海洋測(cè)繪復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、海灣 海灣是指洋或海延伸進(jìn)入大陸部分的水域。其深度逐漸減小。海灣中海水的性質(zhì)與其相近的洋或海中水的狀況相似。海峽是指海洋中相鄰海區(qū)之間寬度較窄的水道。海峽地區(qū)海洋狀況的最大特點(diǎn)是潮流速度很大。海岸: 是陸地與海洋相互作用、相互交界的地帶海岸帶 海陸交互的地帶，其外界應(yīng)在1520米等深淺一帶，這里既是波浪、潮流對(duì)海底作用有明顯影響的范圍，也是人們活動(dòng)頻繁的區(qū)域。海岸帶的內(nèi)界，海岸部分為特大潮汐（包括風(fēng)暴潮）影響的范圍。河口部分則為鹽水入侵的上界海岸線(xiàn)：近似于平均大潮、高潮的痕跡所形成的水陸分界線(xiàn)。海岸線(xiàn)可根據(jù)海岸植物的邊線(xiàn)、土壤、植物的顏色、濕度、硬度以及流木、水草、貝殼等沖積物來(lái)確定。在地圖上

2、，人們?yōu)榱嗣黠@起見(jiàn)，把海洋和陸地用一條界線(xiàn)截然分開(kāi)，并亦把這條海水和陸地相交的界線(xiàn)稱(chēng)之為“海岸線(xiàn)”海洋地形通常分為海岸帶、大陸邊緣和大洋底三個(gè)部分海岸帶 由 海岸 海灘 水下岸坡大陸邊緣是大陸與大洋連接的邊緣地帶也是是大陸與大洋之間的過(guò)渡帶，通常由大陸架、大陸坡、大陸隆及海溝等組成 。大陸架 大陸周?chē)缓Ｋ蜎](méi)的淺水地帶，是大陸向海洋底的自然延伸。 大陸坡 陸架外緣陡傾的全球性巨大斜坡，其下限為坡度突然變小的地方 大陸隆 從大陸坡下界向大洋底緩慢傾斜的地帶海溝：大陸邊緣底部狹長(zhǎng)的海底陷落帶大洋底是大陸邊緣之間的大洋全部部分，由大洋中脊和大洋盆地構(gòu)成大洋中脊：是貫穿世界四大洋、成因相同、特征相似

3、的巨大海底山脈系列大洋盆地：大洋中脊和大陸邊緣之間的寬廣洋底。 海洋能 海潮的漲落、潮流和由風(fēng)引起的波浪中都蘊(yùn)藏著巨大的能量?jī)?nèi)海：亦稱(chēng)內(nèi)水，指領(lǐng)?；€(xiàn)以?xún)?nèi)的水域。 領(lǐng)海：為沿海國(guó)的主權(quán)及于其陸地領(lǐng)土及其內(nèi)水以外鄰接的一帶海域，在群島國(guó)情形下則及于群島水域以外鄰接的一帶海域。 毗連區(qū)：為一種毗連國(guó)家領(lǐng)海并在領(lǐng)海外一定寬度的、供沿海國(guó)行使關(guān)于海關(guān)、財(cái)政、衛(wèi)生和移民等方面管制權(quán)的一個(gè)特定區(qū)域。 大陸專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)：為領(lǐng)海以外并鄰接領(lǐng)海，介于領(lǐng)海與公海之間，具有特定法律制度的國(guó)家管轄水域大陸架：指沿海國(guó)陸地向海的自然延伸部分，又稱(chēng)陸架、陸棚、大陸棚。 公海：指沿海國(guó)內(nèi)水、領(lǐng)海、專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)和群島國(guó)的群島水域

4、以外不受任何國(guó)家主權(quán)管轄和支配的全部海域。 國(guó)際海底區(qū)域：國(guó)家管轄海域范圍以外的海底、洋底及其底土。 海洋測(cè)繪是海洋測(cè)量和海圖繪制的總稱(chēng)，是一門(mén)對(duì)海洋表面及海底的形狀和性質(zhì)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定和描述的科學(xué)；其任務(wù)是對(duì)海洋及其鄰近陸地和江河湖泊進(jìn)行測(cè)量和調(diào)查，獲取海洋基礎(chǔ)地理信息，編制各種海圖和航海資料，為航海、國(guó)防建設(shè)、海洋開(kāi)發(fā)和海洋研究服務(wù)。 海洋測(cè)繪的主要內(nèi)容有：l 海洋大地測(cè)量、水深測(cè)量l 海洋工程測(cè)量l 海底地形測(cè)量l 障礙物探測(cè)l 水文要素調(diào)查l 海洋重力測(cè)量l 磁力測(cè)量l 海洋專(zhuān)題測(cè)量和海區(qū)資料調(diào)查l 各種海圖、海圖集、海洋資料的編制和出版，l 海洋地理信息的分析、處理及應(yīng)用。 根據(jù)不

