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        北京物流信息聯盟

        【歸納篇】——知識點整理:測繪案例分析--海洋測繪

        無人機與航測 2021-10-07 12:42:51



        第1節 2.1 海洋測量

        ? ? ? ?知識點一、海洋測繪的任務和內容[熟悉]

        ? ? ? ?對海面水體和海底進行全方位、多要素的綜合測量,

          大氣(氣溫、風、雨、云、霧等);

          水文(海水溫度、鹽度、密度、潮汐、波浪、海流等);

          以及海底地形、地貌、底質、重力、磁力等各種信息和數據;

          繪制成不同目的和用途的專題圖件,為航海、國防建設、海洋開發和海洋研究服務。

          海洋測繪內容:主要包括海洋大地測量、海洋重力測量、海洋磁力測量、海洋躍層測量、海洋聲速測量、海道測量、海底地形測量、海圖制圖、海洋工程測量等。

          海道測量:

          海道測量的任務是進行水深測量和海岸地形測量,獲取海底地貌、底質情況和航行障礙物等資料。

          海道測量的主要內容有:

          (1)控制測量;

          (2)進行水位觀測,確定平均海面、深度基準面和計算水深測量時的水位改正;

          (3)進行水深測量、助航標志的測量、航行障礙物的調查探測、水文和底質測定;

          (4)海岸地形測量。

          知識點二、海洋測量基準[熟悉]

        ? ? ? ?海洋測量基準包括大地(測量)基準、高程基準、深度基準和重力基準等。

          (1)坐標基準:2000國家大地坐標系(cgcs2000)。

          (2)投 影:高斯-克呂格投影和墨卡托投影。

          (3)高程基準:1985國家高程基準。

          (4)深度基準:理論最低潮面。

          知識點三、海洋測量技術設計[掌握]:海洋測量技術設計的主要內容:

          (1)確定測量目的和測區范圍。

          (2)劃分圖幅及確定測量比例尺。

          (3)確定測量技術方法和主要儀器設備。

          (4)明確測量工作的重要技術保證措施。

          (5)編寫技術設計書和繪制有關附圖。

          技術設計工作步驟:

          資料收集和分析

          初步設計、

          實地勘察

          技術設計書編制

          知識點四、海洋控制測量[掌握]

        ? ? ? ?海洋平面控制測量的方法有:三角測量、導線測量、衛星導航定位測量等。

          海洋平面控制點分為:??匾患夵c(h1)、??囟夵c(h2)、測圖點(hc)。

          ??攸c的分布應以滿足水深測量和海岸地形測量為原則。??匾?、二級點布設的方法主要采用gps測量、導線測量和三角測量,

          測圖點可采用gps快速測量法、導線、支導線和交會法測定。

          海洋高程控制測量的方法:

          幾何水準測量

          測距高程導線測量

          三角高程測量

          gps高程測量

          知識點五、深度基準面的確定[掌握]

        ? ? ? ?確定深度基準面的基本原則:

          (1)充分考慮船舶航行安全。

          (2)保證航道或水域水深資源的利用效率,衡量航道水深資源利用率的尺度就是深度基準面保證率。

          (3)相鄰區域的深度基準面盡可能一致。

          我國采用理論最低潮面作為深度基準面,深度基準面的高度從當地平均海面起算。

          知識點六、海洋測量定位[了解]

        ? ? ? ?海洋定位通常是指利用兩條以上的位置線,通過圖上交會或解析計算的方法求得海上某點位置的理論與方法。

          海洋定位的方法主要有:

          光學定位

          無線電定位

          衛星導航定位

          水聲定位

          知識點七、水文觀測[熟悉]

        ? ? ? ?海洋水文觀測是指在某點或某一斷面上觀測各種水文要素,并對觀測資料進行分析和整理的工作。

          觀測內容:觀測海水溫度、鹽度、密度、含沙量、化學成分、潮汐、潮流、波浪、聲速等要素,

          為編輯出版航海圖、海洋水文氣象預報、海洋工程設計以及海岸變遷和泥沙淤積等海洋科學研究提供資料。

          知識點八、水深測量[熟悉]

