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【编者按：通过参加第18届国际海道测量大会测绘仪器展和对所收集的资料翻译整理，对当前国际海道测量技术进展进行了分析总结。我国海道测量技术水平与国际先进水平还有较大差距；当前国际海道测量、测量装备及软件系统的不断更新、自主式无人机、水下机器人及智能浮标等新技术的广泛应用，极大丰富了海道测量信息，海道测量的服务范围不断扩大，随着海洋开发的加快，北极必将成为世界海道测量下一个热点。本文发表在《海洋测绘》2012年第4期上，依据第18届国际海道测量大会了解到的情况，对当前国际海道测量技术进展情况进行重点说明，现编发给朋友们阅读了解。因为排版关系，文献序号略。边刚，1978年出生，男，山西晋中人，讲师，博士，主要从事海道测量教学与研究。】 文/边刚 王琪 肖付民 夏伟 孙新轩 金绍华 一、引言 2012年4月23～27日，第18届国际海道测量大会在摩纳哥召开。会议召开的同时，来自7个国家的27家公司向各国代表展示了最新研制的海洋测绘仪器设备。这些仪器设备一定程度上代表了目前国际海洋测绘设备的进展与未来发展方向。通过与参展厂商代表的积极交流，并对收集资料的翻译和整理，了解了当前国际海道测量技术的最新进展，分析总结了当前国际海道测量技术的发展特点，对发展我国海道测量技术有一定的参考价值。 二、当前国际海道测量技术的发展特点 ①测量装备向高度集成、小型化发展，数据采集密度更大、精度更高 当前国际海道测量技术发展迅速，测量装备已由过去的功能单一、体积庞大向功能高度集成、设备小型化发展，制图技术呈现数据采集成图一体化、表现形式三维化、数字化的趋势。就多波束测深设备而言， 呈现日益小型化、集成化的特点。如Kongsberg公司的EM3002浅水多波束系统、EM710中水多波束系统和GeoSwath Plus浅水宽条带系统都可以安装在无人遥控潜行器(ROV)和自主水下航行机器(AUV)上，实现了设备的小型化。 除此之外，多波束测深系统采集的数据密度和精度较以往有了很大提高。如德国ELAC Nautik公司的Seabeam3012多波束系统，使用等角模式时一次测量可以得到301个水深数据。德国Atlas公司推出了多种多Ping多波束测深系统(multi-ping multibeam echosounder)，包括Hydrosweep MD/50，MD/30，DS等。这种新技术的推出改变了以往多波束系统一次发射/接收过程只能获得1Ping水深数据，多Ping多波束测深系统一次发射/接收过程可最多获得4Ping水深数据(Hydrosweep MD/50)，每Ping包含960个水深数据，共3840个水深数据，以及10000个侧扫声纳和10000个反向散射采样点数据。另外，在获得高密度数据的同时，先进的装备仍旧非常注重测深精度的提高，并且对海洋要素的表达越来越形象具体，多波束系统测距分辨率和垂直分辨率一般达到厘米级，如德国Atlas公司Hydrosweep MD/50系列就是一款高分辨率的多波束系统，而该公司的单波束产品ATLAS DESO，其测深精度也可达0.01m±0.1%水深。 ②数据处理采集与处理软件效率更高，通用性更强 美国Hypack海道测量数据采集和处理系统，可以实现从测线布设、多源数据采集、实时改正、数据处理及成图的功能。美国TRITON 公司则拥有世界最先进的海底成像和绘图软件，可以实现对多波束数据、几何干涉声纳、侧扫数据、地震数据等的可视化显示、质量控制、编辑、成图及解释。美国iXblue公司的数据采集与解释软件DELPH系统，可以对包括侧扫声纳、地震、磁力、浅地层剖面数据进行采集和解释。 另外，大多数的软件能够处理多种不同设备得到的数据。例如，Atlas公司的HYSWEEP数据处理软件支持如Atlas Bomasweep， Fansweep andHydrosweep、Benthos C3D、Blueview multibeam、Edgetech 4600、Furuno HS、geoAcoustics GeoSwath、Kongsberg MS系列、EM系列、MDL dynascan、Odom ES3/ Echoscan、Optech ILRIS、R2Sonic Sonic 2024、Reson系列、Seabeam系列、WASSP Multibeam等数十个测量系统的测量数据的处理。由此可见，目前海道测量数据处理软件的通用性很强，这样不但易于测量标准的统一，而且还大大提高了海道测量数据处理的效率。 ③动态传感器技术、智能浮标和水下定位技术日趋成熟 近年来，随着动态传感器技术不断成熟，大大提高了海道测量数据的质量，特别是多波束水深测量中，其对测船姿态的要求非常高。另外，动态传感器技术也逐渐应用于海洋工业、近海测量平台、直升机甲板、吊车和定位系统以及水下无人机等领域。