5、同的工作內(nèi)容，可將海洋測(cè)量分成如下8種：n 海洋重力測(cè)量；n 海洋磁力測(cè)量；n 海水面的測(cè)定n 大地控制與海底控制測(cè)量；n 定位；n 測(cè)深；n 海底地形測(cè)量及地貌、地質(zhì)探測(cè)n 海圖編制n 海洋地理信息?，F(xiàn)代海洋測(cè)繪 與已有海洋測(cè)繪相比，其特色主要體現(xiàn)在： 測(cè)繪內(nèi)容更加廣泛。突出了如海洋水文要素調(diào)查、海底地貌調(diào)查以及海水中聲速測(cè)量等與海洋測(cè)繪關(guān)系密切的、以及與其它學(xué)科存在交叉的內(nèi)容；同時(shí)，電子海圖和海洋地理信息系統(tǒng)也成為了現(xiàn)代海洋測(cè)繪研究的重要內(nèi)容。 采用的技術(shù)手段更加先進(jìn)主要表現(xiàn)為在繼承傳統(tǒng)測(cè)量方法和手段的基礎(chǔ)上，更加突出現(xiàn)代“立體”海洋測(cè)繪的概念，即衛(wèi)星定位技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)、機(jī)載激光測(cè)深技

6、術(shù)、多波束測(cè)量技術(shù)、高精度測(cè)深側(cè)掃聲納技術(shù)和基于AUV/ROV等水下載體的水下測(cè)繪技術(shù)和手段。 海洋測(cè)繪的特點(diǎn)1垂直坐標(biāo)和平面位置同步測(cè)定2海底控制點(diǎn)的距離相隔較遠(yuǎn)；3動(dòng)態(tài)測(cè)量，精度也相對(duì)較低4采用聲波作為信號(hào)源，聲速受海水溫度、鹽度和深度是影響。5測(cè)深并進(jìn)行測(cè)深改正6無(wú)法進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，須同步觀測(cè)海洋測(cè)繪任務(wù) 科學(xué)性任務(wù)一是為研究地球形狀提供更多的數(shù)據(jù)資料。二是為研究海底地質(zhì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)提供必要的資料。三是為海洋環(huán)境研究工作提供測(cè)繪保障。 實(shí)用性任務(wù)關(guān)于海洋測(cè)量的實(shí)用性任務(wù)，主要指的是對(duì)各種不同的海洋開(kāi)發(fā)工程，提供它們所需要的海洋測(cè)量服務(wù)工作。 第二章 海洋大地控制網(wǎng)海洋大地測(cè)量控制網(wǎng)是陸上大地

7、網(wǎng)向海域的擴(kuò)展。海洋大地測(cè)量控制網(wǎng)主要由海底控制點(diǎn)、海面控制點(diǎn)（如固定浮標(biāo)）以及海岸或島嶼上的大地控制點(diǎn)相連而組成 。海面控制網(wǎng) 主要包括以固定浮標(biāo)為控制點(diǎn)的控制網(wǎng)、海岸控制網(wǎng)、島嶼控制網(wǎng)以及島嶼陸地控制網(wǎng) 。海底控制點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，通常由固設(shè)于海底的中心標(biāo)石和水聲照準(zhǔn)標(biāo)志兩部份組成。水聲照準(zhǔn)標(biāo)志分主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。 所謂主動(dòng)式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志，實(shí)際上是一種水聲聲標(biāo)。它能主動(dòng)發(fā)射出強(qiáng)度足以保證測(cè)量船上的水聲設(shè)備能在其有效作用距離內(nèi)接收到該信號(hào)；或者當(dāng)接收到船臺(tái)發(fā)射出的詢(xún)問(wèn)聲信號(hào)后，能轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答聲信號(hào)被船臺(tái)接收。具有這樣兩種功能的水聲聲標(biāo)，我們稱(chēng)為主動(dòng)式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志。作為海底控制點(diǎn)照準(zhǔn)標(biāo)志的水聲應(yīng)答器，通

