奉定平，邢攸姿，黃東武，劉 東（.北海航海保障中心 天津海事測(cè)繪中心，天津 300；.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300）

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海島（礁）航海保障測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)析

奉定平1，邢攸姿1，黃東武1，劉 東2
（1.北海航海保障中心 天津海事測(cè)繪中心，天津 300222；2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

開展海島（礁）航海保障測(cè)繪，既是完善我國(guó)海洋測(cè)繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，適應(yīng)航海保障測(cè)繪數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和現(xiàn)代化發(fā)展需要，也是航海保障職責(zé)之所在，有助于保障船舶航行安全，促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展，服務(wù)國(guó)家海洋戰(zhàn)略。本文通過論述實(shí)施海島（礁）的技術(shù)，分析不同環(huán)境條件下如何開展海島（礁）測(cè)量，為實(shí)際作業(yè)提供參考和借鑒，力爭(zhēng)促進(jìn)海島（礁）測(cè)量不斷發(fā)展。

航海保障；海島（礁）；水深測(cè)量；激光測(cè)深；攝影測(cè)量

引　言

我國(guó)大陸海岸線漫長(zhǎng)，約1.8萬km，島嶼海岸線約1.4萬km。北起丹東鴨綠江口，南至廣西東興市南部的北侖河口，廣闊的海面上散布著眾多島嶼（礁）。隨著我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施和海洋經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，海島（礁）逐漸顯現(xiàn)出其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略價(jià)值，開展海島（礁）航海保障測(cè)繪，既是完善我國(guó)海洋測(cè)繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，適應(yīng)航海保障測(cè)繪數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和現(xiàn)代化發(fā)展的需要，同時(shí)也是航海保障職責(zé)之所在。通過開展海島（礁）測(cè)量，及時(shí)發(fā)布水深、潮流、水文等航海保障信息，能更好地為維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益、促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實(shí)施國(guó)家海洋戰(zhàn)略、保障船舶航運(yùn)安全、開發(fā)利用海洋資源、保護(hù)海島（礁）生態(tài)環(huán)境等提供全方位測(cè)繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1　海島（礁）測(cè)量基本要求

20世紀(jì)50年代起至今，我國(guó)海事測(cè)繪部門一直進(jìn)行著沿岸海島（礁）測(cè)量工作。除水深測(cè)量外，大陸及海島的陸地部分由海岸線向陸地測(cè)進(jìn)，海岸線以下測(cè)至半潮線，與水深測(cè)量相拼接。今天的海島（礁）測(cè)量比例尺大、測(cè)量要素多、測(cè)量精度高，無論海島（礁）大小、離陸域遠(yuǎn)近，原則上一般采用國(guó)家統(tǒng)一的坐標(biāo)及高程基準(zhǔn)（1985國(guó)家高程基準(zhǔn)和CGCS2000坐標(biāo)系），但亦應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況遵照相關(guān)規(guī)定、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及保密要求確定坐標(biāo)系統(tǒng)、投影方式、中央子午線、地形圖分幅以及測(cè)圖比例尺。為解決基準(zhǔn)的統(tǒng)一，就必須要解決平面和高程基準(zhǔn)的的傳遞問題（主要包括傳遞方法和傳遞技術(shù)等）。

采用的國(guó)家基準(zhǔn)：坐標(biāo)系統(tǒng)通常采用“CGCS2000坐標(biāo)系”（即2000國(guó)家大地坐標(biāo)系）；采用“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”作為海島（礁）測(cè)量的高程基準(zhǔn)。深度基準(zhǔn)采用理論最低潮面，從當(dāng)?shù)囟嗄昶骄Ｃ嫫鹚恪?/p>

測(cè)圖比例尺：應(yīng)根據(jù)任務(wù)需要以及海島（礁）的形狀、大小、周圍地形水深等特點(diǎn)確定測(cè)圖比例尺，一般采用1：1 000～1：10 000等4種比例尺。

投影與分帶：一般采用高斯一克呂格投影作為海島礁測(cè)量的投影方式。根據(jù)測(cè)量范圍大小、位置以及投影變形情況確定坐標(biāo)分帶，可采用1.5°帶投影或3°帶投影。

