樣，也可以對一些特定的目標區域進行采樣，但是在采樣過程中不可避免地會因操作不當導致采樣器出現不同程度的損壞。由于CCD技術具有一定的可視性，在采樣過程中可以避免不可控盲采事件的發生，可以清楚地看見采樣點的位置和原始樣本的附存情況，對采樣過程中海底出現的動靜也能夠觀察清楚。對于海底表層難以進行取樣的物質不需要取樣，可以通過視頻拍攝的方式觀察，從而精確判定它的地質類型。當研究人員需要獲得深度的海底樣品時，可以通過拍攝的視頻操控取樣器，有效提高海底作業的

效率。

2.3 CCD技術在水準點聯測中的應用

CCD器件上具有電子水準儀，可以對水準點進行測量。電子水準儀是在自動安平水準儀的基礎上發展的，這種水準儀上面具有條碼標尺，在測量過程中可以將望遠鏡對準條碼標尺。標尺的條碼具有兩方面的作用，一方面可以通過分光鏡在光電傳感儀上成像，另一方面可以在望遠鏡分化板上成像，通過對這些形成圖像進行處理，可以自動給出標尺的讀數，最后實現自動測量。

2.4 CCD技術在潮水測量中的應用

CCD技術可以對潮水進行測量，主要方法是在水中豎立特制水尺，在海岸邊固定光學測量儀器，定時對水尺和海面圖像進行攝像，使用自動識別的功能可以對海面上的水尺位置進行判別，從而得到出水位。在測量過程中采用的水尺和電子水準儀的條碼不同，主要是為了清楚地識別測量圖像。使用這種技術關鍵是對水尺和水面進行識別，對水尺的識別屬于靜態圖形的識別，主要是對尺碼圖形的迅速識別，然后得出碼單元的像素值。而水面識別屬于動態識別，通過水面和水尺的灰度差識別多種圖像。

3結論

在海洋測量中，由于受到不同使用環境和檢測目標的影響，測量圖像在處理過程中也會有所不同，CCD技術可以對各種測量圖像自行處理，來獲取圖像的特征和需要的要素。現階段大多數的CCD技術在測量過程中可用來監視水中的各種動態，人眼直接對各種圖像進行監視，來輔助測量工作的實施，但獲取的信息是的一定限制的。在側量過程中還需要根據實踐經驗來完善這種技術，使其能夠滿足全天候連續作業的要求，在以后的測量中發揮更好的作用。

參考文獻

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關鍵詞：遙感技術；特點；海洋測繪；應用

遙感是以航空攝影技術為基礎，在20世紀60年代初發展起來的一門新興技術。遙感（Remote Sensing），從廣義上說是泛指從遠處探測、感知物體或事物的技術。即不直接接觸物體本身，從遠處通過儀器（傳感器）探測和接收來自目標物體的信息（如電場、磁場、電磁波、地震波等信息），經過信息的傳輸及其處理分析，識別物體的屬性及其分布等特征的技術。通常遙感是指空對地的遙感，即從遠離地面的不同工作平臺上（如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛星、宇宙飛船、航天飛機等）通過傳感器，對地球表面的電磁波（輻射）信息進行探測，并經信息的傳輸、處理和判讀分析，對地球的資源與環境進行探測和監測的綜合性技術。遙感方式有主動式和被動式兩種，主動式遙感先由遙感器向海面發射電磁波，再由接收到的回波提取海洋信息或成像。被動式遙感的傳感器只接收海面熱輻射能或散射太陽光和天空光的能量，從中提取海洋信息或成像。當前，遙感形成了一個從地面到空中，乃至空間，從信息數據收集、處理到判讀分析和應用，對全球進行探測和監測的多層次、多視角、多領域的觀測體系，成為了獲取地球資源與環境信息的重要手段。

一、遙感技術的特點

遙感作為一門對地觀測綜合性技術，它的出現和發展既是人們認識和探索自然界的客觀需要，更有其它技術手段與之無法比擬的特點。遙感技術的特點歸結起來主要有以下幾方面：

（1）可獲取大范圍數據資料。遙感用航攝飛機飛行高度為10km左右，陸地衛星的衛星軌道高度達910km左右，可及時獲取大范圍的信息。一張陸地衛星圖像，其覆蓋面積可達3萬多平方公里。這種展示宏觀景象的圖像，對地球資源和環境分析極為重要。

（2）能動態反映地面事物的變化。遙感探測能周期性、重復地對同一地區進行對地觀測，這有助于人們通過所獲取的遙感數據，發現并動態地跟蹤地球上許多事物的變化。同時，研究自然界的變化規律。尤其是在監視天氣狀況、自然災害、環境污染甚至軍事目標等方面，遙感的運用就顯得格外重要。

（3）獲取信息的速度快，周期短。遙感探測能在較短的時間內，從空中乃至宇宙空間對大范圍地區進行對地觀測，并從中獲取有價值的遙感數據。由于衛星圍繞地球運轉，從而能及時獲取所經地區的各種自然現象的最新資料，以便更新原有資料，或根據新舊資料變化進行動態監測，這是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。

（4）獲取信息受條件限制少。在地球上有很多地方，自然條件極為惡劣，人類難以到達，如沙漠、沼澤、高山峻嶺等。采用不受地面條件限制的遙感技術，特別是航天遙感可方便及時地獲取各種寶貴資料。

（5）獲取的數據具有綜合性。遙感探測所獲取的是同一時段、覆蓋大范圍地區的遙感數據，這些數據綜合地展現了地球上許多自然與人文現象，宏觀地反映了地球上各種事物的形態與分布，真實地體現了地質、地貌、土壤、植被、水文、人工構筑物等地物的特征，全面地揭示了地理事物之間的關聯性。

（6）獲取信息的手段多，信息量大。根據不同的任務，遙感技術可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息。例如可采用可見光探測物體，也可采用紫外線，紅外線和微波探測物體。利用不同波段對物體不同的穿透性，還可獲取地物內部信息。例如，地面深層、水的下層，冰層下的水體，沙漠下面的地物特性等，微波波段還可以全天候的工作。

目前，遙感技術已廣泛應用于農業、林業、地質、海洋、氣象、水文、軍事、環保等領域。在未來，預計遙感技術將步入一個能快速，及時提供多種對地觀測數據的新階段。遙感圖像的空間分辨率，光譜分辨率和時間分辨率都會有極大的提高。其應用領域隨著空間技術發展，尤其是地理信息系統和全球定位系統技術的發展及相互滲透，將會越來越廣泛。

二、遙感技術在海洋測繪領域的應用

海洋遙感技術主要包括以光、電等信息載體和以聲波為信息載體的兩大遙感技術。海洋聲學遙感技術是探測海洋的一種十分有效的手段。利用聲學遙感技術，可以探測海底地形、進行海洋動力現象的觀測、進行海底地層剖面探測，以及為潛水器提供導航、避碰、海底輪廓跟蹤的信息。

海洋遙感主要應用于調查和監測大洋環流、近岸海流、海冰、海洋表層流場、港灣水質、近岸工程、圍墾、懸浮沙、淺灘地形、沿海表面葉綠素濃度等海洋水文、氣象、生物、物理及海水動力、海洋污染、近岸工程等方面。遙感監測己成為海洋及海岸帶主要的監測手段和信息源。

利用傳感器對海洋進行遠距離非接觸觀測，以獲取海洋景觀和海洋要素的圖像或數據資料。海洋不斷向環境輻射電磁波能量，海面還會反射或散射太陽和人造輻射源（如雷達）射來的電磁波能量，故可設計一些專門的傳感器，把它裝載在人造衛星、宇宙飛船、飛機、火箭和氣球等攜帶的工作平臺上，接收并記錄這些電磁輻射能，再經過傳輸、加工和處理，得到海洋圖像或數據資料。

海洋的各種經濟和軍事活動，都需要獲取及時、準確的海面現場數據。高頻地波雷達以探測距離遠、面積大，并能超視距、全天候探測海面等優越性，被廣泛應用在世界海洋經濟活躍的重要區域。利用衛星高度計資料進行潮波分析、海洋風浪場、重力場、海洋大地水準面、全球氣候變化等研究；應用合成孔徑雷達（SAR）信息進行海底地形、海洋內波、海浪方向譜等研究；以光學和微波遙感信息為主，通過多源信息復合技術建立海流、海面風場分析方法和模型；我國在以上海為中心的長江三角洲外緣，舟山群島的朱家尖和象山分別建立了兩個高頻地波雷達站，夜以繼日地觀測兩站連線以東四萬平方公里海面風、浪、流的數據。

風力、波浪、潮流等是塑造海洋環境的動力，利用RS，GPS 等現代海洋觀測技術可以大范圍快速、準確、直接地獲得海洋動力信息，對于海面風場觀測，遙感所獲得的海面風數據一般是距海20nm 處的觀測資料。這些資料的取得有助于臺風大風預報和波浪預報。對于海浪觀測，可以通過合成孔徑雷達反演波浪方向譜或者可以通過動力模式來解決表面波場問題；對于海流觀測，海洋中的海流主要受風力、引潮力和密度分布不均勻所驅動。測流主要使用雷達高度計，目前已聯合使用衛星定位裝置、數據采集系統和海流浮標，取得了有價值的資料。

21 世紀是人類開發利用海洋的新世紀，隨著對地球認識的不斷深化，海洋的作用越來越被人們所認識。我國東臨太平洋，是世界上重要的海洋國家之一。利用遙感技術合理開發利用海洋資源，切實保護海洋生態環境，對于實現海洋資源、環境的可持續利用和海洋事業的協調發展，具有重要的意義。■

參考文獻

[1]陳洪云，翟國君；海洋測繪進展評述[J]；海洋測繪；2004年01期

[2]黎剛；環境遙感監測技術進展[J]；環境監測管理與技術；2007年01期

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關鍵詞：GPS；海洋測繪；應用；發展

Abstract: Marine surveying and mapping is a branch of the science of Surveying and mapping. From the name of the branch, we can clearly know, object of marine surveying and mapping is the sea. Marine surveying and mapping not only to acquire and display these elements of their location, nature, form, also includes the relationship and development between them, such as the relationship between the channel and the reef, lighthouse, harbor construction progress, current, temperature and seasonal changes. It is a basic and advanced work, all maritime activities cannot do without the marine surveying and mapping security, especially in developing marine, and utilize the ocean today, more and more important role in marine surveying and mapping. Important differences due to ocean area and the area of land natural phenomenon is the distribution of moment of water movement, there is obvious difference between the land surveying and mapping method and its mapping method, so the terrestrial waters of rivers and lakes of Surveying and mapping, usually included in marine surveying and mapping.