8、常由換能器、電子系統(tǒng)（包括電源）、錨以及浮標(biāo)等組成以自身表面反射來(lái)自船上水聲設(shè)備所發(fā)射的聲信號(hào)再被船臺(tái)接收，這種水聲照準(zhǔn)標(biāo)志稱(chēng)為被動(dòng)式照準(zhǔn)標(biāo)志目標(biāo)強(qiáng)度離目標(biāo)（如被動(dòng)式照準(zhǔn)標(biāo)志）1m處，從目標(biāo)反射回的反射信號(hào)的聲強(qiáng)和入射到目標(biāo)的入射信號(hào)的聲強(qiáng)之比取對(duì)數(shù)乘10 水聲聲標(biāo)的有效距離，即聲信號(hào)的最大傳播距離。這里的有效距離，指的是有效水平距離 影響水聲聲標(biāo)有效距離的因素 （1）聲信號(hào)的發(fā)射強(qiáng)度和頻率；（2）聲信號(hào)傳播路徑中噪聲的掩蓋作用；（3）聲信號(hào)傳播過(guò)程中的衰減；（4）聲射線(xiàn)的折射特性。海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定一般分兩步進(jìn)行：第一步是海底控制點(diǎn)的定標(biāo)；第二步是海底控制點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)定。海底控制點(diǎn)的定

9、標(biāo) 當(dāng)水聲聲標(biāo)按照布網(wǎng)設(shè)計(jì)方案投放到海底后，要對(duì)控制點(diǎn)的深度，相互間距離以及方位進(jìn)行測(cè)定，這項(xiàng)工作稱(chēng)為海底控制點(diǎn)的定標(biāo) 驗(yàn)證是否符合布網(wǎng)方案要求；得出控制點(diǎn)之間的相對(duì)位置 （或者說(shuō)控制點(diǎn)在局 部坐標(biāo)系中的位置）。單個(gè)海底控制點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)定§ 兩點(diǎn)交會(huì)法；§ 最近路徑點(diǎn)測(cè)定法；§ 三點(diǎn)空間交會(huì)法；§ 距離差法 海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的聯(lián)測(cè)一般采用雙三角錐法 ，即采用衛(wèi)星定位方法測(cè)定船位，同時(shí)通過(guò)船上的水聲儀器對(duì)海底控制點(diǎn)進(jìn)行同步觀測(cè)（測(cè)距），這樣的觀測(cè)可以通過(guò)船的移動(dòng)而進(jìn)行多次，然后用最小二乘方法求解船和海底控制點(diǎn)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)最或然值。 第三者 海

10、洋水文要素觀測(cè)幾種主要的水文要素：海水溫度、鹽度、密度、海水透明度、水色、潮汐、潮流以及海洋波動(dòng)。表層水溫觀測(cè)方法 n 直接測(cè)量方法常用儀器：海水表面溫度表、電測(cè)表面溫度計(jì)及其他的測(cè)溫儀器 。n 用水桶提取海水，再用精密溫度計(jì)測(cè)定水溫。 n 衛(wèi)星上通常利用紅外輻射溫度計(jì)測(cè)定海洋水溫 ；n 在海洋浮標(biāo)上一般裝有自記測(cè)溫儀器，記錄所在位置的溫度 。深層水溫觀測(cè) 主要采用的儀器：常規(guī)的顛倒溫度計(jì)、深度溫度計(jì)、自容式溫鹽深自記儀器（如STD、CTD）、電子溫深儀（EBT）、投棄式溫深儀（XBT）等。 以化學(xué)方法為基礎(chǔ)的鹽度定義： 為在一千克海水中，所有碳酸鹽轉(zhuǎn)化為氧化物，溴、碘一氯置換，而且有機(jī)物全部

11、氧化后所含所有固體物質(zhì)的總克數(shù)。（單位是克千克，符號(hào)S，又稱(chēng)絕對(duì)鹽度）。根據(jù)海水組成恒定性原理 ，常用氯度來(lái)測(cè)定鹽度。鹽度與氯度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：1978年實(shí)用鹽度標(biāo)度 ：選定一種濃度為精確值的氯化鉀（KCl）溶液，用海水水樣相對(duì)于KCl溶液的電導(dǎo)比來(lái)確定鹽度值。（規(guī)定KCl溶液的濃度精確值為32.4356） 鹽度的測(cè)定：1、光學(xué)測(cè)定鹽度法 原理：光的折射性。目前使用的儀器有：通用的阿貝折射儀、多棱鏡差式 折射儀、現(xiàn)場(chǎng)折射儀等。2、比重測(cè)定鹽度法方法 ：根據(jù)國(guó)際海水狀態(tài)方程 ，當(dāng)測(cè)得海水的密度、溫度和深度時(shí)，就可以反算出海水鹽度。 主要工具 比重計(jì)。該方法一般只適用于室內(nèi)，在精度要求不高的場(chǎng)合可