如英国TELEDYNE公司的DMS-525/500动态传感器以及Orion&OrionPlus惯性导航系统，姿态精度分别达到升沉125px，横摇0.01°、俯仰0.01°。美国iXblue公司的OCTANS、HYDRINS、ROVINS 和DELPH INS等系统可以满足海道测量的应用，提供准确的传感器运动和补偿。 在智能浮标技术方面，加拿大AXYS Technology公司的WatchMateTM系统可用于收集湖泊、河流、水库、运河和近海水域的数据，并进行天气预报、海洋研究等，而HYDROLEVELTM则是采用最新的GPS RTK技术和动态传感技术，可以进行准确的水位测量，测量数据可以实时发送或在后处理进行改正。 在水下定位技术方面，美国iXBlue、德国ATLAS和挪威Kongsberg的产品将关注的焦点集中在水下技术、鱼雷技术、水面舰艇作战、水雷作战、水下无人航行器、海事安全和安保系统、海上通讯基准站及海道测量等业务。 ④自主式无人航行器和水下机器人倍受瞩目 近年来，AUV、ROV等新技术在海道测量、反水雷作战、港口安全运行、环境监控、残骸区域测量、搜救、渔业、科学取样和制图等方面的应用越来越广泛。如德国ATLAS公司的SeaFox系列、SeaWolf系列以及SeaOtter系列，挪威Kongsberg公司HUGIN系列、HYDROID公司( Kongsberg的子公司)的REMUS系列(日本国防部引进4台挪威Kongsberg公司的REMUS100系统，用于反水雷作战)，法国eca ROBOTICS公司的ALISTER系列，可以在它们上面安装不同的测量设备，比如单波束测深仪、多波束测深系统换能器、侧扫声纳、合成孔径声纳、CTD探测器、照相机或摄像机、以及声学摄像机等设备，或是同时安装几种不同的设备，即可实现不同的功能或同时实现几种功能，节省大量的工作经费、工作时间和减轻工作强度，达到更准确探测的目的。 ⑤浅水区测量调查越来越受关注 高精度的浅水测量(一般在浅于50m，多在20m到岸线的区域)，对于大范围的航海活动来说是极其重要的。航道、港口和码头、湖泊、堤坝的管理、环境测图、海上考古、海上建筑、电缆铺设和海洋动力学模型，都需要高精度和详细的水深信息。因此，高分辨率、全覆盖、高精度和所有重要特征物的探测对周围的情况非常重要。国际海道测量组织最近发行的测量规范也很注重这些点，如IHOS-44第五版、新西兰陆地信息规范(LINZ)以及美国陆军工程中心海道测量标准，并且对浅水区给予了高度的关注。 浅水区测量的声纳系统必须采用吃水较浅的测船，易于使用和减少成果图的提交时间。尤其值得注意的是，各大仪器厂商还相继推出应用于浅水区测量的仪器系统，如挪威Kongsberg公司的EM2040、EM3002浅水高分辨率多波束系统以及EM400浅水单波束测深仪， 德国ATLAS公司的EESO系列测深仪等。 另外，机载激光雷达测深应用于浅水区测量也成为一种高效、快速的手段，这项技术引起了许多仪器公司的高度关注，如荷兰Fugro公司的LADS水深测量ALB系统、SHOALS-1000TALB系统，可以对浅水争议水域和沿岸敏感水域进行准确和无缝的水深和地形测量。 ⑥电子海图实现及时更新技术 电子海图的最重要的特征是容易更新，而且可以持续更新，只要关注发布的航海通告就可以，授权用户可以接收文件形式的更新数据，只要上载到系统就可以。目前许多国家都实现了这一功能。如英国自2002年1月以来，UKHO一直在免费提供一种叫做海军部在线航海通告(ANMO)的服务。每周提供两种类型的数据，即文本数字航海通告和透写图数字航海通告。更新资料可以通过UKHO的http：/ / www. ukho. gov. uk/网址获得。同时UKHO已批准4 家商业公司通过卫星直接向海上船只发布海军部航海通告。而在意大利，获得授权的用户只要关注意大利海道测量机构(IIM)发布的航海通告，并将其上载到电子海图系统就可以实现电子海图的更新。另外国外一些公司如dKart、ESRI等，也在电子海图更新方面不断推出自己的产品，如dKart推出的NtM Production System就是一个综合高效的航海通告解决方案。 ⑦海道测量的服务范围将进一步扩大 目前的海道测量服务，除了保证航海安全外，还广泛应用于国防建设、国际海洋法公约测量和成图、海洋环境保护、海洋划界、海洋资源开发以及科学研究。有些公司还推出了专用的多波束测深仪，如丹麦的Reson公司推出了用于海底到大陆架管线测量的SeaBat7111、用于风力发电及油气工业、用于港口管理的SeaBat7125、用于水下环境调查的SeaBat7128、用于线路测量的SeaBat7150、用于航道内水雷探测的SeaBat8125以及用于专属经济区测量的SeaBat8160。