Key words: GPS; marine surveying and mapping; application; development

中圖分類號：P228.4文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）

一、海洋測繪的早期發展

海洋測繪大致可分3個階段：①20世紀30～50年代中期，開始對海洋進行地球物理測量，包括海洋地震測量、海洋重力測量等。這階段利用回聲探測數據繪制海底地形圖，揭示了海洋底部的地形地貌；利用雙折射地震法獲取大洋地殼的各種地球物理性質，證明大洋地殼與大陸地殼有顯著的差異。②1957～1970年，實施了國際地球物理年（1957～1958）、國際印度洋考察（1959～1965）、上地幔計劃（1962～1970）等國際科學考察活動，發現了大洋中條帶磁異常，為海底擴張說提供了強有力的證據，揭示了大洋地殼向大陸地殼下面俯沖的現象，觀測了島弧海溝系地震震源機制。③70年代以后，廣泛應用電子技術和計算機技術于海洋測繪中。

二、GPS技術在海洋測繪領域的應用

海洋測繪主要包括海上定位、海洋大地測量和水下地形測量。在海上定位和水下地形測量中都有GPS技術的應用。

1.GPS技術應用于海上定位

海上定位是海洋測繪的重要工作，在海上作業如果不知道自己的具置，那將是一件不可想象的事情。海上定位通常是通過定位系統，確定船只的具置和方向，主要是用于船只導航，同時也是海洋測繪中不可或缺的工作。GPS技術在海上定位的應用主要包括海面定位和水下定位，水下定位主要是用于水下地形測量。

為了能夠獲得比較好的海上定位精度，是采用GPS接收機與船上的導航設備組合起來進行定位。例如，在GPS偽距法定位的同時，用船上的計程儀（或多普勒聲納）、陀螺儀的觀測值聯合推求船位。對于近海海域，還可采用在岸上或島嶼上設立基準站，采用差分技術或動態相對定位技術進行高精度海上定位。利用差分GPS技術可以進行海洋物探定位和海洋石油鉆井平臺的定位。進行海洋物探定位時，在岸上設置一個基準站，另外在前后兩條地震船上都安裝差分GPS接收機。前面的地震船按預定航線利用差分GPS導航和定位，按一定距離或一定時間通過人工控制向海底巖層發生地震波，后續船接收地震反射波，同時記錄GPS定位結果。通過分析地震波在地層內的傳播特性，研究地層的結構，從而尋找石油資源的儲油構造。根據地質構造的特點，在構造圖上設計鉆孔位置。利用差分GPS技術按預先設計的孔位建立安裝鉆井平臺。

GPS技術在海洋測繪中的海上定位中的重要性不可忽視，海洋測繪的大量測量工作都要用到海上定位的數據。

2.GPS技術應用于水下地形測量

水下地形測量是海洋測繪的最基本的工作之一。由于海域遼闊，海上定位顆根據離海岸距離的遠近而采用不同的定位方法，如光學交會定位、無線電測距、GPS衛星定位等。

水下地形測量主要是海道測量，海底控制測量是確定海底點的三維坐標或平面坐標，而水下地形測量還需要利用水聲儀器測定水深。對于近海領域，采用在岸上會島嶼上設立基準站，采用動態相對位技術進行高精度海上定位。在船上安裝差分GPS接收機和測深儀。測量船按預定航線利用差分GPS導航和定位，測深儀按一定距離或一定時間按照事先設定自動向海底發射超聲波并接受海底的發射波，同時記錄GPS的定位結果和測深數據。定位測量和水深測量的數據都有了之后，就可以利用這些電子手簿和計算機、繪圖儀等組成系統，測繪水深圖和水下地形圖等。

三、GPS技術在海洋測繪領域的應用中出現的問題及解決方法

1.出現的問題

由于GPS技術是由美國軍方制作并控制的，因此我們在使用GPS數據時就要考慮到數據的真實性和數據的實用性。美國軍方可以隨時修改我們使用的數據，如果數據不準確一切工作都沒有任何用途。

另一方面，由于GPS定位系統是基于美國軍方的國家戰略研發的，所以其對外開放的徹底性還有所保留，加上整個系統本身研發時的局限性和民用領域的不斷延伸，所以同其他測量手段一樣，GPS測量誤差也不可避免，因此在進行海洋測繪的時候需要注意出現的誤差。

2.解決方法

在數據使用的問題上，我們目前還沒有什么衛星定位系統可以和GPS衛星定位系統相比，不論是我國的北斗系列，還是GLONASS 全球導航衛星系統或Galileo系統總體功能現在都無法與GPS相比，因此我們要在研發新的系統的同時，還是要使用GPS的數據來解決我們目前的一些問題。

對于GPS測量時產生的誤差，我們應該分析產生誤差的原因，一般出現的都是系統誤差。對于這些系統誤差，我們不可避免，因此只能通過一些參數來進行數據結果的修正。另外，還有一部分誤差是我們在進行數據轉換的時候產生的。因為GPS衛星定位系統采用的是WGS-84坐標系統，而在我們國家一般使用的是北京54坐標系統，因此在使用GPS數據時就需要進行坐標系之間的轉換。由于不同的地方的轉換參數不同，因此坐標系之間的轉換是一項浩大的工程，在轉換構成中就會產生一些誤差，對于這些誤差我們也只能盡量避免。只有這些誤差都減小了之后，我們進行海洋測繪的工作才能做的更精細，數據才能更準確。

四、海洋測繪學的新進展

1.海道測量。在海洋測深過程中，為解決回聲測深儀波束角效應使記錄的測深圖像失真問題，提出了波束角效應的改進模型及其改正算法。針對多波束測深數據集，采用改進的距離反比權重算法和多細節層次模型技術來建立海底數字地形模型（DTM）。應用雙頻GPS動態后處理高精度定位技術建立了一套完整的GPS無驗潮海洋深度測量作業模式，顯著提高了水深測量成果的精度。

2.海洋重力場與磁力場測量。有關海洋重力的確定，首先研究了建立我國陸海新一代平均重力異常數字模型問題：基于重力場的頻譜理論，給出了擾動引力在全球平均意義下的功率譜表達式；推導了垂線偏差同大地水準面差距偏導數的轉換公式；推導了水平重力梯度邊值問題的級數解。

對海洋磁力測量的研究，從磁偶極子磁場出發，推導出一個簡單的測線間距計算公式。基于磁力線定義和均勻磁化球體周圍的磁場分布，推導出一個簡單的磁力線簇公式。以陸用地磁日變站為基礎，結合DGPS系統和浮標技術，自行設計開發數據實時采集與傳輸系統。采用布設海底地磁日變觀測錨系的技術方法，解決了遠海區磁測日變改正觀測資料問題。

3.空基海洋測繪技術。首先是重點研究了利用有理函數模型實現高分辨率衛星CCD影像的單片定位的方法；其次是提出了一種遙感圖像半自動提取建筑物的方法；第三是提出了一種基于多分辨率小波高頻特征系數的高光譜遙感影像亞像素目標識別方法；第四是針對IKONOS高分辨率衛星影像處理中的不適應性，提出一種更為精確細致的圖像融合方法——自適應小波包分析法；第五是從測高衛星飛行軌道的規律出發，提出了采用“距離加權平均”計算正常點海面高的新方法；第六是研究了觀測衛星的選擇對基線解算質量的影響，提出了提高基線解算質量的人工選星的基線處理方法。

4.海圖制圖與海洋地理信息工程。首先是提出了基于Circle原理和“優勝劣汰”思想的地圖綜合新算法；其次是探討了數字測圖中的坐標變換方法，總結了一套作業思路和方法；第三是提出了基于Flash技術制作多媒體電子地圖的解決方案及實現過程；第四是研究了一種由計算機自動生成Delaunay三角網的增點生長構造法；第五是實現了MapInfo圖形數據在IE中的顯示與瀏覽，從而驗證了用VML實現地理空間數據可視化的可行性。

五、結束語

GPS技術已經廣泛應用于各個領域，在海洋測繪領域也不例外。對于海上定位，海洋的水下地形測量，GPS技術發揮了很大的作用，我們使用GPS技術讓我們在海洋測繪領域的成果更進一步，建立了海洋測量平面控制網。GPS技術的引進改變了傳統的測量方法，節省了很多人力物力。

參考文獻：

[1]朱道璋.淺析GPS測量的誤差及應對措施[J].江西省水利規劃設計院.2006.