        ? ? ? ?海洋水文觀測是指在某點或某一斷面上觀測各種水文要素,并對觀測資料進行分析和整理的工作。

          觀測內容:觀測海水溫度、鹽度、密度、含沙量、化學成分、潮汐、潮流、波浪、聲速等要素,

          為編輯出版航海圖、海洋水文氣象預報、海洋工程設計以及海岸變遷和泥沙淤積等海洋科學研究提供資料。

          知識點九、水下地形測量[熟悉]

        ? ? ? ?1.潮位站布設和潮位觀測

          2.測量準備

          3.測量過程

          4.測深數據處理

          5.精度評估

          6.圖形繪制


          1.潮位站布設和潮位觀測

          潮位站布設和潮位觀測的技術要求有:

          (1)潮位站布設密度應能控制全部測區的水位變化。相鄰潮位站之間的距離應滿足最大潮高差不大于1m,最大潮時差不大于2h,潮汐性質基本相同。

          (2)潮位觀測間隔應至少30min觀測一次(于整點和半點記錄),高、低平潮及其前后1h和水位異常變化時,每隔10min觀測一次,并讀至厘米,時間讀到整分;水位觀測誤差不應大于2cm;顧及測區潮時差影響,當采用雙站或多站改正水位時,潮位觀測時間長度應比水深測量作業時間提前并靠后各1h。

          (3)深度基準的確定。潮位站的水位應歸化到深度基準面(理論最低潮面)上。


          2.測量準備

          測量前準備工作的注意要點有:

          (1)儀器測試,包括gnss穩定性試驗、測深儀穩定性試驗、多波束安裝校準和其他儀器測試。

          (2)測線布設,包括多波束主測線、單波束檢查線和障礙物加密掃測等測線布設間距和方向。

          (3)船舶靜、動吃水測量。


          3.測量過程

          在測量過程中要注意以下要點:

          (1)聲速剖面測量的相鄰聲速剖面差值應不大于2m/s。

          (2)多波束測量實施與質量控制。

          (3)岸線測量方法。

          (4)障礙物加密探測實施。


          4.測深數據處理

          測深數據處理中重點注意以下要點:

          (1)定位、姿態、航向、潮位、聲速等原始數據檢查和粗差剔除。

          (2)多波束測深數據濾波、虛假信號剔除。

          (3)多波束數據編輯定位、姿態、航向、潮位、聲速等各項合并和改正。

          定位數據合并:將gps接收機獲得的wgs-84坐標系定位數據實時轉換為cgcs2000坐標,再合并到每一個水深點上。

          姿態改正:將姿態傳感器實測的船舶姿態和航向進行船姿改正。

          吃水改正:對實測水深進行動態、靜態吃水改正。

          聲速改正:對實測水深進行聲速剖面改正,可根據聲速剖面進行分帶改正。

          潮位改正:利用實測或推算潮位數據,采用單站、多站分帶、航跡推算潮位等方法對水深數據進行改正。

          安裝校準參數改正:根據安裝和測試的結果配置船坐標文件,進行實測數據改正。

          (4)水深數據的篩選,一般選取最淺水深為圖載水深。


          5.精度評估

          利用主檢測量法進行水深測量準確度評估。計算主測線和檢查線在交叉點處的水深偏差,統計95%置信度的標準偏差和均方差,以此作為準確度評估的依據。

          知識點九、水下地形測量


          6.圖形繪制

          (1)繪圖準備:①將外業水深成果、助航標志、地形岸線、特征地物等成果轉換到統一的坐標系統;②將測量成果按規范要求抽稀,并轉換為制圖軟件所兼容的數據格式;③搜集、了解現行版次海圖。

          (2)外業測量成果圖繪制

          (3)資料檢查:①數學基礎,包括縱圖廓長、橫圖廓長、對角線長、經緯網直線比例尺是否正確;②坐標系基準面是否正確、資料整理是否完善正確,島嶼和岸線轉繪是否合乎要求;③綜合取舍是否適當,相互關系是否合理、有無錯漏;④各種注記包括英文漢語拼音及漢字是否正確,說明文及圖面配置內容是否合理、正確;⑤地理調查報告的系統性、完整性、準確性和整體水平。

          知識點十、海洋測量成果質量檢驗和成果歸檔[了解]