分幅原則：海島（礁）測(cè)量分幅原則上一般按照島嶼來進(jìn)行分幅（一島一幅），也可根據(jù)海島（礁）周邊水深及地形的變化情況，在能滿足使用者基本需求的狀況下，測(cè)圖分幅應(yīng)以滿足航海圖編繪需求為基本原則進(jìn)行分幅。

2　海島（礁）測(cè)量技術(shù)

2.1平面基準(zhǔn)傳遞

在海島（礁）測(cè)量過程中應(yīng)充分搜集沿海島嶼（礁）所屬省份在沿岸及島嶼上布設(shè)的高等級(jí)GPS控制點(diǎn)（GPS B、C級(jí)點(diǎn)為宜），在此基礎(chǔ)上進(jìn)行GPS加密控制網(wǎng)測(cè)量，以滿足海島嶼（礁）地形及水深測(cè)量的要求，已知控制點(diǎn)的檢核、加密GPS控制網(wǎng)的外業(yè)觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理應(yīng)嚴(yán)格遵照《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》GB/T 18314執(zhí)行。

2.2高程基準(zhǔn)傳遞

幾何水準(zhǔn)測(cè)量是陸地高程傳遞中最普遍的高程測(cè)量方法，同時(shí)也是目前海島（礁）高程傳遞中使用最多、精度最高的一種高程傳遞測(cè)量方法。利用幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法，按照現(xiàn)有國(guó)家水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范的要求，通過建設(shè)觀測(cè)樁、多測(cè)回觀測(cè)等方式在一定距離內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)從陸地基準(zhǔn)點(diǎn)到海島礁水準(zhǔn)點(diǎn)的高程傳遞，該方法是目前海島礁高程基準(zhǔn)傳遞中最直接和最可靠的方法。

對(duì)于與鄰近的沿岸長(zhǎng)期驗(yàn)潮站具有相同或相近的潮汐性質(zhì)的海島礁，普遍采用同步水位觀測(cè)法進(jìn)行由陸地到海島（礁）的高程傳遞。同步水位觀測(cè)法是利用長(zhǎng)期驗(yàn)潮站和短期驗(yàn)潮站的同步水位觀測(cè)數(shù)據(jù)（在相關(guān)規(guī)范中對(duì)于同步水位觀測(cè)周期有明文規(guī)定）計(jì)算短期平均海平面，并根據(jù)長(zhǎng)期驗(yàn)潮站的多年平均海平面資料加以修正，從而得到短期驗(yàn)潮站的多年平均海平面。該方法目前在海洋測(cè)繪高程傳遞中應(yīng)用較為成熟和廣泛，是海島（礁）測(cè)量中高程傳遞的一個(gè)普遍使用的測(cè)量方法。

GPS定位測(cè)量以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，在大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量等領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用。近些年隨著對(duì)GPS高程測(cè)量越來越深入的探討和研究，GPS高程測(cè)量的精度在不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。在海島（礁）高程基準(zhǔn)傳遞中，通過GPS靜態(tài)觀測(cè)等方式可以獲取精度可觀的GPS大地高，進(jìn)而通過重力測(cè)量或大地水準(zhǔn)面精化模型可以將大地高換算為正常高，從而實(shí)現(xiàn)跨海高程的傳遞，解決水準(zhǔn)測(cè)量中距離過大無法觀測(cè)的問題。

在近距離跨海高程傳遞中（一般小于10 km）使用三角高程傳遞也能達(dá)到較高的精度效果，而在更遠(yuǎn)距離的跨海高程傳遞中由于大氣折光等多種因素影響，使得結(jié)果精度無法保證?；谒拼蟮厮疁?zhǔn)面的高程傳遞原理是利用陸地和海洋重力異常數(shù)據(jù)，通過物理大地測(cè)量原理，計(jì)算陸地與所傳遞海島（礁）一致的高精度整體重力似大地水準(zhǔn)面數(shù)值模型，然后利用計(jì)算區(qū)域內(nèi)的已知高程點(diǎn)，通過測(cè)量已知高程的GPS大地高和待測(cè)海島（礁）點(diǎn)的GPS大地高，完成海島（礁）的高程傳遞。