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關鍵詞：海洋測量結果；降低誤差；措施

中圖分類號：K928文獻標識碼： A

引言

隨著人們對于海洋這一領域的深入研究，涉及海洋領域的工程項目也就變得越來越多。其中如果海洋測量時誤差過大，就會造成海洋工程在具體的施工過程當中的工作任務量大大增加，工程的成本大大增加。怎樣降低海洋工程測量結果的誤差數值，已經日益成為海洋工程測繪工作中的關鍵性問題。海洋測繪工作內容主要地包括以下幾點，海上定位工作、海洋的大地測量工作和水下的地形測量工作。海上定位一般指的是在海上對船位進行定位的工作。海洋 測量包括在海洋的廣大范圍中布置大地控制網絡，并進行相關海洋的重力測量工作。在這一基礎上開展水下的地形測量工作，水下地形圖的測繪工作，海洋大地的水準面的測定工作。伴隨人類對于地球科學的研究的不斷地發展，對于海洋領域的綜合性研究也變得越來越深入，海圖測繪面積越來越大，水下地形測量直達深海區域，海底灘涂的測繪已經涉及到近岸的淺海地區，港口的工程施工與港口的清淤工作以及航道的測量工程也變得越來越多，隨之而來的對于海洋的測量工作中精度的要求也已經變得越來越高。造成海洋測量結果誤差的原因，已經成為了海洋測繪工作者十分關注的問題。

一、在海洋領域進行測量導致誤差的原因

現代的海洋測量工作的特點顯著，不僅具有與現代的陸地地形的測量工作共有的特點，比如精度高、自動化程度高和效率高等，而且它還擁有自身獨有的特點，比如全天候的特點、測量作業呈現連續性的特點、誤差源十分復雜的特點、測量時的環境復雜多變的特點、由于海底地形是無法用肉眼直接看到的，因而難以直觀掌握相關實際情況的特點、測量的性質是屬于水下聲波進行探測，因此使用較多的是水下超聲波方式進行探測的特點、觀測時會產生大量測量數據的特點等。

海洋測量誤差的內容主要包括船只因素造成的誤差、船速因素造成的誤差、潮位觀測因素造成的誤差、聲速誤差與儀器誤差等。

儀器誤差是指由于測量所采用的儀器在性能上的差異而導致的誤差或由于對探測儀的裝配不當等所造成的誤差。由于探測儀自身在性能上的差異而導致的誤差是指探測儀在使用過程中，或是在多次的探測儀的使用過程中，由于電壓電池的換擋因素與降低因素、元器件老化因素等所造成的在轉速與聲速方面的變化，因此對于水深的測量在精度上所產生的一定影響。與此同時，由于型號的不同和使用程度的不同，相關探測儀對于反射聲波加以接受時的敏捷度也是有所差異的。不僅如此，當與水草介質、雜物介質、泥漿介質等相互碰撞時，也會導致水深數據的虛假，于是對于測量的真實度與精度也是都會造成影響的。

聲速誤差是指走航式的水深測量會依據聲波來對深度加以測量的誤差。這類誤差是由于當聲波在水中進行傳播時的速度將會對水深的精度方面的測量工作造成較大的影響而導致的。

潮位觀測誤差是指水深測繪所得到的結果是通過理論上的這一區域最低的潮位的信息，應當把外業所測繪的數據計算到最低的潮位面上，因此，在對潮位加以測繪工作時的準確程度將會對水深測繪的精度而產生影響。

船速誤差是由于探測儀的自身的工作原理而造成的，因此探測儀會在水面上朝著海底的方向來發射出聲波，聲波當觸碰到了介質面而進行反射過程時，會被換能器來接受，依據接收到的時間原因、聲速原因等，來推測地得出這一位置的水深。因此水深測繪本身是動態性質的一種測繪，而當水深比較大的環境條件下，聲波在接受與發射間會產生時間差，在產生的時間差內，船只卻早已航行出了相當的一段距離，因此才會產生這類誤差。

船只原因同樣會對最終測繪所得的精度造成很大的影響，在對水深地形進行測繪工作時，船型與船的大小將會使得測繪工作形成很大的影響。假如船只的體積太大，那么其在工作時就很容易產生擱淺現象，并且相應的船只在吃水方面會太深，對淺水帶附近的數據無法有效的測繪。假如船只太長，在運行過程中的靈活性會受到一定的影響，很難按照預先設定的方式進行測繪。假如船只短，船體進行回旋的半徑就很小，在拐彎與掉頭的過程中，就會具有很大的靈活性。近年來，海上活動與人工飼養十分頻繁，在測繪的過程中，船只受到障礙物的影響，也會產生測繪誤差。

在實際使用無驗潮方式進行水深測繪時，測繪結果精度會由于船體的搖擺、采樣速率、同步時差及RTK高程的可靠性等原因造成的誤差的影響，這些誤差遠遠大于RTK定位誤差，從而成為無驗潮方式水深測繪精度提高的瓶頸原因。

二、降低海洋測繪結果誤差的措施

假如海洋測繪的誤差程度較大，會使海洋工程在施工過程中的工作量增加，增加工程的成本。為了降低海洋測繪結果的誤差，應當對測探儀來進行定時的檢查工作，選用有模擬記錄的專業測深儀來進行操作，在工作的過程當中選用的船體應當滿足靈活性和適宜性的具體需求，從而確保在外作業得以有效地進行。與此同時，由于考慮到氣象原因對于船只的具體影響，當進行探測工作時，防止波浪對于測繪工作的準確程度的不必要的影響。

為了最大限度地降低測繪結果中的誤差，當進行探測工作時，應當依據電池電壓所產生的變化，來對聲速、吃水線與正零線來進行選擇工作，如果水深已經深于十六米時，應當對測探儀的換擋工作加以誤差檢驗。在成圖以前，應當把電腦所采集的數據與模擬記錄的數據加以驗證，從而減少假水深所產生的危害，并且要進行必要的改正工作。而在對于換能器加以安裝時，應當首先使得全體的船員都上船，并要使船體盡可能地確保平衡與穩定，然后再對換能器加以固定，并努力地調整好其吃水的深度，從而確保換能器在吃水上的準確與穩定。

為了最大限度的降低測繪誤差，測繪前，先要確定測區范圍與測圖比例尺，設計圖幅，準備圖板與展繪控制點，布設測深線與驗潮站，以及確定驗流點與水文站的位置。測繪時，測繪船沿預定測深線連續測深，并按一定間隔進行定位，同時進行水位觀測。測繪中要確定礁石、沉船等各種航行障礙物的準確位置，探清最淺水深及其延伸范圍。同時還要進行底質調查，測定流速與流向，以及收集水溫與鹽度等項資料。取得水深的原始資料后，要對它進行各項改正，檢查成果質量，最后繪制出成果圖板。

RTK高程用于測繪水深，其可靠性問題是倍受關注的問題。在作業之前可以把使用RTK測繪的水位與人工水準觀測的水位進行比較，判斷其可靠性。為了確保作業精度，可從采集的數據中提取RTK高程信息繪制水位曲線。根據曲線的平滑程度來分析RTK高程有沒有產生個別或部分點出現急劇升高或降低的情況，然后使用修正的方法來改正個別高程存在錯誤的點。

對于聲速誤差，在進行測探之前，應該對測深器的數值進行測定，因此設置聲速值的水平會對測深數據的精確性產生較大的影響，一旦出現了聲速值設置不合適的問題，很容易使測深的結果變淺或者變深，假如沒有通過其它的方式進行檢驗，很難對系統誤差進行發掘。

對于采樣速率及延遲造成的誤差，可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測繪結果計算得到，也可以采用以往的經驗數據。船體搖擺姿態與動態吃水的修正，可用電磁式姿態儀修正船的姿態。船的航向、縱擺與橫擺等參數都可以通過姿態儀輸出，借助專用的測繪軟件可以修正這些參數。

結束語

隨著社會發展對水下地形測繪要求的提高，傳統單波測深儀已經無法滿足日益增長的新需求，多波束水深測繪技術的出現帶來了海洋測繪技術的一次重大變革。多波束測繪技術的發展與海圖數據庫的建立，將會對數據庫產品化產生重大影響，使得海洋測繪產品化的時間得以有效縮短，并能提高海洋測繪產品的多樣性。衛星定位、聲波測深、激光測深、遙感探測等技術的不斷發展，使得海洋測繪已越來越向現代化、高效率、高精度發展，測繪誤差得到了極大的降低。

參考文獻

[1]鄭克斌,翟國君,趙立霞.海洋測量成果質量控制的探討[J].海洋測繪,2014,(2).

篇5

關鍵詞：測量技術，數 字化，信息化

中圖分類號： TM930.9 文獻標識碼：A文章編號：

Abstract: this paper mainly introduces the traditional measuring the concept of learning and research objects, measurement of new technology global positioning technology GPS geographic information technology GIS remote sensing technology RS 3 S and digital photography in the measurement of the advantages and the new technology development in national economic construction of survey, design, construction and maintenance of the various stages of applications.