        ? ? ? ?海洋測量成果質量檢驗內容主要包括

          測量儀器設備檢校、

          平面控制、高程和潮位控制、

          定位、測深、

          障礙物探測、

          助航標志測量、

          海底地貌測量和灘涂及海岸地形測量等。

          測量成果質量檢驗實行“兩級檢查一級驗收”。

          海洋測量成果檢查驗收合格后,對上交的資料進行分析、匯總、整理,并裝訂成冊,編制目錄歸檔。海洋測量歸檔成果資料包括:①測量任務書、踏勘報告及技術設計書;②儀器設備檢定及檢驗資料;③外業觀測記錄手簿、數據采集原始資料;④內業數據處理、計算、校核、質量統計分析資料;⑤所測繪的各類圖紙及成果表;⑥港口資料調查報告、技術報告、各級質量檢驗報告;⑦測量過程記錄;⑧其他測量資料。


          2.1.2 案例樣題

          第一題

          1.任務概況

          ××市新老城區之間有寬闊的海灣(海灣長約30km)天然隔斷,水路交通經常因大風、大霧而中斷,不得不依靠環海灣公路來實現,嚴重制約當地經濟社會發展。為了破解海灣交通問題,該市計劃建設跨海大橋。在建橋方案設計論證階段,需要組織實施水下地形測量,以掌握該海域翔實的地形環境資料,為跨海大橋工程的選線、設計等工作提供基礎測繪資料。

          2.目標

          (1)制作測區岸線和水下全覆蓋水深圖,制圖比例尺為1:2000。

          (2)獲取測區水下地形及礁石、沉船等特殊地貌與地物分布。

          (3)測量任務工期90天。

          3.指標要求

          (1)平面坐標系統。平面控制為2000國家大地坐標系,高斯-克呂格投影,3°分帶。

          (2)高程系統。高程控制為1985國家高程基準;深度控制為理論最低潮面。

          (3)測圖比例尺。比例尺為1:2000。

          (4)精度要求。定位精度優于±3m,測深精度(置信度95%)為±0.3m,主檢測深比對要求超限深度點數不超過比對總數的15%。

          4.基礎條件

          (1)測區條件:①測區位于北溫帶季風區域,夏季多南風及東南風,冬季多北風及西北風;②潮汐類型為正規半日潮型,平均高潮位3.85m,平均低潮位1.08m;③潮流屬半日潮流,漲潮流速大于落潮流速,漲潮歷時小于落潮歷時,潮流基本屬于往復流,最大流速方向同海岸平行。

          (2)資料:①測區內已有1:1萬的地形圖,可作為控制網設計、選點用圖;②測區內及附近已有1954北京坐標系下的二、三等gps控制點;③測區內及附近已有1985國家高程系下的二等高程控制點。

          (3)人員:測量船3艘,每船配備技術人員3人;潮位觀測3人,分別負責相關潮位站潮位觀測;后勤保障人員1人;項目負責2人。

          (4)設備:①定位設備,根據測量比例尺、精度和測量環境采用rbn/dgps接收機;②測深設備,根據要求采用單波束和多波束測深設備;③聲速測量,根據水深以及區域溫度、鹽度變化采用聲速剖面儀;④驗潮儀,對于需要架設臨時驗潮站的情況,采用水尺驗潮、波潮儀、壓力式驗潮計;⑤水準測量,水準儀或者全站儀;⑥其他輔助設備,為實現精確測深,考慮在測深中配備姿態傳感器和光線羅經等輔助設備,輔助設備還包括計算機、發電機等其他設備。

          5.提交成果

          (1)原始資料,包括原始調查、現場記錄、數據光盤等原始記錄資料。

          (2)成果資料,包括調查航次信息、測線或剖面信息、經處理的水深數據、聲速剖面數據、驗潮站水位觀測數據以及水下地形圖等。

          [問題]

          1. 潮位改正有哪些方法?