2.3海島（礁）及周邊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取

海島（礁）測(cè)量的主要內(nèi)容包括島礁地形及鄰近海域水深測(cè)量等。海島（礁）周圍的干出灘的傳統(tǒng)測(cè)量方法有全站儀極坐標(biāo)法、平板儀測(cè)圖法等，目前主要采用全站儀和GPS RTK方式進(jìn)行測(cè)量。海島（礁）周圍海岸線以下的灘涂測(cè)量，可采用斷面測(cè)量、GPS RTK測(cè)量、GPS+激光測(cè)距定位或GPS+近景攝影測(cè)量等方法。GPS RTK以及全站儀測(cè)量具有測(cè)量精度高、要素判繪準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)地測(cè)量受天氣和海況的影響比較大，海島（礁）人工測(cè)量作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)高。航空攝影測(cè)量能很好的解決海岸線附近地形測(cè)量難度大的問題，尤其在灘涂和陡峭的岸崖測(cè)量上優(yōu)勢(shì)更加明顯，作業(yè)效率高、覆蓋范圍廣，能有效地解決常規(guī)海岸地形測(cè)量難的問題。GPS+激光測(cè)距定位技術(shù)是將衛(wèi)星定位和激光測(cè)距技術(shù)進(jìn)行組合，測(cè)站選擇靈活、測(cè)站間無通視要求、儀器不需要置平，可以利用小船從海上對(duì)海島目標(biāo)進(jìn)行定位。GPS+近景攝影測(cè)量技術(shù)是將衛(wèi)星定位與近景攝影測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)狀態(tài)下的海島地形測(cè)量，具有高程相對(duì)精度高、地形信息精細(xì)等特點(diǎn)，特別適合海島灘涂、小島、群礁、干出灘的高效地形測(cè)量。LIDAR技術(shù)在三維空間信息的實(shí)時(shí)獲取方面取得了重大突破，具有自動(dòng)化程度高、受天氣影響小、數(shù)據(jù)生產(chǎn)周期短、測(cè)量精度高、實(shí)現(xiàn)無地面控制測(cè)圖、無水準(zhǔn)測(cè)量等特點(diǎn)，有傳統(tǒng)攝影測(cè)量和地面常規(guī)測(cè)量技術(shù)無法取代的優(yōu)越性，目前還未廣泛使用。

近海水深測(cè)量一般采用單/多波束測(cè)深，但沿岸淺水域有時(shí)還需要測(cè)深桿或者水坨等工具量測(cè)，目前也有采用無人艇進(jìn)行測(cè)深，有利保障了測(cè)量人員的人身安全。根據(jù)測(cè)圖比例尺定位精度要求選擇適合的水深測(cè)量定位設(shè)備，定位設(shè)備主要分為星站差分GPS設(shè)備、無線電指向標(biāo)信標(biāo)差分GPS設(shè)備、GPS RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分設(shè)備、GPS PPK動(dòng)態(tài)后處理技術(shù)等。水深測(cè)量通常采用 GPS RTK三維水深測(cè)量（作用距離有限，而且需知道高程基準(zhǔn)面間關(guān)系）、GPS+近景攝影測(cè)量和淺水多波束測(cè)深組合測(cè)量（對(duì)于近岸或暗礁附近極淺區(qū)域，或測(cè)量船無法靠近的其它區(qū)域應(yīng)用難度大）、GPS+激光掃描和淺水多波束測(cè)深組合測(cè)量（對(duì)陡峭海岸、坡度很小的淤泥質(zhì)海灘和沙灘的地形測(cè)量十分有利）、無人駕駛船用于島礁水深測(cè)量以及機(jī)載激光測(cè)深等。目前由于機(jī)載激光測(cè)深設(shè)備價(jià)格昂貴，有效測(cè)量深度和測(cè)深精度有待考察，尚未推廣使用，而且與海島（礁）周邊水域海水的渾濁度影響很大，測(cè)深范圍有限。