Keywords: measurement technique, number of words, information

隨著科學技術的飛速發展 ，計算機 網絡技術、衛星定位系統以及地理信息系統的運用使得現代測繪技術的作用領域不斷擴大。目前，世界上已有多個國家實現了現代數字測繪技術代替傳統的模擬測繪技術，數字化信息也正朝著網絡化的方向發展，這標志著數字化時代已經來臨。近年來，我國經濟社會信息化水平不斷提高，使得社會各個領域對數字化測繪產品的需求量也隨之增加，數字化基礎地理信息已經成為一種不可或缺的數字地理空間支撐條件。現在，我國正處于非常重要的發展時期，要進一步加強水利、交通、能源等基礎設施的建設 以及自然資源的開發利用，這對測繪技術提出更高的要求，同時也提供了更廣闊的發展空間。

1、傳統測量學

傳統測量學是研究如何測定地面點的平面位置及高程，如何將地球表面的地貌及其它信息測繪成圖，如何確定地球形狀和大小，并將設計圖上的工程構造物放到實地上的科學 它的任務與作用包括測繪與測設兩個方面 測繪是測定地球表面的自然地貌及人工構造物的平面位置及高程，并按一定比例尺縮放成圖，供國防工程及國民經濟建設規劃設計管理和科學研究用，測設是將設計圖上的平面位置和高程實地標設出來，作為施工的依據。

測量學按其研究的對象和應用范圍可分為以下幾門課程：

普通測量學，研究將地球表面局部的地貌及人工構造物測繪成大比例尺地形圖的基本理論和方法的科學，這是測量學的基礎。

大地測量學，研究地球表面區域的點位測定以及整個地球的形狀大小和地球重力場測定的理論和方法的。

科學攝影測量學，研究利用攝影和遙感技術獲取被測地表物體的信息，進行分析處理，繪制成地形圖和數字模型的理論和方法的。

科學工程測量學，研究工程建設在規劃設計、施工運行、管理等各階段經行的測量工作的理論和方法的科學制圖學，研究將地球表面的點、線經過投影變換后繪制成滿足各種不同要求的地圖。

2、 測量技術的發展

技術（GIS）遙感技術（RS）及數字攝影測量近些年來，伴隨著科學的發展，測量科學也有著巨大的進步，現代數字化技術全球定位系統（GPS ）地理信息技術（GIS ）遙感技術（RS ）及數字攝影測量等各種新技術在測量學中得以研究和應用。

2.1 GPS技術

全球定位系統（GPS ）是美國軍方在 1973 年開始發展的新一代衛星導航和定位軍事系統，由分布在六個軌道上的21+3個衛星組成，民用限制使用。大約1983年開始用于解決大地測量問題，它的基本定位原理是依據用戶和四顆衛星之間的偽距測量，根據衛星在適當參考框架中的已知坐標確定用戶接收機天線的坐標信號由衛星發出，基本觀測值是信號由衛星天線到接收機天線傳播的時間間隔，然后用信號傳播速度將信號傳播時間換算成距離。按照原理，只要同步觀測三顆衛星即可交會出測站的三維坐標 RTK實時動態技術是在 GPS基礎上發展起來的，能夠實時提供流動站在指定坐標系中的三維定位結果，并在一定范圍內達到厘米級精度的一種新的 GPS定位測量方式，是 GPS應用的重大里程碑 RTK測量是將 l 臺 GPS接收機安裝在已知點上對 GPS衛星進行觀測，將采集的載波相位觀測量調制到基準站電臺的載波上，再通過基準站電臺發射出去；流動站在對 GPS衛星進行觀測并采集載波相位觀測量的同時，也接收由基準站電臺發射的信號，經解調得到基準站的載波相位觀測量；流動站的GPS接收機再利用 0TF （運動中求解整周模糊度）技術由基準站的載波相位觀測量和流動站的載波相位觀測量來求解整周模糊度，最后求出厘米級精度流動站的位置 RTK測量可以不布設各級控制點，僅依據一定數量的基準控制點，便可以高精度快速地測定圖根控制點界址點、地形點、地物點的坐標，利用測圖軟件可以在野外一次生成電子地圖 同時，也可以根據已有的數據成果快速的進行施工放樣，因此，RTK被廣泛應用于圖根控制測量，地籍房地產測繪數字化測圖及施工放樣等各種工作中。

2.2 RS技術

遙感（RS ）是不接觸物體本身，用傳感器采集目標物的電磁波信息，經處理分析后，識別目標物，揭示其幾何物理性質和相互聯系及其變化規律的科學技術一切物體，由于其種類和環境不同，因而具有反射或輻射不同波長電磁波的特性。遙感技術就是利用物體的這種電磁波特性，通過觀測電磁波，從而判讀和分析地表的目標及現象，達到識別物體及物體存在的環境條件的技術。

2.3 GIS技術

地理信息系統（GIS ）是在計算機軟件和硬件支持下，把各種地理信息按照空間分布及屬性以一定的格式輸入、貯存、檢索、更新顯示、制圖和綜合分析應用的技術系統，它是將計算機技術與空間地理數據分布相結合，通過一系列空間操作和分析方法，為地球科學，環境科學和工程設計，乃至政府行政職能和企業經營提供對規劃，管理和決策有用的信息，并回答用戶提出的問題。目前 GIS不僅發展成為一門較為成熟的技術科學，而且已經成為一門新興的產業，在測繪 地質礦產、農林水利、氣象海洋、環境監測、城市規劃土地管理區域開發與國防建設等領域發揮越來越重要的作用。采用 GIS 數據庫內外一體化測圖掃描矢量化及全數字攝影測量等技術，為專業信息系統提供及時、準確、標準化、數字化的基礎空間信息，以建立各類專業信息系統，從而實現管理的科學化、標準化、信息化。

2.4 3S 技術

3S技術的集成，是 GPS， RS， GIS技術的發展，并走向集成，是當前國內外的發展趨勢在3S技術的集成中，GPS主要用于實時快速提供目標物的空間位置，RS用于實時快速提供地表物體及其環境的幾何物理信息，以及它們的各種變化 GIS則是對多種來源時空數據的綜合處理分析和應用的的平臺。

2.5 數字攝影測量技術

數字攝影測量是基于數字影像與攝影測量的基本原理，應用計算機技術、數字影像處理、影像匹配、模式識別等多學科的理論與方法。航空攝影測量是大面積大比例尺地形測圖、地籍測量的重要手段與方法，可以提供數字的、影像的、線劃的等多種形式的地圖產品全數字攝影工作站的出現，加上 GPS技術在攝影測量中的應用，使得攝影測量向自動化、數字化方向邁進隨著全數字攝影測量系統的應用，攝影測量產品已經從影像圖等向 4D產品轉化，為建立各類專業的信息系統和基礎地理信息平臺提供了可靠的數據保證。

2.6地圖學技術

現在，地圖學已經朝著多層次 、多領域、多時態以及多功能的方向發展。遙感技術 、地理信息系統 技術、自動制圖技術以及多媒體技術的發展使地圖學的理論、技術和工藝發生巨大變化。地圖學技術發 展的關鍵是如何把遙感技術和其他快速更新地圖信息的手段結合，研發出實用化專題地圖設計專家系 統、地圖自動編輯制版系統以及地圖信息分析應用專家系統 。

2.7海洋測繪技術

在海洋測繪方面，海洋測繪技術向著高精度、全覆蓋以及全過程自動化的方向發展。利用衛星定位技術或卡爾曼濾波等方法可提高海洋測繪定位精度 ，研發航空航天遙感測深系統或高精度條帶式測深系統來達到全面覆蓋測量海洋信息的目標，進一步提高海洋測繪自動化過程，通過與海洋圖自動制圖技術的鏈接建立海洋圖數據庫，最終建立海洋測量信息系統。

3、現代測繪技術的作用

3.1在地理信息系統建設中起主導作用

地理信息系統 ( GI S )主要分為 2種，即基礎地理信息系統和應用地理信息系統。現代測繪技術 主要為基礎地理信息系統建設服務，同時為應用地理信息系統建設提供地理信息平臺。GIS的重要內容是地理信息數據，必須依靠現代測繪技術獲得良好的地理信息數據。因此，現代測繪技術在地理信息系統建設 中起主導作用。

3．2為城市信息化管理提供幫助

測繪成果是對自然地理要素和地表人工設施的形狀 、大小 、位置以及屬性等測定的結果，能為城市規劃和土地管理等提供重要幫助。測繪資料是一個各等級控制點坐標和各種比例尺地形圖，其含有極豐富和詳細的地理信息，是城市信息化管理中有關地理信息的唯一來源。由于不同管理部門的職能不同，其對地理信息了解的詳細程度的要求也不一樣。例如，在城市里同一塊區域，城市規劃建設和土地管理 等管理部門需要信息量大且準確的較大比例地形圖，因為其需要了解該區域建筑物的布局以及土地使用情況，而供電供水部門需要鋪設管線，則需要細化到單體房屋類型和結構的地形圖。

3.3滿足人們對地理位置信息的需求

在現實生活中人們都使用過交通 圖等地形圖，表明地理位置信息已經成為人類生活的重要組成部分，而測繪資料是繪制地形圖的基礎，因為構建高質量地形圖的關鍵必須依靠準確詳細的測繪資料 。隨著 GI S與光盤存儲技術、可視化技術和多媒體技術的融合 ，以及與 GPS和遙感技術 ( RS)的集成，將使空間信息獲取和處理更新速度大大加快 ，使人們能夠對空間信息進行適時處理 ，例如進行車輛定位、手機定位等 ，從而極大地滿足了人們對地理位置信息的需求。