12、直接用該法測(cè)定，如制鹽場(chǎng)和漁業(yè)系統(tǒng)。 3、聲學(xué)測(cè)定鹽度法方法：根據(jù)聲速與海水鹽度、溫度和壓力的關(guān)系，利用聲速儀測(cè)得聲速、并測(cè)出海水溫度和深度來(lái)反算鹽度電導(dǎo)率測(cè)定鹽度法為主要測(cè)定方法 。赤道地區(qū)海水密度低，向兩極則逐漸增大。表層海水密度的水平分布受海流的影響較大，有海流的地方，密度的水平差異比較大。 在海面，密度的分布和變化僅取決于溫度和鹽度。在鹽度變化較小的海區(qū)，海水的密度主要決定于溫度狀況。在溫度變化較小的海區(qū)，則主要決定于鹽度的狀況。 海水透明度：在海洋學(xué)上，是指用直徑為30cm的白色圓盤(pán)，將其垂直沉入海水中，直至剛看不見(jiàn)的深度，單位為米。這一深度稱(chēng)相對(duì)透明度。 國(guó)際作出的新定義為：光線(xiàn)在

13、水中傳播一定距離后，其光能強(qiáng)度與原來(lái)光能強(qiáng)度之比。 觀測(cè)儀器 ：透明度儀、光度計(jì)等。 水色：海洋調(diào)查規(guī)范中規(guī)定，透明度盤(pán)位于透明度值一半的水層時(shí)，透明度盤(pán)上方所呈現(xiàn)的海水顏色稱(chēng)為水色。 水色觀測(cè)方法：觀測(cè)完透明度后，將透明度盤(pán)提升到透明度值一半的水層，根據(jù)透明度盤(pán)上方所呈現(xiàn)的海水顏色，在水色計(jì)中找出與之相似的色級(jí)號(hào)碼，即為該次觀測(cè)的水色。 海洋潮汐 ：海水受到月球和太陽(yáng)的吸引力作用，產(chǎn)生一種規(guī)律性的升降運(yùn)動(dòng)，這種海面升降現(xiàn)象叫做海洋潮汐。 產(chǎn)生潮汐現(xiàn)象的主要原因：地球上各點(diǎn)距離月球和太陽(yáng)的相對(duì)位置不同 。日不等現(xiàn)象：通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的水位觀測(cè)，可以從其記錄曲線(xiàn)上看出，每日的潮差是不等的，這種現(xiàn)象成為

14、潮汐日不等現(xiàn)象產(chǎn)生原因：太陽(yáng)、月球、地球之間的相對(duì)位置的不同 2、潮汐類(lèi)型 正規(guī)半日潮 ：一個(gè)太陰日（約24小時(shí)50分）內(nèi)，有兩次高潮和兩次低潮，相鄰的高低潮之間的潮差幾乎相等，此類(lèi)潮汐稱(chēng)為正規(guī)半日潮。 不正規(guī)半日潮：一個(gè)太陰日內(nèi)，也有兩次高潮和兩次低潮，但相鄰的高低潮之間的潮差不等，漲落潮時(shí)間也不等，且是變化的。 不正規(guī)日潮：一個(gè)朔望月內(nèi)出現(xiàn)的一日一次高潮和一次低潮的日潮類(lèi)型。 正規(guī)日潮：一個(gè)朔望月內(nèi)大多數(shù)天是日潮的性質(zhì)，少數(shù)天發(fā)生不正規(guī)半日潮。 風(fēng)暴潮：指由于強(qiáng)烈的大氣擾動(dòng)，加強(qiáng)風(fēng)和氣壓驟變所招致的海面異常升高現(xiàn)象風(fēng)暴潮的一個(gè)共同特征：它們都以某種方式依賴(lài)于共振現(xiàn)象。 潮汐觀測(cè)通常稱(chēng)為水位

15、觀測(cè)，又稱(chēng)驗(yàn)潮，其目的是為了了解當(dāng)?shù)氐某毕再|(zhì)，利用所獲得的潮汐觀測(cè)資料，來(lái)計(jì)算該地區(qū)的潮汐調(diào)和常數(shù)、平均海水面、深度基準(zhǔn)面、潮汐預(yù)報(bào)以及提供測(cè)量不同時(shí)刻的水位改正數(shù)等，提供給有關(guān)部門(mén)使用。 傳統(tǒng)的潮汐觀測(cè)方法 1水尺驗(yàn)潮：水尺上面標(biāo)有一定的度量刻度，一般最小刻度為cm，長(zhǎng)度大約3 5 m，一般將其固定在碼頭壁、巖壁或海灘上，利用人工在任意時(shí)刻讀取水位數(shù)據(jù)的。 2. 井式自記驗(yàn)潮儀。主要結(jié)構(gòu) ：驗(yàn)潮井、浮筒、記錄裝置 工作原理：通過(guò)在水面上隨井內(nèi)水面起伏的浮筒帶動(dòng)上面的記錄滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使得記錄針在裝有記錄紙的記錄滾筒上畫(huà)線(xiàn)，來(lái)記錄水面的變化情況，達(dá)到自動(dòng)記錄潮位的目的。 3超聲波潮汐計(jì)。主要組成

