王金魁，祁凌云，曾鵬，張超瀛，王如婕

（中船（浙江）海洋科技有限公司，浙江舟山，316100）

0 引言

本文在概述我國海洋測量與數(shù)據(jù)處理技術(shù)的同時，探究精密海洋測量與數(shù)量處理技術(shù)在海洋生產(chǎn)中的應(yīng)用，為促進我國海洋精密海洋測量與數(shù)量處理技術(shù)的進一步發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 海洋測量技術(shù)

海洋探險的出現(xiàn)，促成了海洋測量工作。早期人們通過觀察、記錄星體運行來確定航線。16 世紀六分儀的誕生，標(biāo)志著人們開始采用定量化方法來確定船只的航行方向、位置，與此同時人們開始應(yīng)用多種儀器包括鉛錘、測量桿等開始了水深的測量。1950 年以來，電子技術(shù)的飛速發(fā)展，定位、定向、探測理論、技術(shù)取得了質(zhì)的發(fā)展，海洋科學(xué)測量也取得了十足的進步，海洋測量的服務(wù)對象，也從簡單的航海工程不斷向海洋資源的開發(fā)、海洋生物的保護等多領(lǐng)域發(fā)展。我國航海源遠流長，歷史悠久，對世界航海事業(yè)的發(fā)展做出巨大的貢獻，早在600 多年前，鄭和下西洋開創(chuàng)了人類航海的先河，并留下了詳細的古代航海圖，遺憾的是清政府的閉關(guān)鎖國，中國喪失了早期航海史上所取得的優(yōu)勢，錯失了十五世紀大航海時代所帶來的海洋測量產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。新中國給成立以來，國家尤其注重海洋測量工作，專門成立了海洋測量研究結(jié)構(gòu)，并投入了大量人力、物力、財力等，用于海洋測量。電子信息化時代的到來，我國海洋測量與數(shù)據(jù)處理技術(shù)取得了飛躍的發(fā)展，已經(jīng)完成了我國海域及其港口的航海圖測量工作，并完成了大陸架測量、沿海礦藏勘測等工作，為我國航海事業(yè)的進一步發(fā)展、海上貿(mào)易及其海上防衛(wèi)工作等提供了有力支撐。

1.1 多波束測深系統(tǒng)

與早期的單波束相比較，多波束的出現(xiàn)，極大的擴展了海洋測量的方法，有效的提升了海洋測量的效率，并實現(xiàn)了數(shù)字化記錄、自動成像化記錄，將原有的點線測量升級為平面測量，甚至實現(xiàn)了立體化測量、自動化成像。將海洋側(cè)身技術(shù)發(fā)展提升到了一個新的高度。我國于上世紀八十年代中期開始著力于多波束測試系統(tǒng)的研發(fā)工作，當(dāng)時由于資金、技術(shù)方面的不足，僅限于理論性、原理性試驗的研究，直至上世紀90 年代，哈爾濱工大、海軍大共同研發(fā)，首先提出了多波束測深系統(tǒng)——H/HCS-017 型多波束測深系統(tǒng)，不僅具有千赫茲以上的工作頻率，而且實現(xiàn)了多波束工作，探測深度可達1km，探測覆蓋面積可達4 倍水深。雖然在海洋測深方面仍存在諸多不足，但多波束測深系統(tǒng)的研發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)著國家海洋測試技術(shù)裝備達到了商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，21 世紀，我國相繼研發(fā)出便攜式高分辨淺水多波束測深，大大提升了測量的時效性，具有極強的創(chuàng)新性和適用性。

歷經(jīng)多年的發(fā)展，波束測深技術(shù)在國內(nèi)取得了飛速的發(fā)展，無論是設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，還是觀測精度都相當(dāng)?shù)某墒旌头€(wěn)定。不同型號之間的勘測差異日漸縮小，從世界范圍來看，現(xiàn)有的商用多波束測深系統(tǒng)的精準(zhǔn)度遠遠超過了IHOS-44 標(biāo)準(zhǔn)，新時期，隨著多波束測深系統(tǒng)的逐步升級，其對數(shù)據(jù)的處理、監(jiān)管、評估，是現(xiàn)代多波束測深系統(tǒng)首要解決的問題。

1.2 機載激光測深系統(tǒng)

