林偉填

（廣東省國土資源測(cè)繪院，廣東 廣州 510500）

傳統(tǒng)海洋測(cè)繪中應(yīng)用的是單波的測(cè)探儀，該種測(cè)探技術(shù)已經(jīng)不能滿足社會(huì)的發(fā)展需求，多波束水深測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，為海洋測(cè)量技術(shù)的發(fā)展帶來很大的便利。在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的新時(shí)期，各種先進(jìn)的技術(shù)不斷被開發(fā)和應(yīng)用，在海洋測(cè)深技術(shù)中，需要將測(cè)繪技術(shù)不斷更新和調(diào)整，為海洋事業(yè)的發(fā)展提供更大的支持。多波束測(cè)深系統(tǒng)是當(dāng)前比較熱門的水下測(cè)量技術(shù)，但是其很難實(shí)現(xiàn)全覆蓋測(cè)量的高效率，機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)屬于主動(dòng)測(cè)深系統(tǒng)，能夠高效率測(cè)量淺海、島礁和暗礁等不能到達(dá)的水域，可以有效確定信號(hào)射入的方向，通過對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，可以判斷出目標(biāo)的方位。機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)是綜合雷達(dá)、衛(wèi)星系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)等復(fù)雜系統(tǒng)，通過對(duì)探測(cè)到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，得出有效的測(cè)量結(jié)果。

1 機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)的內(nèi)容闡述

機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)是一種主動(dòng)測(cè)深系統(tǒng)，是一種對(duì)水下地貌進(jìn)行測(cè)量和測(cè)深的系統(tǒng)，是集激光系統(tǒng)、全球定位和導(dǎo)航定位等為一體的技術(shù)，其應(yīng)用原理是由回波利用發(fā)射與接收器進(jìn)行聲波的定向發(fā)射和接收，傳感器能夠?qū)す饣夭ㄐ盘?hào)空間位置進(jìn)行計(jì)算，能夠得到水深數(shù)據(jù)。測(cè)深系統(tǒng)能夠有效處理回波信號(hào)，其中，數(shù)字磁帶機(jī)可以按照規(guī)定的格式進(jìn)行測(cè)量，能夠測(cè)得水深和船之間的相關(guān)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用主要是可以設(shè)定一種程序，該種程序的應(yīng)用主要是能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)處理；數(shù)字繪圖機(jī)能夠在船行進(jìn)的過程中根據(jù)船航行的痕跡繪出等深線圖，對(duì)海底的地貌輪廓進(jìn)行識(shí)別，能夠?qū)Ω疃鹊仄拭孢M(jìn)行測(cè)量。機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)的測(cè)量覆蓋面廣、測(cè)量效率高，與多波束測(cè)深系統(tǒng)相比較有著較大的優(yōu)勢(shì)，能夠排除航行測(cè)量中的障礙，快速繪制出海底的三維圖，有時(shí)還可以在冰覆蓋區(qū)域使用。機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)能夠一次給出平面內(nèi)幾十個(gè)甚至上百個(gè)深度，對(duì)水下一定寬度內(nèi)的目標(biāo)大小、形狀、最高點(diǎn)和最低點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，也能夠描繪出水下地形的精細(xì)特征，是當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的一種測(cè)深系統(tǒng)。

2 機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)的應(yīng)用原理

機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)能夠?qū)５椎牡匦芜M(jìn)行有效測(cè)量和測(cè)繪，機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)是對(duì)多波束回聲測(cè)深儀的升級(jí)和發(fā)展。機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)的測(cè)量需要利用船龍骨上的一條發(fā)射陣，發(fā)射出的超寬聲回波與船龍骨呈垂直狀，在經(jīng)過適當(dāng)處理之后會(huì)形成與發(fā)射回波垂直的很多接收波束，測(cè)深系統(tǒng)在完成一整個(gè)發(fā)射接收過程，會(huì)由一系列的反射峰形成排列的測(cè)深剖面。形成的波束主要呈現(xiàn)扇形排列，回波的方向是由中央波束向邊緣波束逐漸增大，回波信號(hào)也是由中央向兩邊的擴(kuò)散，會(huì)逐漸形成散射波，針對(duì)海底信號(hào)的探測(cè)主要應(yīng)用的是振幅檢測(cè)法，在指向腳不斷增大的同時(shí)，反射波的脈沖形態(tài)就會(huì)逐漸模糊。針對(duì)回波信號(hào)的檢測(cè)，還可以使用相位檢測(cè)法，是通過相位差的方法檢測(cè)波束的到達(dá)角。機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)是一種大型的組合設(shè)備，其主要包括定位、聲速剖面儀和繪圖儀等配套設(shè)備，多波束系統(tǒng)和單波束系統(tǒng)相比較，在設(shè)備組成方面沒有很大的差別，在實(shí)際的工作中能夠同時(shí)發(fā)射和接收多個(gè)回波信號(hào)，對(duì)海底地形的測(cè)量呈帶式。

3 機(jī)載激光測(cè)深技術(shù)的發(fā)展

3.1 回波信號(hào)的跟蹤

對(duì)海底測(cè)量采用的聲速模型相對(duì)比較多，為海底更深層次的測(cè)量提供了理論依據(jù)，聲速模型的制定是進(jìn)行對(duì)聲速的計(jì)算模型，計(jì)算所得的聲速之間存在一定的差異，也會(huì)給后期的歸位計(jì)算帶來困難。由于海洋水域面積的范圍比較廣，海域的水文因素變化比較復(fù)雜，需要通過建立一種多波束最優(yōu)聲速模型。