篇6

【關鍵詞】測繪；發展；探測技術；應用

測繪學是一門關于地球空間信息的學科，是采用各種方法和手段研究空間對象的定位、描述和表達，動態變化與監測，并將所獲得的各種空間信息進行加工、存儲與處理，使之綜合應用于經濟建設、國防建設、科學研究、社會發展等各個領域中所形成的一門學科。測繪科學既是地球學科的重要分支，又是一門工程應用學科，她服務于各種工程建設，包括地面、空中、地下、水下各種民用工程、礦山工程、海洋工程、軍事工程、環境工程、生態工程等領域。現代測繪科學研究的主要對象是空間信息，而以空間信息理論為核心的測繪學科，與地學、生態、環境、城建土地管理等相關學科都有密切的聯系。現代測繪高新技術，往往是多種專業技術的綜合系統，只有將各類知識融會貫通，構成有機的知識網絡，才能適應現代科技相互交叉、滲透、移植的特點。測繪的范圍從地面擴展到整個近地空間，加之通訊、計算機網絡等信息技術，給測繪學的發展提供了廣闊的發展空間。隨著數字地球構想的實施，測繪學面臨一個歷史性的發展新機遇，傳統的或現代測繪學將以地球空間信息學的新面目立于地球科學分支學科之林，以更強的活力向前發展。

現代測繪技術主要有：（1）空間測繪技術（2）航空、衛星重力探測技術（3）航空航天遙感技術（4）地圖制圖與地理信息系統技術（5）GPS、GIS、RS的三S集成技術。測繪科學與技術下設大地測量學與測量工程、攝影測量與遙感、地圖制圖學與地理信息工程三個研究方向。

大地測量學與測量工程專業是培養具備地面測量、海洋測量、空間測量、攝影測量與遙感以及地圖編制等方面的知識，能在國民經濟各部門從事國家基礎測繪建設、陸海空運載工具導航與管理、城市和工程建設、礦產資源勘察與開發、國土資源調查與管理等測量工程、地圖與地理信息系統的設計實施和研究、環境保護與災害預防及地球動力學等領域從事研究、管理、教學等方面工作的工程技術人才。

攝影測量與遙控專業是結合攝影測量（解析攝影測量、數字攝影測量）、地理信息系統、圖象信息處理以及遙感的系統理論和有關儀器設備的原理，培養從事攝影測量與遙感技術領域的地圖制作，建立地理信息系統，進行資源調查以及近景攝影測量生產與研究的高級工程技術人才。

地圖制圖學與地理信息工程已從傳統的地圖繪制發展成為運用現代計算機技術與信息通信工程。

現代測繪學的內容廣泛，任務涉及面大，是現代高新技術互相滲透的結果。現代測繪學與傳統的測繪學有所不同，它不只是手段先進，方法新穎，而且其研究和服務的對象、范圍越來越廣泛，重要性越來越顯著。

如上所述，現代測繪學是一門科學性、技術性很強的學科。對于國民經濟建設、國防建設以及科學研究等領域，是一門重要的基礎科學。

在工程建設方面，工程的勘測、規劃、設計、施工、竣工及運營后的監測、維護都需要測量工作。在軍事上，首先由測繪工作提供地形信息。在戰略的部署、戰役的指揮中，除必須究和服務的對象、范圍越來越廣泛，重要性越來越明顯。如上所述，現代測繪學是一門科學性、技術性很強的學科，對于國民經濟建設、國防建設以及科學研究等領域，是一門重要的基礎科學。

測繪工作是國民經濟建設和社會發展的一項前期性、基礎性工作，是構成地理信息產業的基礎和主干。它為國家經濟建設和社會發展提供與地理位置有關的各種專題性和綜合性的基礎信息，其成果是進行資源調查、環境監測、農田建設、能源、交通、水利等大型工程建設、城鄉規劃建設、土地開發利用、重大災害監測預報和科學研究、國防建設以及國家宏觀管理決策必不可少的基礎資料。

隨著空間科學、信息科學和計算機技術的飛速發展，測繪科學技術也進入了一個新時代。目前，國內外測繪科學技術的發展出現了下列主要趨勢：

（1）大地測量自采用快速高精度空間定位技術，特別是GPS技術以來，逐步從靜態大地測量發展到動態大地測量，作用范圍從地球局部區域擴展到全球，研究對象從地球表面幾何形態深入到研究地球內部物理結構及其動力學機制，傳統大地測量理論和技術將產生重大變革。應用大地測量技術對地殼運動和海平面變化進行精確監測和研究，及時對因環境變化而產生的自然災害做出精確預報將受到普遍的重視。

（2）攝影測量的發展經過模擬攝影測量、解析攝影測量時代，已經于本世紀90年代進入到數字攝影測量時代。數字化攝影測量系統已經進入商品化的階段；將數字攝影測量系統與地理信息系統結合，促進了測繪生產過程的數字化和自動化；利用GPS確定航攝外方位元素，從而實現無地面控制點或少地面控制點的航空攝影測量，擺脫繁重的野外控制測量工作。

（3）遙感技術正朝向多種傳感器、多級分辨率、多頻譜、多時相的信息獲取和快速實時的智能化信息處理的方向發展。利用遙感技術對大陸、海洋、大氣等地球環境的變化進行長期觀測和分析，已經與遙感制圖、地球資源調查一樣成為遙感技術的主要方向。高分辨率衛星攝影系統、高分辨率成象光譜儀、合成孔徑雷達等新型傳感器及其影象信息處理系統日益受到普遍重視。

（4）地理信息系統已在某些專業得到應用并進入商品化生產的階段，計算機技術和通訊技術的迅速發展，使GIS向多樣化和分布式處理邁進。在側重信息存儲、數據庫建立、查詢檢索、統計分析和自動制圖等基本功能的基礎上，GIS逐步進入開發分析、評價、預測、決策支持模型以及增加智能化功能的發展階段。

（5）地圖學的發展呈現出多層次、多領域、多時態、多功能的特點，遙感技術、地理信息系統技術、機助制圖技術與多媒體技術的發展將使地圖制圖學的基本理論、技術方法和手段、工藝過程發生根本性的變化。研究解決利用遙感技術和其它手段快速更新地圖信息，實現地圖內容的自動綜合，以及研制實用化專題地圖設計專家系統、地圖自動編輯制版系統和地圖信息分析應用專家系統，是當今地圖制圖技術發展的關鍵。

篇7

摘要:

多波束水柱數據攜帶了波束從換能器到海底的完整聲學信息，可用于探測海面至海底的聲照射目標。通過對多波束原始水柱數據文件(*.all，*.wcd)解析，分析提取水柱數據繪制其航向剖面圖、垂直剖面圖和波束陣列圖。利用水柱影像分析工具可清晰判斷水體中目標物的形狀、大小和位置，獲得傳統多波束深度測量無法探測到的細小特征。實例分析表明，研發的水柱影像分析工具在水柱成像及水體目標探測識別中有著重要應用價值。

關鍵詞:

海洋測量;多波束測深;水柱影像;水柱數據;目標探測

1引言

多波束聲納水柱影像在水下目標探測中應用廣泛［1］，可反映聲波穿透區整個水體中目標物反射信息［2］。在探測航道礙航物［3］、沉船［4－5］、水雷和潛艇等民用和軍事目標，監測海底熱液噴口、氣層泄露［6］、海洋內波［7］等海洋環境活動中有著重要作用和應用前景。隨著多波束技術研究和硬件設備的發展，大部分多波束測量系統擁有測量水深數據同時記錄水柱數據的能力。國外研究者開始發掘其中的重要價值，Marques［8］研究表明多波束水柱影像可用于識別和精確定位海水中懸浮目標，用于海洋學研究、海事搜救和打撈、軍事應用以及地質活動跟蹤。Auke［3］使用水柱數據分析了沉船桅桿等物體的成像和跟蹤能力。HugeClarke［4－5］等提出使用多波束水柱數據成像并改進精化沉船的最淺深度。多波束水柱信息尚是一個新生事物，在目前國際上還未推廣應用，國內學者對其研究甚少。同時，許多廠商采集的水柱信息采用自定義的格式存儲，成像、處理與分析軟件極其缺乏。本文對KongsbergSimrad公司生產的EM系列多波束聲納系統采集的原始水柱數據文件(*.all和*.wcd)進行結構分析、數據提取和水柱成像分析工具的設計與開發。將水體目標以不同視野清晰顯示，輔助測量人員對目標物的形狀、大小以及位置等信息進行判斷，獲取傳統多波束深度測量無法探測的詳盡水體中目標信息。

2水柱影像分析工具設計實現

分析工具基于MicrosoftVisualStudio2010MFC平臺進行界面設計和程序實現，分為顯示和分析兩個模塊。顯示模塊主要對航向、垂向以及波束陣列方式進行影像顯示;分析模塊則提供在時間序列和角度序列上的數據變化信息，主要用于后續研究。為了使圖像能更清晰完整地反映水體中目標特征，引入了圖像插值和灰度變換技術，進一步提高了目標識別率和成像效果。

2.1水柱成像原理

多波束聲納工作時，換能器發射基元陣列持續發射聲波，聲波從水體至海底經過反向散射后，再由接收換能器對回波信號進行接收。對于傳統的深度測量，僅探測代表波束腳印中心處的平均往返時間或相位變化［9］;而水柱數據則是采集沿探測波束方向上反向散射強度的時序觀測量，其采樣個數是同時水深測量的成百上千倍。在不考慮聲速、水深環境、海底起伏等因素下，隨著測量船的行進，每條測線可獲得一個三角柱體，見圖1。水柱數據采集為等時間采樣模式，根據儀器設定的脈沖寬度和采樣頻率決定當前水深環境下波束序列的采樣點個數，結合聲波在水中傳播速度以及波束入射角可計算當前采樣點在換能器坐標系下的位置，見公式(1)。R=n×ssf(1)式中，R為當前采樣點到換能器的距離;n為波束采樣點點號;ss為聲波在海水中傳播速度;f為采樣點的采樣頻率。