3　海島（礁）航海保障測(cè)量

根據(jù)目前海洋測(cè)繪采用的技術(shù)手段及裝備水平，結(jié)合當(dāng)前提供的產(chǎn)品信息服務(wù)內(nèi)容，航海保障海島（礁）測(cè)量通常包含常規(guī)單波束、多波束海島（礁）周邊水域水深測(cè)量、暗礁探測(cè)、GPS RTK或全站儀開展海島（礁）岸線測(cè)量或地形修測(cè)、近距離海島（礁）高程基準(zhǔn)傳遞及深度基準(zhǔn)面確定以及深度基準(zhǔn)與高程基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、海島（礁）精確定位、海島（礁）地圖及海島（礁）專題圖集編制等。同時(shí)在積極開展低空無人機(jī)海島（礁）航攝測(cè)量、GPS+激光測(cè)距定位和GPS+近景信息采集、無人艇測(cè)深、船載多傳感器水上水下無縫地形測(cè)量、GPS RTK三維水深測(cè)量、深水測(cè)量等技術(shù)手段應(yīng)用研究。在不久將來，將實(shí)現(xiàn)多元化、多手段、高效前覆蓋的海島（礁）航海保障測(cè)量，為服務(wù)國(guó)家海洋發(fā)展戰(zhàn)略、服務(wù)船舶航行安全、服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)提高優(yōu)質(zhì)全方位的基礎(chǔ)地理信息。

4　結(jié)　語

十三五期間，航海保障部門將全力推行“全域測(cè)繪”發(fā)展戰(zhàn)略。海島（礁）航海保障測(cè)量是海事測(cè)繪的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)航海保障從淺藍(lán)走向深藍(lán)，從港口走向海洋的重要機(jī)遇。海島（礁）測(cè)量也是實(shí)現(xiàn)海上“高速公路”的重要組成部分，海島（礁）測(cè)量有著極為廣泛的研究與應(yīng)用空間，完善海島（礁）測(cè)量有助于助推我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施。隨著國(guó)家海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展，海島（礁）測(cè)量日益受到海事、港航等部門的關(guān)注，海島（礁）測(cè)繪既是滿足航海保障事業(yè)發(fā)展的需要，也是海事測(cè)繪自身發(fā)展的需要。海洋測(cè)繪技術(shù)的不斷更新，將更好促進(jìn)海島（礁）測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展。

［1］張華，唐俊，宋國(guó)大，等.海島礁測(cè)量中精密單點(diǎn)定位優(yōu)化解算方案研究［J］.海洋測(cè)繪，2014，34（4）：13-16.

［2］任來平，范龍，李凱峰，等.海島礁磁偏角測(cè)量原理與方法［J］.海洋測(cè)繪，2013.

［3］茅克勤.海島礁測(cè)量技術(shù)應(yīng)用探討［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015.

［4］李凱鋒，歐陽永忠，陸秀平，等.基于PPP技術(shù)的海島礁平面控制測(cè)量應(yīng)用實(shí)踐［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2015，40（3）.

［5］武威，趙淑芬，魏彩虹.遠(yuǎn)距離海島礁高程基準(zhǔn)統(tǒng)一方法研究［J］.海洋測(cè)繪，2014，34（1）：12-15.

Analysis of Surveying Techniques to Guarantee Navigation near Island and Reef

Feng Dingping1，Xing Youzi1，Huang Dongwu1，Liu Dong2
（1.Tianjin Maritime Affairs Mapping Centre，Navigation Guarantee Centre of North China Sea，Tianjin 300222，China； 2.CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

To carry out navigation guarantee surveying of Island and reef will reinforce the basic data base of China ocean mapping，meet the requirements for the digitization，information mode，networking and modernization of navigation guarantee surveying.In addition，the above work will be done out of the navigation guarantee duty，which guarantees the navigation safety，promotes marine economy and serve China national ocean strategy.The discussion and analysis are made for the application of surveying techniques to guarantee navigation near island and reef under different environmental conditions，which will provide references for the operation and promote the development of island and reef surveying.

navigation guarantee； island and reef； water depth measurement； laser sounding； photographic surveying

P229

A

1004-9592（2016）04-0098-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160424

2016-04-22

奉定平（1968-），男，高級(jí)工程師，主要從事海洋測(cè)繪工作。