德国L3 ELAC Natutik公司研发的用于大陆隆测量的multibeam SB3030、满足军方标准的VE 5900潜艇用测深仪、用于河流和港口以及沿岸测量的SeaBeam1182/1185、满足军方标准的UT3000水下通讯系统和潜艇用反水雷声纳SCOUT以及LOPAS被动声纳等。由此可见，先进装备的成功研制大大扩展了海道测量的服务范围。 ⑧出现从事海道测量服务的综合性公司 随着海道测量服务范围的扩大，国外相继出现了专门从事海道测量服务的大型公司，如荷兰的Fugro公司，它开展包括航海图海道测量、专属经济区测量、沿海浅水测量、机载LIDAR 海岸地形测量、海底电缆路线测量、海底底质采样和沉积物取样、居民地测量、GIS和海洋数据管理服务、地球化学以及未爆军火探测等海道测量服务。该公司拥有多艘不同类型的海道测量船，可以实施浅水、沿岸和深海以及专属经济区海道测量，并且可以从多波束测深系统获得高细节的图像，生产准确的水深信息和清楚整洁的海底图像。 美国iXblue公司则是提供特种光纤和元件、惯性导航系统、动态传感器和控制系统、水下声学定位、海底声纳图像、综合测量系统以及测船结构等服务的综合性测量公司，它研制的合成孔径声纳系统SHADOWS是一个浅水到中水区域工作的合成孔径声纳，可以在整个扫测带提供375px的分辨率图像；而水下定位系统GAPS的量程可达4 000m，可以跟踪在1500m的深海工作的拖鱼。而POSIDONA II的最大量程可达8000m。 ⑨各国越来越重视北极的开发 北极洲融化的海冰产生了较长的不冻季节，并且为船只的航行提供了机会。随着人类在北极洲活动的增加，对海洋环境的事故为响应、评估和修复提出了挑战。有限的资源、挑战机会的改变和灾害的远程定位简化了运作的选择。考虑当前的知识和过去北极洲条件变化的经验，怎样应对当前在北极水域的石油泄漏成为一个问题。由气候变化导致的海平面的升高将会严重影响人类在近海的活动和居住。如美国NOAA大地测量数据、海底测量和潮汐信息可以用来进行保护近海的基础建筑和生物系统。近海区域的管理者使用NOAA海图、水位和潮流信息、高程和岸线数据来进行近海保护的规划。德国LS ELAC Nautik公司就研制了用于冰区测量的SeaBeam3020 ICEBREAKER，其采用了最新的Swept BeamTM技术，可以实现姿态完全补偿。 ⑩各国越来越重视海道测量人才培训 各国在加快海洋测绘装备更新的同时，也非常重视海洋测绘人才的培养。如英国海道测量(UKHO)不仅重视本国海道测量人才的培训，还提供专门为国外海道测量机构的学员而设计的海道测量数据处理和海洋制图学方面的培训。该培训旨在提供海道测量数据处理技术的详细介绍到出版的形式，特别是海图。这将为数据评估和海图编辑技术奠定基础，而且同样也适用于传统或数字的生产环境。法国海道测量机构拥有专门的海道测量学校，提供海道测量和海图制图、国防部技术人员和高级制造以及设计人员的培训。而且还为外国军事和非军事人员提供1年的培训课程。该学校拥有FIG/IHO/ICA海道测量A级和B级培训资格。意大利从20世纪早期开始就非常重视海道测量人员的培训，其主要的课程是由热那亚大学设计的，毕业颁发海洋地球空间信息学士学位(II等)。在意大利海道测量办公室(IIM)，课程是国家和国际认证的，并获得FIG/IHO/ICA许可，并且经常对军事和民间的研究生开放。该校提供的培训还包括海道测量办公室人员的培训，士官培训、磁罗经校准和电子海图培训教程。印度尼西亚海道测量学校是为该国海道测量部门、海上交通部门、测绘局及港务部门培训海洋测量人才的学校，其同样具有FIG/IHO/ICA海道测量的认证资格，获得IHO海道测量师B级和制图师C级的培训资格，每年还为外国培训海道测量专业人员。据了解，该校计划在2012年招收三名外籍学员(马来西亚1名、文莱1名、1名暂未定)。埃及、巴西也开展符合IHO标准的海道测量人员长期培训、短期培训及在线培训。 三、结论与建议 通过此次参加IHO大会成果展，并对所收集资料的翻译和整理，不难发现各国都在加快海洋测绘装备的更新及新技术的应用、以及海道测量人员的培养，它们已将测量范围由近海扩大到全球海域，探测空间由平面扩展到立体方位。海道测量的应用范围也由传统的保障航海安全，扩展到如国防服务、海洋环境保护、海洋划界、海洋资源开发以及科学研究。而我国的海道测量技术与英、法、美等海洋强国相比，还有一定的差距。我们应该充分认真评估当前国际海道测量的发展趋势，认清我国与国际海道测量的差距；大力加强海道测量的宣传和教育，提高国民对海道测量重要性的认识；引进国外先进测量技术的同时，立足于研制自主产权的测量装备；加强与国外先进技术的交流学习，提高海道测量人员的综合素质；扩展海道测量服务范围，维护国家海洋权益，加快国家海洋资源开发。 |
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