          2. 簡述多波束測深系統的安裝校準方法。

          3. 簡述水下地形測量工程項目基本實施過程。

          [參考答案]

          1. 潮位改正的方法如下:

          (1)單站水位改正法。當測區處于一個驗潮站的有效范圍內,可用該站的水位資料來進行水位改正。

          (2)線性內插法。

          (3)水位分帶改正法(分帶法)。

          (4)時差法。

          (5)最小二乘參數法。

          2.簡述多波束測深系統的安裝校準方法。

          涌浪補償器、電羅經、測深換能器在安裝時與設計要求存在著誤差,而這些誤差將直接影響水深的位置和深度的誤差,必須經過校準才能夠消除,以滿足測量精度要求。按照時延、橫搖、縱搖、羅經(航向)順序進行多波束安裝校準,每一個安裝校準項目必須有一個以上多余測量值。具體校正方法如下:

          3. 水下地形測量工程項目基本實施過程如下:

          (1)準備工作,包括資料收集、設備監測和調試、測線設計、多波束校準、動吃水的測定等。

          (2)測量過程,包括水深測量、潮汐測量、聲速測量等。

          (3)數據處理,包括多波束數據處理、水深改正、質量控制、歸位計算等過程。

          (4)質量評估,利用主檢比對等方法對水下地形測量成果進行質量評估。

          (5)圖形繪制,對測點平面坐標、水深進行轉換,獲得圖形繪制要求的坐標系系統和垂直基準下的成果,用于水下地形圖繪制;根據比例尺設計圖幅、進行水下地形圖繪制。

          (6)成果提交,資料整理、匯編和提交。

          第二題

          某地區進行沿海海島綜合開發建設,需要全面測量海島周邊海底地形。該地區海島地理環境、海底地形和水流條件復雜,測深采用單波束回聲測深儀。

          [問題]

          1. 在海洋測深時,測量船定位方法有哪些?

          2. 單波束測深需要對測深儀測量的水深值進行哪些改正?

          3. 在海洋測深工作中,定位中心與測深中心滿足什么要求?

          [參考答案]

          1. 測量船定位方法有:天文定位、光學定位、無線電定位、衛星導航定位和水聲定位等。

          2. 單波束測深需要對測深儀測量的水深值進行吃水改正、換能器基線改正、轉速改正及聲速改正。

          3. 定位中心與測深中心應盡量保持一致,對大于1:1萬比例尺測圖,兩者水平距離最大不得超過2m,對于小于1:1萬比例尺測圖,兩者水平距離不得超過5m,否則應將定位中心歸算到測深中心。定位時間與測深必須保持同步。

          

        第2節 2.2 海圖制圖

        ? ? ? ?知識點一、海圖總體設計[掌握]

        ? ? ? ?總體設計是確定海圖的基本規格、內容及表示方法的過程,主要包括以下內容:

          (1)海圖圖幅設計:

          確定海圖圖幅規格、圖幅數量和對海圖的分幅以及每一幅海圖的標題、圖號及圖面配置;

          海圖一般根據制圖區域情況采取自由分幅,陸域面積不宜大于圖幅總面積的1/3;

          圖面配置一般包括標題內容和位置、各種圖表、說明文字以及方位圈配置的位置等。

          (2)確定海圖的數學基礎

          確定海圖比例尺、投影、坐標系統及深度、高程基準,海圖一般除比例尺不同以外,其他數學基礎都有明確的規定。

          (3)構思海圖內容及表示方法

          該部分內容包括海圖內容的選擇、確定地理要素的制圖綜合原則和指標、設計和選擇表示方法、確定地名的采用原則。

          知識點二、制圖資料的收集和分析[了解]

        ? ? ? ?海圖制圖資料大致可分為圖形資料、數字資料和文字資料。制圖資料主要包括以下類型:

          (1)控制測量資料,包括各類控制點的成果。

          (2)海測資料,包括各種實測水深、海岸地形成果及障礙物探測資料等。

          (3)成圖資料,包括各種地圖、海圖、地圖集、海圖集等。

          (4)遙感圖像資料,包括航空攝影測量資料和衛星遙感資料。

          (5)其他資料,包括各種文字、數字資料和圖片資料等。

          資料分析的重點:資料的完備性、地理適應性、現勢性、精確性和復制的可能性等。

          把被采用的資料按使用程度分為基本資料、補充資料和參考資料,確定對各種資料的使用內容、使用范圍及使用方式,并確定轉繪的原則、方法和精度要求,根據編圖需要和設備條件進行復制。

          知識點三、數據處理分析[熟悉]