2.2顯示模塊設計

根據不同視角將水柱影像成像設計為航向、垂向和波束陣列3個顯示模塊，分別與其水柱影像圖對應顯示。測量船沿測線方向連續采樣時，將當前測線下采集到的所有水柱采樣點按照其反向散射強度大小堆疊投影至YOZ平面(圖1)，即生成水柱影像航向圖(圖2(a));每一瞬時發射接收周期(Ping)下所有反向散射強度采樣點進行歸位計算后全部繪制到XOZ平面(圖1)，即為水柱影像垂向圖(圖2(b));將當前Ping下所有采樣點按照其所在波束角和采樣點號依次平行排列則生成波束陣列圖(圖2(c))。航向顯示模塊中可查看在當前測線較長時間間隔下水柱中央內部的變化，對水體中存在的連續目標物及其走勢進行整體觀察和判斷;垂向顯示模塊對采集的每Ping數據進行檢查，可查看每一瞬時切面下水體內部及海底信息;波束陣列圖則是將每Ping采集到的全部采樣點數據盡數展繪，可避免數據的遺漏。3個顯示模塊相互輔助可提高水柱影像目標查找準確性。

2.3分析模塊

為準確判斷水體目標物的位置和反向散射強度等信息，需要對其所在角度波束的時間序列以及其相同旅行時處的角度序列進行分析。時間序列以波束傳播時間為橫坐標，角度序列以波束角為橫坐標，縱坐標均為反向散射強度(圖3)。通過垂向顯示模塊初步判斷目標物存在，選擇目標物所在同范圍曲線，根據角度序列圖中峰值位置判斷目標物所在波束角，選擇目標所在角度的時間序列圖，精確判斷目標物位置。

3關鍵技術及主要功能

3.1八鄰域插值

采集的原始水柱文件中，反向散射強度數據是按照波束角和采樣點號依次排列的，當歸算到直角坐標系時，波束邊緣出現空值，導致影像顯示不完整，極大影響影像識別。因此，須對在波束角范圍內的采樣空值點進行插值。數據解析中已知強度值區間為－64～0dB，空值區為0。定義一個3×3插值算子，算子中心O處灰度值為f(O)，如果出現空值點，f(O)=0，此時取與空值點鄰近的8個采樣點中非空值的平均值作為f(O)的值(圖4)。此方法可將待插值點和其周邊采樣點值相關聯，符合坐標轉化后的角度空值區的填補規律，十分便捷有效。插值前后細節區域對比效果見圖5。

3.2影像增強

3.2.1灰度變換

水柱數據成像時，將反向散射強度數據與灰度數據相關聯，即可生成原始水柱影像(圖6(a))。此時影像直方圖中目標灰度較為集中，且其灰度值總體較小，所成影像目標與背景較為相近，難以區分，目標成像不清晰。為使提升影像識別和細節表征能力，對原始影像進行如下灰度變換:灰度取反(圖6(b))、灰度增加(圖6(c))、灰度減小(圖6(d))、線性增強(圖6(e))、直方圖均衡化(圖6(f))。取反變換是對原影像中的灰度進行取反操作，實現底片效果;灰度增加和減小兩種變換是對影像加上或減去一定灰度值對其進行再現;線性變化是對所有灰度值乘上固定的系數，使灰度覆蓋范圍擴大或縮小;直方圖均衡變換是通過使用累積分布函數見公式(2)對灰度值進行“調整”，把原始圖像的灰度直方圖從比較集中的某個灰度區間變成在全部灰度范圍內的均勻分布。Sk=255×∑kj=0njn(2)式中，k=0，1，2，...，L－1;Sk為均衡化后的灰度值;n為影像像素總數;nj為影像中某個灰度色階j的像素數量;j的范圍為0～k;L為影像可能的灰度級數。

3.2.2變換效果分析

通過圖6中各種灰度變換后的水柱影像圖及其灰度直方圖，可以直觀看到灰度變換的效果。雖然灰度取反、增加和減小對影像可見度有部分改善，但線性增強和直方圖均衡化對影像優化更加明顯。線性增強可根據用戶設定的縮放參數對圖像進行灰度縮放，調整至最優視圖。直方圖均衡化則表現了更優秀的成像能力，增強對比度，大大減少對弱回聲目標的遺漏現象。綜合比較后，直方圖均衡變換方法是適合水柱二維影像灰度變換較為理想的方法。分析工具提供了以上各種變換，用戶可根據需要選擇適宜的灰度變換方法。

4實例分析

本次實驗對象為1991年被作為休閑潛水設施沉沒的貨船MVG.B.Church，它沉沒區域的水深約為24～27m，船身長54m，甲板上繩索齊全，桅桿和吊艇架均完整存在。實驗對象在沉沒前被測量并拍照記錄，其突起物大小、特征和位置均有據可查。實驗多波束設備為EM3002型號，同時采集測深數據和水柱數據，原始水柱文件記錄數據類型為*.all格式。讀入文件后可在水柱影像分析工具的主界面看到航向和垂向兩個顯示模塊。航向顯示模塊中可觀察到沿航跡線方向上有疑似沉船目標物的存在，并能看到其桅桿、繩索等細部特征物。在航向顯示窗口中選擇目標Ping后即在下方窗口中顯示其垂向圖。本例為桅桿所在Ping，此時可在右側波束信息顯示區域得知桅桿所在Ping號為58131，其波束開角為129.66°，波束數為160個，當前聲速值為1477.2m/s，采樣頻率為7146.5Hz，海底深度為26.7m。根據設計的深度拾取功能還可查看桅桿最淺點的深度值約為4.1m。若使用波束陣列顯示模塊，則可得到目標Ping的波束陣列圖(圖2(c))。使用分析模塊對水柱影像進一步分析時，可選擇指定波束角和相同范圍曲線，即得到相應的時間序列圖和角度序列圖(圖3)。通過分析，可進一步確定沉船細節部分所在波束角、相對于換能器的位置以及目標物反向散射強度等重要信息。由于桅桿目標較為細長，傳統的多波束測深時未能將其作為底部采樣值記錄或者將其作為噪聲點過濾，此時不能得到此區域正確的最淺深度，危及航行安全。而在水柱影像中能夠清晰觀察到桅桿的存在，并可通過分析工具判斷桅桿所在位置的最淺點。水柱影像圖中還可觀察到將環境噪聲和旁瓣噪聲的存在，如徑向噪聲、鏡面回波和第一回波。由于海底反射較為強烈，導致海底所在相同范圍曲線上所有采樣點反向散射強度值增加，繼而會掩蓋部分區域真實目標。因此在水柱數據采集時，為保證水體目標物擁有較好的可視度，應使其分布在最小斜距范圍以內。

5結束語

水柱影像提供了水體中目標物更豐富的細節信息，可用來輔助多波束測深數據處理。但由于其數據量較大以及其格式的不統一，給研究者帶來了困難。本文介紹了一種多波束聲納水柱影像分析工具，可對*.all和*.wcd格式的原始水柱數據解析成圖。并使用八鄰域插值法以及直方圖均衡等灰度變換法對水柱影像可視度和目標可見度進行較大改善。同時，可對影像圖、時間序列和角度序列等原始數據進行提取保存，為進一步的分析研究奠定基礎。通過實例驗證了分析工具的功能性以及水柱影像的更為詳盡的細節記錄和重現能力，可作為輔助多波束測深以及水體目標探測分析的有效工具。

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篇8

關鍵詞：GPS技術 測繪工程 應用 發展

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0038-01

由于GPS技術的高速發展使得GPS技術在測繪工程中得到普遍應用，下面簡要介紹GPS技術的特點和工作原理。

1 GPS技術的特點和在測繪工作中的工作原理

1.1 GPS技術特點

GPS技術可以實現全天候定位。只要能夠連接到通過GPS定位衛星，就可以對某一地區進行全天候的定位和測量。對著科技的不斷發展，GPS技術的穩定性和持續性進一步增強，實現會不間斷地為我們提供想要的測繪數據。

GPS技術的測量精度高，對于某一區域的測量和定位GPS技術可以保證誤差在幾米范圍內，能準確的反映出測繪地形的真實數據。在300～1500 m工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1 mm。

操作簡便，GPS技術的儀器設備大多數都已經實現自動化，當儀器參數設置好之后只要人工監測儀器是否正常工作就可以得到想要的數據。即使沒有受到過專門的GPS技術培訓，也能掌握GPS設備的使用方法，利用測得的數據開展測繪工作。

1.2 GPS技術原理

傳統意義上GPS技術的基本原理就是通過衛星測量出接收器與目的地之間的距離。它的工作原理是GPS接收機設置在需要進行測量的點位上，在同一時刻接收四顆以上的GPS衛星傳輸的電文數據。通過計算機對GPS接收器中的各種數據進行計算分析，測算出某一時刻GPS接收器與GPS衛星之間的距離，同時獲得測量點位的精確地理位置，獲得測量點位的三維地理坐標。

GPS系統主要由GPS衛星星座、地面監控部分和用戶接收部分組成，下面利用表格對這三個組成部分進行分析說明見表1。

2 GPS技術在測繪工作中的應用

2.1 GPS技術在海洋測繪中的使用

隨著人們海洋意識的不斷增強，人類對海洋的開發日趨頻繁，對海洋開發的步伐日益加快。現階段，人類在海洋上修建了港口、碼頭、石油鉆井等設施，在未來人類還要潛入海底對海洋進行更深層次的開發，但傳統的水下測繪技術一直困擾著水下地形圖的測繪，水下地形圖遠遠落后于對海洋的開發腳步。這就要求我們利用GPS技術對海洋的水下環境進行精確測繪，得到更精確的水下地圖，為人類的海洋開發做出貢獻。