16、部分：探頭、聲管、計(jì)算機(jī) 基本工作原理：通過(guò)固定在水位計(jì)頂端的聲學(xué)換能器向下發(fā)射聲信號(hào)，信號(hào)遇到聲管的校準(zhǔn)孔和水面分別產(chǎn)生回波，同時(shí)記錄發(fā)射接收的時(shí)間差，進(jìn)而求得水面高度。 特點(diǎn)是使用方便，工作量小，濾波性能良好，適用測(cè)量4壓力式驗(yàn)潮儀壓力式驗(yàn)潮儀按照結(jié)構(gòu)可以分為機(jī)械式水壓驗(yàn)潮儀和電子式水壓驗(yàn)潮儀。 機(jī)械式水壓驗(yàn)潮儀主要組成：水壓鐘、橡皮管、U型水銀管和自動(dòng)記錄裝置組成。 基本原理：通過(guò)測(cè)量水下或與海水相聯(lián)系的水面以上某一界面上由于海面變化引起的壓力變化來(lái)測(cè)量水位 。電子式水壓驗(yàn)潮儀主要組成：水下機(jī)、水上機(jī)、電纜、數(shù)據(jù)鏈等基本原理與機(jī)械式雷同，不同之處在于利用壓力傳感器代替水壓鐘和U型管，又利

17、用數(shù)字電子技術(shù)將壓力變化轉(zhuǎn)換成水位變化，從而達(dá)到水位觀測(cè)的目的 。特點(diǎn)：安裝方便，精度高，攜帶方便，從觀測(cè)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理可以自動(dòng)化計(jì)算機(jī)處理，高效率，濾波性能良好，還可以做近距離遙控。 現(xiàn)代潮汐觀測(cè)方法 船載（浮球）GPS驗(yàn)潮原理基本原理：均采用載波相位差分技術(shù)作為定位基礎(chǔ)，利用大地高反算潮位。為了消除上述驗(yàn)潮方法中存在的波浪對(duì)潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響，常用波浪濾除方法姿態(tài)補(bǔ)償和門(mén)限濾波。 （1）姿態(tài)補(bǔ)償。波浪是引起船姿變化的一個(gè)主要因素，船姿作用下GPS-2天線(xiàn)相位中心到船體吃水面的垂距發(fā)生瞬時(shí)改變，該變化量即為船姿對(duì)水位測(cè)量的補(bǔ)償量，設(shè)p、r為縱搖和橫搖，則船姿對(duì)水位的補(bǔ)償量為： （2）門(mén)限濾波

18、 由于波浪的涌動(dòng)，船體被抬高或降低，其影響較大。故必須進(jìn)行門(mén)限濾波。數(shù)據(jù)處理及分析如下： n 動(dòng)態(tài)基線(xiàn)解算精度分析。n 計(jì)算縱搖和橫搖角p、r。n 根據(jù)架設(shè)時(shí)GPS-2天線(xiàn)相位中心到船體吃水面的距離hka、p和r，n 計(jì)算船體姿態(tài)對(duì)水位測(cè)量的影響量Dhka。n 計(jì)算瞬時(shí)海面高程Ts。n 將瞬時(shí)海面高程與水文站的潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較 n 對(duì)瞬時(shí)海面高程進(jìn)行門(mén)限濾波，將得到的結(jié)果再與水文站的潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)比較 ，是否在限差內(nèi)海洋波動(dòng)波動(dòng)的基本特點(diǎn)：在外力的作用下，水質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)其平衡位置作周期性或準(zhǔn)周期性的運(yùn)動(dòng)。 波動(dòng)可根據(jù)其不同的性質(zhì)以及特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)。 按相對(duì)水深（水深與波長(zhǎng)之比）分為深水波（短波）和

19、淺水波（長(zhǎng)波）；按波形的傳播分為前進(jìn)波與駐波；按波動(dòng)發(fā)生的位置分為表面波、內(nèi)波和邊緣波之分；按成因分為風(fēng)浪、涌浪、地震波、潮波等。 海流按照它的成因可分為三類(lèi)：l 梯度流l 風(fēng)海流l 補(bǔ)償流海流屬于穩(wěn)定流，亦即沒(méi)有加速度的定常海流。根據(jù)牛頓定律，作用于海流的合力必然為零。 潮流：海水質(zhì)點(diǎn)隨潮汐垂直運(yùn)動(dòng)的同時(shí)所做水平運(yùn)動(dòng)即潮流。往復(fù)式潮流又稱(chēng)直線(xiàn)式潮流，在海峽、水道、河口或狹窄港灣內(nèi)的潮流，受地形限制，潮流一般為往復(fù)式交換。在外海某些海區(qū)，若處于右回旋式或左回旋式潮流的交界處，也會(huì)出現(xiàn)往復(fù)式潮流。 特點(diǎn) ：流向只有兩個(gè)，流速是變化的回轉(zhuǎn)式潮流又稱(chēng)八卦流，若海區(qū)內(nèi)同時(shí)有幾個(gè)潮波存在時(shí)，便可產(chǎn)生相互