早在80 年代中期，國內(nèi)就開始了機載激光測深理論研究和原理性試驗，進入19 世紀中期，國內(nèi)機載激光測深系統(tǒng)研究才取得了實質(zhì)性進展。時至2001 年，在國家項目資助下，中國海軍大、上海激光所研發(fā)了我國的第一臺機載激光測深系統(tǒng)，其測深距離達到了50m，精度范圍±30cm，效率效果高達50km2/h，系統(tǒng)研發(fā)過程中，歷經(jīng)多種改正，克服了多項關(guān)鍵技術(shù)難題，突破了多項理論技術(shù)難題，終達成預(yù)期目的。其做為海底地形測量的輔助手段，機載激光測深系統(tǒng)、傳統(tǒng)聲學(xué)技術(shù)的有效結(jié)合應(yīng)用，是未來機載激光測深系統(tǒng)發(fā)展的重要方向?，F(xiàn)階段，科研人們?nèi)硇耐度爰す獍l(fā)射頻率、最淺測深能力的開發(fā)。不斷提升激光重復(fù)頻率。機載激光測深系統(tǒng)的應(yīng)用，更加突出了航空遙感測試技術(shù)的重要地位。

1.3 無驗潮測深系統(tǒng)

測深、定位做為海洋測量的基礎(chǔ)性工作，隨著衛(wèi)星定位技術(shù)、精密探測技術(shù)的不斷發(fā)展，海洋環(huán)境測量精準(zhǔn)度得到了有效提升。新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，大大提高了海洋測量的精度、深度的同時，拓寬了海洋環(huán)境環(huán)境信息獲取的途徑。面對不斷變化的海洋信息數(shù)據(jù)，越來越繁瑣的數(shù)據(jù)歸算。潮汐歸算最為海洋信息數(shù)據(jù)中最典型的動態(tài)測量數(shù)據(jù)，為了不斷提升驗潮效率，降低耗材。近年，國內(nèi)外的專家全身心投入高精度GPS 測高技術(shù)研發(fā)，經(jīng)過數(shù)年努力取得了一定成效。時至2003 年，我國海洋首次通過GPS 動態(tài)信息技術(shù)，借助信息科學(xué)技術(shù)，進行了高精度GPS 定位、動態(tài)海圖導(dǎo)航、圖像處理等多位一體無驗潮測深技術(shù)，該技術(shù)的提出，可謂是國內(nèi)海洋測深處理技術(shù)的重大破圖，研究者們以此為基礎(chǔ)，提出了GPS海洋測深處理模型，傳統(tǒng)的設(shè)臺潮汐觀測方式逐漸被取代，實現(xiàn)國內(nèi)海洋抄襲觀測的跨越式發(fā)展。

現(xiàn)階段，我國海軍全身心的開發(fā)海洋精密單點定位技術(shù)，深入開發(fā)海洋戰(zhàn)場測量繪制，為其在海洋測量領(lǐng)域的進一步發(fā)展提供專業(yè)基礎(chǔ)，不斷擴大海洋測量質(zhì)量，提高我國在世界海洋領(lǐng)域成果，占據(jù)世界海洋領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，為海洋高技術(shù)發(fā)展提高支撐。

2 海洋數(shù)據(jù)處理技術(shù)

信息處理技術(shù)是海洋測量作業(yè)中重要環(huán)節(jié)，早在上世紀八十年代，我國就開始致力于海洋測量信息數(shù)量的采集、處理。時至1985 年，我國海軍研發(fā)第一套近海水?dāng)?shù)據(jù)采集自動系統(tǒng)，于1986 年成功應(yīng)用于市場。時間來到1990 年，我國成功研發(fā)了具有多種功能的海洋信息采集自動生成系統(tǒng)，可用于不同類型傳感數(shù)據(jù)的采集、記錄、轉(zhuǎn)換、儲存、處理、應(yīng)用，并具備一定的導(dǎo)航功能。歷經(jīng)20 多年的理論和實踐研究，國內(nèi)第一臺模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化海洋信息處理系統(tǒng)于20 世紀末研發(fā)成功，不僅實現(xiàn)了海洋測量全過程數(shù)據(jù)的自動化采集、合成，而且實現(xiàn)在作業(yè)過程中，船只軌跡的測量顯示，方便作業(yè)人員監(jiān)測的同時，引導(dǎo)船舶航行。更為重要的是，通過計算機的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠有效防止測量報廢事件的發(fā)生。并可對現(xiàn)場捕獲的數(shù)據(jù)進行圖像處理，使測試人員準(zhǔn)確掌握測試區(qū)覆蓋情況提升工作效率的同時，測量成果質(zhì)量得到保障。近年，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，海洋數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)朝著集成化、硬件平臺小型化、通用化方向不斷發(fā)展，與此同時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、抗變形能力得到了廣泛提高。