3.2 深度數(shù)據(jù)測(cè)量濾波

在對(duì)海底進(jìn)行測(cè)量的過程中，如針對(duì)噪聲和海況的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置不合理，會(huì)影響到測(cè)量數(shù)據(jù)的結(jié)果，出現(xiàn)假的信號(hào)，測(cè)量出來的地形都是虛假地形，導(dǎo)致繪制出的海底地形圖與實(shí)際的海底地形圖存在很大差異。因此，為了能夠確保測(cè)量成果的可靠性，需要及時(shí)消除假信號(hào)，需要對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，做好對(duì)數(shù)據(jù)信息的及時(shí)編輯，能夠及時(shí)將一些假信號(hào)剔除掉，為后期的成圖工作奠定良好的基礎(chǔ)。

3.3 圖像處理技術(shù)

激光測(cè)量工作中反向散射強(qiáng)度是重要的測(cè)量參數(shù)，需要采集的數(shù)據(jù)量信息龐大，很多用戶在實(shí)際采集過程中都會(huì)減少對(duì)該種數(shù)據(jù)信息的采集，有關(guān)該方面圖像的研究也有很多文獻(xiàn)，多波束測(cè)深系統(tǒng)成像與遙感成像和雷達(dá)成像之間存在一定的差異，但是圖像的處理思想基本是相同的，多波束圖像的形成機(jī)理、環(huán)境噪聲等方面存在很大差異，在當(dāng)前海底測(cè)深系統(tǒng)中激光測(cè)量處理是研究中的重要問題。

3.4 數(shù)字信息與側(cè)掃聲吶技術(shù)的融合應(yīng)用

海底測(cè)深系統(tǒng)中的側(cè)掃聲吶技術(shù)能夠?qū)５走M(jìn)行全覆蓋式的測(cè)量，側(cè)掃聲吶測(cè)量也是目前掃海測(cè)量、掃側(cè)障礙物最重要的手段。其所具備的主要優(yōu)點(diǎn)是其分辨率高能夠徹底反映海底地形，也是目前海底測(cè)量中尋找障礙物的最有效方法。能夠?qū)５椎臏y(cè)量形成三維成像，對(duì)海底地貌的一些細(xì)微地形地貌構(gòu)造進(jìn)行測(cè)量，快速獲得等深線圖和地貌圖。將數(shù)字信息技術(shù)測(cè)量與聲吶技術(shù)的測(cè)量結(jié)合應(yīng)用，對(duì)海底地形地貌的測(cè)量和認(rèn)識(shí)有著十分重要的作用。多波束系統(tǒng)能夠獲得高密度和高精度的位置信息，也能夠精確獲得海底圖像信息，但是在實(shí)際測(cè)量的過程中，成像分辨率較低，導(dǎo)致成像質(zhì)量較差。側(cè)掃聲吶技術(shù)主要是掃描成像技術(shù)，能夠獲得較高分辨率海底成像，對(duì)海底存在的地貌和地物能夠粗略的描述。多波束系統(tǒng)能夠?qū)５椎匚锖痛笮〉冗M(jìn)行定量分析，但是在分析過程中還存在很大的不足。側(cè)掃聲吶技術(shù)的成像圖案能夠?qū)５椎牡刭|(zhì)情況進(jìn)行分析，對(duì)地質(zhì)進(jìn)行分類和定性分析，但是不能對(duì)位置信息進(jìn)行更加精確的定位和分析。

4 海洋測(cè)繪測(cè)深的發(fā)展策略

4.1 提高GPS在海洋測(cè)繪中的測(cè)量精度

GPS定位系統(tǒng)在地面上的測(cè)量中應(yīng)用較早，測(cè)量結(jié)果也比較準(zhǔn)確，但是在海洋中的測(cè)量精度不高，海洋深度的基準(zhǔn)面具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)，測(cè)量過程中存在很大的復(fù)雜性，將應(yīng)用在大地測(cè)量中的垂直基準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)用到水深測(cè)量中，能夠確保獲得較高的測(cè)量數(shù)值。

4.2 提高測(cè)深技術(shù)

海洋測(cè)繪在近些年的發(fā)展速度比較快，但是海洋測(cè)繪較陸地測(cè)繪起步比較晚，在技術(shù)方面的應(yīng)用相對(duì)較差，我國當(dāng)前海洋水深的測(cè)量中應(yīng)用到多波束測(cè)量技術(shù)，能夠在一定程度上確保測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性，但是存在一定的缺陷，使用的范圍也是比較小，需要將其在深海領(lǐng)域的測(cè)量精度不斷提高，確保實(shí)際的應(yīng)用技術(shù)。

4.3 加快網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)的建設(shè)，提高測(cè)量精度

海洋測(cè)繪信息需要在海洋測(cè)繪、科研和管理等方面建立局域范圍內(nèi)的信息共享，實(shí)現(xiàn)社會(huì)化的應(yīng)用，通過與各級(jí)海事部門之間的聯(lián)網(wǎng)溝通，建立海事測(cè)繪公共服務(wù)信息站，能夠有效建立起信息服務(wù)系統(tǒng)，加強(qiáng)海洋測(cè)繪信息的共享服務(wù)。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種測(cè)量方法已經(jīng)開始趨向于自動(dòng)化發(fā)展。針對(duì)海上定位和探測(cè)海底地貌地形的測(cè)量技術(shù)也在不斷更新和發(fā)展，對(duì)測(cè)量出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，繪制出測(cè)量原圖，對(duì)海洋開發(fā)工作和科學(xué)研究起到十分重要的作用。