20、干擾作用，因此可形成回轉(zhuǎn)式潮流ADCP測(cè)流原理采用四個(gè)換能器斜正交配置的ADCP系統(tǒng)，通過(guò)四個(gè)換能器波束所測(cè)流速的相互關(guān)系即可確定沿水深各深度單元水體相對(duì)于ADCP（即測(cè)船）的三維（垂向、東/西、南/北）流速。 第四章 海洋聲速及聲線(xiàn)跟蹤在各種水下輻射形式中，以聲波在海水中的傳播為最佳。海洋傳遞聲音的性能比大氣好得多，且在海洋中聲波的衰減遠(yuǎn)小于無(wú)線(xiàn)電波的衰減。海洋聲學(xué)的基本內(nèi)容包括三個(gè)方面： 聲在海水中傳播的規(guī)律和海洋環(huán)境條件對(duì)聲傳播的影響。主要包括不同水文和底質(zhì)條件下聲波的傳播規(guī)律，海水對(duì)聲的吸收，聲波的起伏、散射和海洋噪聲等。 利用聲波探測(cè)海洋。 海洋聲學(xué)技術(shù)和儀器。 海水中的聲速隨著溫度

21、、鹽度和壓力的增加而增加，是壓力P（bar）或深度Z（米）的線(xiàn)性函數(shù)，是溫度T（）、鹽度S的非線(xiàn)性函數(shù)。海水中的聲速可以用聲速剖面來(lái)描述。聲速剖面亦稱(chēng)“聲速垂直分布”，反映的是聲速沿深度的變化規(guī)律。聲速隨深度的相對(duì)變化率，即單位深度內(nèi)聲速的相對(duì)變化量，稱(chēng)之為聲速梯度，單位為1/秒。海水溫度變化1，海水聲速變化約為原來(lái)的0.35(約5m/s)；鹽度每增加l，聲速約增加1.14 ms；深度每增加100米，聲速約增加1.75 ms。海水中聲速在垂直方向的變化可分為三個(gè)水層：表層（0 150 m）、中間層（ 1500 m）、深水層（1500 m）。表層和深水層溫度分布較均勻，由于壓力影響，聲速隨深度而

22、增加；中間層中的聲速由于溫度迅速降低而減小。入射角¹q0時(shí)，波束在界面處發(fā)生折射，若經(jīng)歷的水柱中有N+1個(gè)不同介質(zhì)層，則產(chǎn)生N次折射，波束的實(shí)際傳播路徑為一個(gè)連續(xù)折線(xiàn)，即聲線(xiàn)。l 聲波在海水中傳播時(shí)，會(huì)在介質(zhì)常數(shù)不同的兩個(gè)水層界面處產(chǎn)生反射、折射和某種程度的反向散射。其中折射現(xiàn)象起因于海水是非均勻介質(zhì)，這也是導(dǎo)致波束聲線(xiàn)彎曲和傳播速度發(fā)生改變的根本原因。折射后的聲線(xiàn)是向聲速減小的方向彎曲。l 聲線(xiàn)的彎曲程度和方向與聲速在垂直方向的變化相互聯(lián)系，聲速變化越大，彎曲越顯著。此外，聲波的傳播速度在溫水區(qū)要比冷水區(qū)快，且向冷水區(qū)（即聲速較低的水區(qū)）彎曲。因此，若溫度隨深度增加，聲線(xiàn)向海面彎曲

23、，反之則向海底彎曲。正常情況下，聲線(xiàn)彎曲成圓弧狀。海面反射：聲波由海水射向海面時(shí)，在海水與空氣界面上所產(chǎn)生 的反射，稱(chēng)為海面反射。海底反射：聲波由海水射向海底時(shí)，在海水與海底的界面上所產(chǎn)生 的反射，稱(chēng)為海底反射。 海水中聲波強(qiáng)度減弱的主要因素可歸納為如下三個(gè)方面：ü 幾何衰減：由于海水溫度、鹽度、壓力等分布不均勻，因此有聲速梯度存在，再加上海面、海底的影響，引起聲線(xiàn)彎曲。ü 散射衰減：聲波在海水中傳播時(shí)，由于海面、海底的不平整性、海水介質(zhì)溫度不均勻而產(chǎn)生散射，使部分聲能離開(kāi)原來(lái)的前進(jìn)方向，向其它方向發(fā)射出去，使聲波傳播方向上能量減少，聲強(qiáng)度減弱。ü 海水對(duì)聲波的吸