2.1 海洋處理處理工程

在海洋測量數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)上，研究者開始著力于海洋數(shù)據(jù)處理技術(shù)。1999 年，我國首次研發(fā)了海洋數(shù)量測量、成像軟件，并在隨后的時間內(nèi)，不斷的完善、不斷的補充。時至，2001 年，國內(nèi)自主研發(fā)的綜合性海洋測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，不僅能夠進行各種海洋信息數(shù)據(jù)的成像測繪，而且能夠?qū)崿F(xiàn)潮汐分析、磁力數(shù)據(jù)處理等，幾乎涵蓋海洋測量的方方面面。近年，國家出臺的《海洋測量規(guī)范》約束下，綜合性海洋測量數(shù)據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅使得海洋測量的準(zhǔn)確性得到了大幅度提升，而且實現(xiàn)了海洋測量的標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、智能化，大大提升了海洋測量數(shù)據(jù)的可靠性、穩(wěn)定性，可以說是海洋測量數(shù)據(jù)處理的一大變革。

現(xiàn)階段，依據(jù)國家海洋作業(yè)部隊的需求，我國海洋研究主要致力于多波束測深數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的研發(fā)，在充分借鑒國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，國家以國際先進水平為目的，通過在自主研發(fā)的方式，開發(fā)研制適合于國內(nèi)國情、國內(nèi)特色的，并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多波束測深數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2.2 海洋測量誤差處理技術(shù)

國內(nèi)研究者通過不斷的實踐，不斷的改進聲速，不同實現(xiàn)了水文統(tǒng)計，準(zhǔn)確計算出近海海域回聲測深改正。更為重要的是，通過潮汐改正，研究者們借助信號處理理論，按照時差解算法，不僅解決了傳統(tǒng)上的多站潮汐改正等多方面問題，同時利用數(shù)理統(tǒng)計方法——基準(zhǔn)面歸算法，采用潮位擬合方法，對深度基準(zhǔn)面、海面均值進行計算。與此同時，有學(xué)者引入抗差估計理論進行海洋測量數(shù)據(jù)處理，大大的提升了海洋數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性。與此同時，有研究者采用方差分析方法，構(gòu)建了海洋測量系統(tǒng)誤差的顯著性分析方法，構(gòu)建海洋測量系統(tǒng)誤差顯著性檢驗標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此補償區(qū)系統(tǒng)誤差、測線誤差的計算。

3 海洋測量信息應(yīng)用技術(shù)

3.1 海洋空間地理環(huán)境應(yīng)用

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，海洋測量和數(shù)據(jù)處理技術(shù)正由紙質(zhì)化方向逐步向數(shù)字化方面過渡，不僅是海上航行的安全保障，更成為海洋戰(zhàn)場態(tài)勢工具，乃至成為海洋戰(zhàn)場環(huán)境的核心數(shù)字產(chǎn)品。更為重要的是，為不斷適應(yīng)海軍作戰(zhàn)環(huán)境發(fā)展的要求，國內(nèi)海軍根據(jù)海洋空間地理環(huán)境測量數(shù)據(jù)，通過不斷技術(shù)攻關(guān)，成功研發(fā)了海洋導(dǎo)航系統(tǒng)、海洋地理環(huán)境仿真系統(tǒng)等多種海洋信息化產(chǎn)品，成為了國家海洋戰(zhàn)場環(huán)境的建設(shè)保障?，F(xiàn)階段，國家通過數(shù)字化海圖、海洋GIS 和指揮自動化等技術(shù)融合發(fā)展，力爭提升我國海洋戰(zhàn)隊綜合力。

3.2 海洋磁場測量信息應(yīng)用

海洋磁場作為海洋物理環(huán)境的不可或缺部分，通過海洋磁場的研究，一方面能夠準(zhǔn)確的掌握海洋物理信息，包括時空、空間數(shù)據(jù)等，另外為海洋生態(tài)環(huán)境的研究提供基礎(chǔ)。近年隨著國家專項基金的不斷投入，國內(nèi)現(xiàn)貨進行了海洋磁場信息測量，包括水下障礙物勘測、潛艇勘測、海下武器制導(dǎo)等測量，尤其是在海下小目標(biāo)勘測方面國內(nèi)海洋磁場信息測量取得來的十足的進步，不僅提出了多探頭海洋磁力儀陣列設(shè)計方案，而且開展了相關(guān)的理論研究和實踐研究。

3.3 海洋重量場測量信息應(yīng)用

海洋重力場作為海洋物理環(huán)境的又一組成部分，海洋重力場的研究。不僅有利于掌握地球內(nèi)部形狀、構(gòu)造，而且對海底資源、物質(zhì)的勘察具有重要意義，尤其是近年各國軍事緊張，在軍事領(lǐng)域方面，現(xiàn)代彈道導(dǎo)彈的研發(fā)，地球重要場計算成為制約導(dǎo)彈命中率的制約因素，海洋重力場的研究意義重大。

4 結(jié)語

本文在概述我國海洋測量與數(shù)據(jù)處理技術(shù)的同時，探究精密海洋測量與數(shù)量處理技術(shù)在海洋生產(chǎn)中的應(yīng)用，為促進我國海洋精密海洋測量與數(shù)量處理技術(shù)的進一步發(fā)展提供理論依據(jù)。