水下地形測量工作中的測量重點是對海道進行測量，海底點的三維坐標或者平面坐標是依靠海地控制測量來確定的，而水下地形測量中所需要的水深數據，則是依靠水深儀器來單獨測量。在近海領域測繪水深圖和水下地形圖，可以將基準站建立在附近海岸上或者周邊島嶼上，為了確保海上定位的精度足夠高，可以采用動態相對位技術來進行定位。同時將GPS接收機和探測儀安裝在測量船上，測量船利用GPS技術進行導航和定位確保行駛在預定航線上，探測儀則按照定時或定距的規律進行超聲波發射和接受工作，并將GPS的相關結果和數據進行記錄，將這些記錄下的定位信息、水深信息輸入到系統（電子手簿和計算機、繪圖儀等組成）中去，從而完成測繪水深圖和水下地形圖的繪制工作。

2.2 GPS技術在土地測繪中的使用

傳統的土地測繪方法為得到更精確的測量數據主要采用補測法，補測法又細分為簡易補測法和平板補測法。這兩種方法主要利用簡單的測量工具和簡單的幾何方法對土地實施測繪。這兩種測繪方法要求測繪土地周圍要有足夠的參照物，否則就無法確定土地的基本數據，在測量過程中，測量出的數據容易受到主觀因素的影響，造成測繪的精度降低，測繪的質量不高。

GPS技術的抗干擾能力強，測量精度高，操作方便，同時工作效率高，經常被用來輔助地籍測繪工作的進行，而且GPS技術成功布設地籍平面控制網以后，能夠實現全天候作業，不受時間、氣候等因素的干擾。將GPS技術應用于地籍測繪工作中，不僅能夠提高測繪精度，而且能夠縮短測繪時間，降低工作強度，提高測繪效率。地籍測繪工作中，需要進行進行局部地籍細部測量，測量的內容包括測定界址點、測繪地籍圖、面積量算等，所以對技術的要求極高，而GPS測繪技術能夠將測量誤差控制在5 cm以內，足以滿足地籍細部測量中對精度的要求。

2.3 GPS技術在工程變形監測工作中的應用

現在高層建筑不斷增多，對與高層建筑的工程質量檢測也變得越來越重要。高層建筑在施工和使用過程中有可能會出現變形問題，造成變形的原因可能是多方面的，也許是人為的原因造成的，也許是地質原因造成的，也許是自然原因造成的。對變形原因的分析成為當前保障建筑安全的最關鍵問題。利用測量精確度極高的GPS技術，對整個建筑進行三維測定，精確測定出建筑物各個位置的當前數據。在施工和使用過程中還要對整個建筑進行實時監測，與之前檢測到的數據進行分析對比，掌握建筑的細微變化，對建筑的施工和使用提供參考依據。

（GPS只能用于做控制。）

3 結語

在測繪工程中廣泛使用GPS技術，可以提高測繪的工作效率，提升測繪數據的準確性。GPS技術有著全天候、高效率、低成本的特點，在越來越多的測繪工作中得到應用。目前，隨著GPS技術的不斷提高，GPS技術一系列的配套設施也得到了改進與創新，為測繪工程的進一步發展提供了必要條件，為人類提供了更精確的數據，為現代化的測繪工作作出貢獻。

參考文獻

篇9

關鍵詞：地理信息系統；設計；管理措施；測量

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

前言：地理信息指的是將于地面空間上有關的數據信息、地形信息等所有相關數據進行整合處理，并將這些信息進行組織，最終形成一個系統的過程。地理信息系統是一個多學科的系統工程，實現了數據的共享，并為測繪工作提供了方便。文章中筆者結合多年的工作經驗對多元地理信息的獲取及系統的維護進行了簡要的介紹，從地理信息系統的設定目標、內容以及系統的開發與利用多方面進行闡述，希望對同行有所幫助。

一、地理信息系統（GIS）的概念分析

地理信息系統（GIS）的基礎是地理空間數據庫， 建立時所采用的方法是地理模型分析法，通過及時的將各種動態的和空間的地理信息提供給地理信息系統，進而服務于地理決策和地理研究，屬于現代化的計算機技術。具體可以概括為以下三個方面：

（1）首先采集地里的空間信息之后將這些信息進行整理，并將其輸出，將這些信息轉化為有重要價值的信息數據庫。在進行地理信息系統的管理過程中要求具有較高的空間感和動態性。

（2）地理信息系統的研究對象是地理，使用科學合理的模型進行分析然后分析出決策，使其變為具有價值的信息系統。需要使用高新技術以及強效的預測和多種要素綜合而成。

（3）全程由計算機系統操作執行來完成地理信息系統，利用計算機的計算和模擬功能進行地理數據的管理。也就是說通過計算機將地理信息簡化濃縮成一個具有邏輯性的小模型，但

是要求涵蓋各方面的數據。

二、地理信息系統建設的內容

我國大地測量數據系統的功能是用來儲存我國大地測量的數據，主要包括控制網和大地水準網的數據，并且可以向外界提高數據資料，并對測量成果進行有效的管理。

（1）測繪數據系統主要為市政工程建設、城市規劃以及其他部門提供準確、直觀的數據。

（2）海洋測繪數據系統。海洋測繪數據系統應涵蓋海洋重力測量情況、水深測量、海洋測量的控制網等多方面的數據，并且應包含海洋氣象信息、潮汐、洋流等信息。

（3）地理信息系統可以為測繪工作提供詳細的數據基礎，可以有效提高城市測繪工作的科學性和準確性。相對傳統的測繪工作有很大的進步。地理信息系統進行測繪時是利用計算機

的快速的計算能力和邏輯能力提供多種選擇，并且可以有效提高工作效率，提高測量的精度。除此之外，計算機系統可以自動生成數據庫、報告和表格，并且可以及時進行數據的修正和刪補，確保測繪工作的順利展開。

（4）一般情況下城市規劃設計主要是為測繪人員提供資料，測繪工作極為復雜，測繪的目的不僅是為城市規劃，但實際工程中，城市規劃和測繪工作存在脫節，測繪人員的目標不

清楚，測繪工作對城市規劃中的作用不顯著，配合不夠默契，地理信息系統的建立對于測繪工作的準確度和科學性奠定了堅實的基礎。數字化和信息化的發展為測繪工作有很大幫助，可以有效解決測繪工作中出現的問題，可以便于圖形的輸入、輸出，以及數據資源的貢獻。

三、地理信息系統設計與開發

（1）開發平臺和工具的選擇

為了保證地理信息系統的工作效率和成功率應慎重選擇合適的開發工具和開發平臺。計算機技術的高速發展為地理信息系統的設計和開發奠定了堅實的基礎，目前國內外已經有多種開發工具和平臺可供選擇。選擇時應保證平臺和工具具有良好的使用性能，并且保證常用功能的高效性，并要求具有漢字處理能力，并且能夠提供良好的聯機服務功能和優質的用戶界面功能，并能實現二次開發，可以升級和擴充。

（2）數據庫的設計

為了有效提高地理信息系統的運行效率就應嚴格遵守最小單元化和最小數據冗余度原則來進行數據庫的設計和建立。數據庫設計的目的應該符合測繪產品的生產，能夠確保將大地測量數據、城市測繪數據、海洋數據等地理信息數據根據不同的屬性存放在不同的數據庫中，形成不同的數據信息表，并且要求按照統一的標準編碼，并且實現數據的共享，便于地理信息系統的管理和維護，并且要保證數據資料的安全性和獨立性。

（3）人員配備和系統管理制度

地理信息系統開發設計過程中應建立一個科學完善的人員配備管理系統，確保地理信息系統可以得到高效的管理和有效的維護。配備的人員應該按照科學的管理方法形成一個全套的管理體制，進而提高工作效率。

四、工程測量的質量控制措施

目前，工程測量過程中的自量控制主要存在于兩方面：一方面是根據工程項目的管理要素進行分類；另一方面是根據工程測量的具體對象進行分類。根據以上兩種情況，工程測量又包括地形測繪工程中的質量控制、線路測量的質量控制以及施工過程中的施工放樣質量控制等。工程測量當中的質量管理則是由一些系統的、特定的做法組成的，主要包括質量目標、質量控制、質量監管、質量措施以及質量的審核等方面，利用這一體系來保障工程測量的正常進行。下面介紹工程測量的質量控制措施：

（1）工程測量的質量控制點

工程測量的質量控制點，是整個工程項目得以順利施工的一個很重要的關鍵點，一般情況下，工程測量的質量控制點又可以具體的分為工程測量的數據控制、工程測量的人員控制以及在工程側量過程中的數據采集。一定要注意的是，在進行工程測量的時候所選用的機械設備，一定要有高度的精確性，能夠科學、合理的表現出工程測量的結果，而最主要的就是要確保工程測量的質量。另外，工程測量的工作人員應該有能夠通過審查的必要的資歷證明，而且豐富的工作經驗，能夠保證工程測量工作的順利完成。在進行工程測量的時候，如果有反常數據出現，一定要對其進行重復測量，來保障所得工程測量數據的科學性、準確性和可信度。

（2）嚴格審查測量數據

每一個測量數據對工程都有著特別的作用，對工程項目的施工質量有很大的影響。所以，每一個經過測量得到的數據一定要經過嚴格的審查，一定要保證其屬性數據以及風格數據的質量達到了相關的標準，具有很高的準確性，只有這樣才能保證施工項目施工過程的安全以及工程的質量。