        ? ? ? ?數據處理是在制圖資料分析的基礎上進行,主要涉及地圖投影變換、制圖坐標系變換,高程基準面和深度基準面的改算以及不同數據資料的格式轉換。

          數據處理要滿足要素制圖精度的要求。

          知識點四、制圖內容分析[了解]

        ? ? ? ?海圖制圖的重點在海部要素,陸地要素處于次要位置。

          對于制圖內容的編輯需要按照gb 12320—1998《中國航海圖編繪規范》的要求,

          對制圖資料進行合理的綜合處理,最終獲取符合規范要求的新編海圖。

          關于海圖內容的壓縮、化簡和圖形關系處理的制圖技術,稱為制圖綜合。

          制圖綜合的基本原則:表示主要的、典型的、本質的信息,舍去、縮小或不突出表示次要的信息。

          制圖綜合的方法:主要有選取、化簡、概括和移位

          知識點五、制作流程分析[了解]

        ? ? ? ?目前制作海圖一般都采用計算機輔助制圖,其制作流程

          主要分為四個階段:編輯準備階段、數據輸入階段、數據處理階段和圖形輸出階段。

          (1)編輯準備階段。進行海圖總體設計。

          (2)數據輸入階段。將編圖所使用的圖形資料、數字資料、文字資料輸入計算機的過程。

          (3)數據處理階段。通過對數據的加工,取得新編海圖的過程,該階段包括兩個方面:

          -數據預處理,包括投影、制圖坐標系、比例尺的變換、高程基準面和深度基準面的改算、不同數據資料的數據格式轉換;

          -獲取新編海圖的數據處理,包括新編海圖數學基礎的建立、對編圖數據的制圖綜合、圖形處理、符號化以及拓撲關系的處理等。

          (4)圖形輸出階段。該階段包括五個方面

          -直接在計算機屏幕上顯示海圖;

          -將海圖數據傳輸給打印機,噴繪彩色海圖

          -海圖數據傳輸到激光照排機,輸出供制版印刷用的四色菲林片;

          -傳送到數字式直接制版機,制成直接上機印刷的印刷版;

          -數字式直接印刷機可直接輸出彩色海圖。

          知識點六、海圖制圖成果檢驗和歸檔[了解]

        ? ? ? ?海圖制圖質量檢驗主要包括編輯檢查、自檢、三級審校和印刷成圖檢驗。

          其中,三級審校(“兩級檢查一級驗收”)一般指對編繪原圖和出版原圖的審校,包括作業部門質檢員審校、制圖單位質檢員檢查、上級主管部門(或任務下達方)驗收。

          海圖制圖歸檔成果資料包括:①采用的各類編繪資料;②制圖任務書、編圖計劃;③各類源數據文件、成果圖和數據文件;④各級質量檢驗的質量報告;⑤制圖過程記錄;⑥其他制圖資料。


          2.2.2 案例樣題

          1. 任務概述

          (1)任務來源?!痢粮蹫樾麻_辟對外開放的港口,需要制作一幅1:5萬海圖。

          (2)制圖區范圍。制圖區域為東經121°34′00″~東經122°09′00″,北緯40°04′45″~北緯40°23′30″,包括該港口及附近地區、航道、錨地。

          (3)任務量與工期。任務量包括海圖的設計、資料收集分析、數據處理、海圖制作,工期30天。

          (4)制圖區域地理概況。該港口位于海灣的東部地區,圖幅的東南部約1/4區域為港區及附近陸地,西部為進港航道入口。

          2.目標

          按照任務要求,編繪制作1:5萬海圖一幅。

          3.指標要求

          (1)編圖依據:①gb 12320—1998《中國航海圖編繪規范》;②gb 12319—1998《中國海圖圖式》。

          (2)設計要求:①投影設計要求,采用墨卡托投影,基準緯線選取本圖中緯,取至整分;②圖幅尺寸要求,全開圖,內圖廓尺寸一般要求為980mm×680mm左右,最大不超過1020mm×700mm;③精度要求,繪圖的精度應滿足表2.2.1的要求。  

          (3)數據處理要求:

          第一,制圖資料投影、坐標系轉換。將編圖采用的不同投影的制圖資料利用轉換參數或控制點轉換為新編圖墨卡托投影,坐標系轉換為2000國家大地坐標系。

          第二,基準面的換算。編圖資料中如果存在不同的高程和深度基準面,需要按照不同基準面之間的換算關系進行換算。將高程資料統一歸算到1985國家高程基準,將水深資料統一歸算到理論最低潮面。

          第三,數據格式的轉換。收集的數字式圖資料,可能會存在多種不同的數據格式,在編圖中需要將不同的數據格式轉換為新編圖的制圖軟件所能夠接受的數據格式。進行制圖投影、坐標系轉換以及數據格式轉換后的制圖資料需滿足制圖精度的要求。

          第四,制圖要求。按照gb12320-1998《中國航海圖編繪規范》的要求,對海圖的各種要素進行制圖綜合、編繪。

          第五,質量控制要求。按照“兩級檢查一級驗收”標準進行質量控制。驗收參照gb/t 24356—2009《測繪成果質量檢查與驗收》、gb 12320—1998《中國航海圖編繪規范》和gb 12319—1998《中國海圖圖式》執行。

          4.基礎條件

          港區附近最新的1:5萬、1:1萬地形圖資料、航空攝影資料、水深資料、水文資料、海底底質資料、助航標志資料、碼頭及海岸線資料、港區的服務設施資料、港區基準面資料。

          [問題]

          1. 海圖總體設計的主要內容是什么?

          2. 簡述海圖的制作流程。

          3. 制圖區域為東經121°34′00″~東經122°09′00″,北緯40°04′45″~北緯40°23′30″,請計算海圖的基準緯度。

          [參考答案]

          1. 總體設計是確定海圖的基本規格、內容及表示方法的過程。主要包括以下內容:

          (1)海圖圖幅設計。根據制圖區域范圍,確定海圖圖幅規格、圖幅數量和對海圖的分幅以及確定每一幅海圖的標題、圖號及圖面配置。海圖一般根據制圖區域情況采取自由分幅,陸域面積不宜大于圖幅總面積的1/3;海圖一般設計為全張圖,圖幅尺寸一般為980mm×680mm左右,特殊情況下圖幅尺寸可略擴大,但最大不得超過1020mm×700mm;對開圖一般圖幅尺寸為680mm×460mm,圖幅的標題配置在圖廓外時,縱圖廓應比標準長度小25mm。圖面配置一般包括標題內容和位置、各種圖表、說明文字以及方位圈配置的位置等。

          (2)確定海圖的數學基礎。主要包括海圖比例尺、投影、坐標系統及深度、高程基準。海圖一般除比例尺不同以外,其他數學基礎都有明確的規定;航海圖一般采用墨卡托投影,坐標系采用2000國家大地坐標系,深度基準采用理論最低潮面,高程基準采用1985國家高程基準。

          (3)構思海圖內容及表示方法。包括海圖內容的選擇,確定地理要素的制圖綜合原則和指標、設計和選擇表示方法,確定地名的采用原則。

          2. 簡述海圖的制作流程。

          制作流程主要分為四個階段:編輯準備階段、數據輸入階段、數據處理階段和圖形輸出階段。

          (1)編輯準備階段。該階段就是海圖總體設計,確定海圖的基本規格、內容及表示方法。

          (2)數據輸入階段。將編圖所使用的圖形資料、數字資料、文字資料輸入計算機的過程。

          (3)數據處理階段。通過對數據的加工,取得新編海圖的過程,包括兩個方面:①數據預處理,包括投影、制圖坐標系、比例尺的變換、高程基準面和深度基準面的改算、不同數據資料的數據格式轉換;②獲取新編海圖的數據處理,包括新編海圖數學基礎的建立、對編圖數據的制圖綜合、圖形處理、符號化以及拓撲關系的處理等。

          (4)圖形輸出階段。該階段包括五個方面:①直接在計算機屏幕上顯示海圖;②噴繪彩色海圖;③通過激光照排機,輸出供制版印刷用的四色菲林片;④通過數字式直接制版機,制成直接上機印刷的印刷版;⑤通過數字式直接印刷機可直接輸出彩色海圖。

          3. 取制圖區域的中緯并四舍五入至整分,即該圖的基準緯度為40°14′。