24、收：由于聲波在海水介質(zhì)中傳播時(shí)要引起海水內(nèi)部發(fā)生一些變化，如海水溫度的變化，在傳播過(guò)程中，相鄰的海水介質(zhì)要發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有一部分聲能要用來(lái)克服因海水介質(zhì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦力，消耗于海水中，使聲強(qiáng)度減弱。當(dāng)聲波在海洋中傳播時(shí)，若有一部分聲能在海中某一水層內(nèi)而不逸出該水層，則稱(chēng)此為聲道，亦稱(chēng)聲波道。 沿深度方向聲速極小處，聲源發(fā)出的聲線(xiàn)將向上和向下彎曲返回極值區(qū)，而保留在該水層上下兩個(gè)聲速相等的深度之間傳播。聲納是利用水下聲信息進(jìn)行探測(cè)、識(shí)別、定位、導(dǎo)航和通訊的系統(tǒng)。按照工作方式分為主動(dòng)聲納和被動(dòng)聲納兩種。 主動(dòng)聲納信息的流程為：發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射攜帶一定信息的聲信號(hào)（發(fā)射信號(hào)），在海水中傳播時(shí)如遇到

25、障礙物（潛艇、水雷、魚(yú)雷、冰山、暗礁，統(tǒng)稱(chēng)聲納目標(biāo)），產(chǎn)生回聲信號(hào)；在某一方向上的回聲信號(hào)傳到接收基陣，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)處理器處理后送到判決器，根據(jù)預(yù)先確定的原則進(jìn)行判決，最后顯示判決結(jié)果。被動(dòng)聲納（噪音聲納站）信息的流程為：被動(dòng)聲納通過(guò)接收被探測(cè)目標(biāo)（聲源部分）如魚(yú)雷、潛艇等的輻射噪聲，來(lái)實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)探測(cè)。主、被動(dòng)聲納工作信息流程的基本組成包括聲信號(hào)傳播介質(zhì)（海水）、被探測(cè)目標(biāo)和聲納設(shè)備。 影響聲納設(shè)備工作的因素，即聲納參數(shù)，主要包括： 聲源級(jí)SL、發(fā)射指向性指數(shù)DIT 、聲功率Pa、傳播損失TL、目標(biāo)強(qiáng)度TS、海洋環(huán)境噪聲級(jí)NL、等效平面波混響級(jí)RL、接收指向性指數(shù)DI以及檢測(cè)閾DT

26、。聲源級(jí)SL：是用來(lái)描述主動(dòng)聲納所發(fā)射的聲信號(hào)的強(qiáng)弱（反應(yīng)發(fā)射器輻射聲功率大?。┑膮?shù)DIT的含義：是在相同距離上，指向性發(fā)射器聲軸上聲級(jí)高出無(wú)指向性發(fā)射器輻射聲場(chǎng)聲級(jí)的分貝數(shù)。 1、聲速的直接測(cè)定凡通過(guò)測(cè)量聲速在某一固定距離上傳播的時(shí)間或相位 (一般采用聲速測(cè)量?jī)x測(cè)量聲速），從而直接計(jì)算海水聲速的方法均屬直接聲速測(cè)量。 聲速測(cè)量?jī)x依據(jù)的原理有： l 脈沖時(shí)間法、在海水介質(zhì)中放設(shè)一組發(fā)射和接收換能器 （機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備），在它們之間的距離S已知的情況下，測(cè)出聲脈沖的傳播時(shí)間t，即可求得聲速C=L/t。l 干涉法、基于被測(cè)海水介質(zhì)中連續(xù)干涉聲波效應(yīng)引起的駐波聲場(chǎng)。其中兩個(gè)相鄰波峰或波谷

27、之間的距離即為一個(gè)聲波波長(zhǎng)。在發(fā)射換能器固定的情況下，移動(dòng)接收換能器記下最大輸出（波峰）時(shí)的距離即為波長(zhǎng)或波長(zhǎng)的整數(shù)倍，為減少實(shí)際測(cè)量的誤差，常常進(jìn)行若干次測(cè)量后取平均。l 相位法：根據(jù)固定距離范圍內(nèi)測(cè)量聲波的相位變化來(lái)確定聲速。 l 脈沖循環(huán)法等首先多諧振蕩器產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，觸發(fā)發(fā)射電路工作，并形成前沿陡峭的電脈沖擊和激勵(lì)發(fā)射換能器，受激勵(lì)換能器便在其自身固有諧振頻率上產(chǎn)生聲脈沖振蕩。高頻聲脈沖由換能器向被測(cè)海水輻射出去，被相距S處的接收換能器收到，接收到的信號(hào)經(jīng)放大整形后隨即觸發(fā)多諧振蕩器，使其產(chǎn)生新的觸發(fā)脈沖觸發(fā)發(fā)射電路工作，與此同步地輻射出下一個(gè)聲脈沖，這一聲脈沖傳播S距離后又被接收