（3）正確使用和保管儀器設備

工程的測量工作離不開測量儀器，這些設備儀器就像是工作人員的雙手，失去了雙手的工作人員是不能順利的完成測量工作的。由于在大多的情況下，測量工作都是在室外進行的，而那些測量設備都是非常脆弱的，很容易受到外界的影響，所以在進行工程測量的過程中，工作人員除了要保證能夠正確的使用這些設備之外，還應該要做好所用設備儀器的保管工作。如果工作人員在使用的時候出現差錯，就很有可能出現錯誤的結果，或者是測量數據與真實數據存在很大的偏差，不能正確的使用設備，這對設備本身來說也是一種損害，如果出現這樣的情況就會嚴重的影響工作效率進而影響工作的質量。因此，工作人員除了要嚴格的按照設備的相關說明進行操作之外，還要做好這些設備的養護和檢修的工作。

（4）測量結果的驗收和監理

在工程的測量結束之后，相關的施工監理人員還要對測量的結果進行檢查，在檢查和審核合格之后，工作才能結束。一般情況下監理要檢查的內容主要有：（1）是否具有詳細的技術指標；（2）是否擁有科學、合理的測繪技術參數；（3）是否獲得精準的測繪數據；（4）是否具有詳細的檢查記錄；（5）儀器精密度是否能夠滿足標準等。通過以上嚴格的檢查和審核，監理人員可以及時的發現工程中的不足，并且做出補救。

五、結束語

地理信息系統和工程測量的復雜性和多學科的交叉，導致其建立過程極為復雜，應嚴格按照相關的原則有條不紊的建立。地理信息系統的建立對于許多行業、城市規劃、市政工程等的開展都有很大的幫助，因此應大力開展地理信息系統建設，使之形成一個高效、精準、科學規范的系統，為我國社會的可持續發展提供良好的環境。

參考文獻：

篇10

關鍵詞：液壓緩沖器；海洋重力測量；傳感器吊桶；AIRSEA SystemⅡ

中圖分類號：P222.39文獻標識碼：A文章編號：

16721683（2014）02017503

Analysis and Design of New Hydraulic Bumper in AIRSEA System II

YU Fuqiang

（Naval Bengbu Petty Officer Academy，Bengbu 233012，China）

Abstract：Sea gravity measurement is conducted under dynamic conditions.In order to increase the measurement precision， eight hydraulic bumpers were used in the sea gravimeter sensor bucket of AIRSEA system II to decrease the perturbation of the survey boat；however，such problems as easy to aging and poor buffer still exist.Therefore，four new hydraulic bumpers were placed on the bottom of the sensor bucket to improve the stability of the sensor under severe weather conditions..Numerical simulation and experimental data confirmed that the new hydraulic bumper can effectively extend the measurement range and acquire data with high accuracy.

Key words：Hydraulic bumper；Sea gravimetry；Sensor bucket；AIRSEA SystemⅡ

1問題的提出

海洋重力測量不同于陸地環境下的靜態測量，它是將重力儀放置在測量船的測量平臺上進行的動態測量。重力傳感器被稱為海洋重力儀的“大腦”，直接決定著重力測量的精度。目前，AIRSEA SystemⅡ已經開始應用于我國的海洋重力測量[1]。為了獲取高精度的測量結果，使海洋重力儀在作業時處于一種平衡狀態，通常在儀器AIRSEA SystemⅡ的傳感器吊桶下方固定8個液壓緩沖桿，來減弱外界干擾因素對傳感器的影響。但是當前AIRSEA SystemⅡ所使用的8根液壓緩沖桿存在很多問題，比如隨著使用時間的累計，器件的老化，緩沖效果很難達到預期，且在零件稍有磨損就易引起緩沖力嚴重下降而失效[2]。為此，在長期研究液壓緩沖器的基礎上，筆者結合海洋重力儀的使用要求，特設計了一種新型液壓緩沖器來代替液壓緩沖桿，測量時將海洋重力儀置于此緩沖器上[3]。此設計方案的應用可提高惡劣海況下海洋重力測量的精度。

2設計方案

2.1設計思想

將8根液壓緩沖桿換成4個新型液壓緩沖器，布置在傳感器吊桶的四個邊，具體方案見圖1。這種新型緩沖器改變了傳統緩沖裝置的設計思想，使先進的陀螺穩定平臺、傳感器和吊桶的配合設計更趨合理，運動更加平穩，可以克服傳統液壓緩沖桿易老化、緩沖差的缺點[2]，進而最終提高海洋重力測量的精度[4]。

圖1重力傳感器支撐緩沖系統

Fig.1The support and buffer system of gravitation sensor

2.2結構設計及工作原理

圖2是新型液壓緩沖器的結構設計及工作原理圖[5]。當傳感器吊桶下墜作用于活塞桿頂部時，活塞向下運動。由于內筒上小孔的節流作用，右腔（緩沖腔）中的油不能暢通出流，外界沖擊能使右腔的油壓急劇上升。高壓油從小孔以高速噴出，使大部分壓力能轉變為熱能，由筒體逸散至大氣中[6]。當緩沖器活塞位移至行程終端之前，沖擊能量已被全部吸收。小孔流出的油返回至活塞左腔（因左腔有活塞桿），泡沫式貯油元件被油壓縮，以貯存由于兩腔體積差而多余的油液。一旦外負載撤去，在油壓力和復位彈簧力使活塞桿伸出的同時，活塞右腔產生負壓，左腔及貯油元件中的油就返回至右腔，使活塞復位至端部。防塵圈和桿密封圈為雙層密封，保證不漏油，以增長其工作壽命[7]。

1.活塞桿 2.限位器 3.防塵圈 4.密封架 5.桿密封圈 6.軸套 7.密封圈 8.貯油元件 9.外筒 10.活塞 11.螺母 12.彈簧座 13.復位彈簧 14.內筒 15.鋼球 16.止動螺母

圖2液壓緩沖器的結構

Fig.2Structure of hydraulic bumper

2.3液壓緩沖器的最大緩沖能力

當液壓緩沖器內部的油受到壓縮時會產生很高的壓力，可以有效地吸收傳感器吊桶運動產生的動能。當海況良好時，液壓緩沖器負載的質量較小、沖擊速度不高，運動負載的動能可以全部被液壓緩沖器吸收；當海況惡劣時，液壓緩沖器負載的質量較大時，運動負載的動能不能完全被液壓緩沖器吸收，會發生傳感器現象，此時，將滿足不發生傳感器條件下的運動物體的最大動能或動量定義為液壓緩沖器的最大吸收能力。因此可以把是否發生傳感器作為判斷是否達到最大緩沖能力的指標。通常可以用到達行程終點的速度作為衡量是否發生傳感器的標準。根據大量的試驗和計算結果，可以將末端沖擊速度v=005m/s作為液壓緩沖器是否發生傳感器的標準[8]。

假設此新型液壓緩沖器的活塞直徑為14 mm，行程為12 mm，利用數值仿真模擬計算的方法得到了當達到最大緩沖能量時負荷質量與最大沖擊速度、沖擊動能和沖擊動量的關系（圖3和圖4）。從圖3可以看出當負荷質量發生變化時，最大沖擊動能也隨之變化；對于同一個緩沖器，當沖擊質量較小時，緩沖器可以吸收更多的動能。與之相反，沖擊動量隨負載的變化并不顯著（圖4），在某一質量區間內可以看成常數，即負荷質量與最大沖擊速度成反比例關系。在相應的對數坐標中，負荷質量與最大沖擊速度的關系是一條直線，圖5中的每一條直線對應同一型號的液壓緩沖器。液壓緩沖器的體積越大，可以吸收的運動負載的動量值越大，對于同一型號的液壓緩沖器，不同沖擊負載所對應的最大沖擊動量接近一個常數。這個結論可以用來在試驗時指導新型液壓緩沖器的選擇。

圖3最大沖擊動能和負荷質量的關系

Fig.3Relationship between maximum kinetic

energy and load weight

圖4最大沖擊動量和負荷質量的關系

Fig.4Relationship between maximum kinetic

momentum and load weight

圖5負荷質量和最大沖擊速度的關系

Fig.5Relationship between load weight and

maximum impact velocity

3討論

（1）海況比較好時，無論是傳統液壓緩沖器還是新型液壓緩沖器都可以達到比較理想的狀態，重力傳感器基本工作于一種平衡狀態[9]；但當海況比較惡劣時（測量船的水平干擾加速度達到10伽以上，垂直干擾加速度達到40伽以上），如果使用傳統液壓緩沖器，重力傳感器吊桶會不斷碰到重力儀框架，此時液壓緩沖器已不能制衡外部的干擾力了，測量數據無法滿足精度要求[10]。而使用新型液壓緩沖器能夠增大惡劣海況下測量數據的有效性，經過海上試驗得出：測量船的水平干擾加速度在15伽以內，垂直干擾加速度達到60伽以內，海洋重力儀所測得的數據均可滿足精度要求。

（2）新型液壓緩沖器在工作時由于油溫的升高，引起油的粘度降低，氣室壓力增大，此時緩沖器性能發生變化。因此，在新型液壓緩沖器設計時必須考慮開始工作時和溫升后的性能差異[11]。有效的辦法是控制溫升，如使緩沖器內貯以足夠的油液，殼體采用導熱性能好的材料，必要時外設散熱片。

（3）液壓緩沖器運動特性、內部壓力變化和最大吸收動能與傳感器吊桶的沖擊質量和沖擊速度密切相關。對于相同結構和尺寸的小型液壓緩沖器，不同質量的沖擊負載所對應的最大沖擊動量接近一個常數。這個結論可以用來指導液壓緩沖器的選型和優化設計。

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