28、換能器接收，這一過(guò)程不斷循環(huán)進(jìn)行。循環(huán)脈沖的重復(fù)周期（其倒數(shù)即是循環(huán)頻率）就是聲脈沖傳播距離S所歷經(jīng)的時(shí)間T。一般在海水中測(cè)聲速，還要考慮如下因素： l 測(cè)區(qū)的水文要素；l 聲速在海水中的傳播特性 ；l 特殊水域，由于某種原因，聲速剖面變化復(fù)雜，需 做小間距測(cè)量 ；l 表層和底部的聲速測(cè)量非常重要 。根據(jù)測(cè)得的溫、鹽度和壓力數(shù)據(jù)，用特定的計(jì)算公式確定水聲速的方法稱(chēng)為間接聲速測(cè)量。自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)SOFM構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)和劃分聲速剖面類(lèi)型的過(guò)程可歸納如下：ü 假設(shè)存在R個(gè)需要分類(lèi)的聲速剖面，對(duì)應(yīng)著S個(gè)輸出類(lèi)別，則首先需要賦予R個(gè)聲速剖面到S個(gè)輸出類(lèi)型之間映射的初始權(quán)值。ü 將前面獲得的

29、描述聲速剖面結(jié)構(gòu)的梯度序列輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中。ü 根據(jù)神經(jīng)元在格網(wǎng)上的物理位置及初始權(quán)值，計(jì)算神經(jīng)元之間的距離。ü 根據(jù)選定的獲勝神經(jīng)元、神經(jīng)元間的距離和初始鄰域距離構(gòu)造鄰域。ü 通過(guò)反復(fù)訓(xùn)練和調(diào)整神經(jīng)元的權(quán)值，確保鄰域內(nèi)的神經(jīng)元與輸入向量達(dá)到最大的匹配并實(shí)現(xiàn)它們之間最大的相似，從而達(dá)到分類(lèi)的目的。聲線(xiàn)跟蹤（Sound Ray Tracing）：是建立在聲速剖面基礎(chǔ)上的一種波束腳印（投射點(diǎn)）相對(duì)船體坐標(biāo)系坐標(biāo)的計(jì)算方法。聲線(xiàn)跟蹤通常采用層追加方法，即將聲速剖面內(nèi)相臨兩個(gè)聲速采樣點(diǎn)劃分為一個(gè)層，層內(nèi)聲速變化可假設(shè)為常值（零梯度）或常梯度。在常梯度的聲線(xiàn)跟蹤計(jì)算過(guò)程中，

30、聲速變化函數(shù)采用Harmonic平均聲速。 基于層內(nèi)常聲速（g=0）下的聲線(xiàn)跟蹤 基于層內(nèi)常梯度（g0）下的聲線(xiàn)跟蹤 等效聲速剖面法：由于這種方法不是直接依賴(lài)于實(shí)際聲速剖面進(jìn)行聲線(xiàn)跟蹤計(jì)算，而是通過(guò)選擇一個(gè)簡(jiǎn)單的聲速剖面（如零梯度聲速剖面）作為參考聲速剖面，根據(jù)相對(duì)面積差，建立參考聲速剖面與實(shí)際聲速剖面間的聯(lián)系，進(jìn)而修正參考聲速剖面的計(jì)算結(jié)果，獲得最終的波束腳印位置，因此，該方法被稱(chēng)為誤差修正法由于常梯度聲速剖面與實(shí)際聲速剖面具有相同的積分面積，利用常梯度聲速剖面計(jì)算的結(jié)果同實(shí)際聲速剖面相同，因此，常梯度聲速剖面被稱(chēng)為等效聲速剖面，利用等效聲速剖面確定波束腳印位置的方法簡(jiǎn)稱(chēng)為等效聲速剖面法。聲

31、線(xiàn)跟蹤過(guò)程各種聲線(xiàn)改正方法的比較Ø 對(duì)聲速斷面的依賴(lài)性。聲線(xiàn)跟蹤法與聲速斷面的聯(lián)系表現(xiàn)在每個(gè)波束的每層計(jì)算中，誤差修正法和等效聲速斷面法則表現(xiàn)在聲速斷面有效作用范圍內(nèi)的波束計(jì)算中。Ø 計(jì)算精度。常梯度聲線(xiàn)跟蹤法的假設(shè)與實(shí)際比較吻合，計(jì)算精度相對(duì)較高，實(shí)驗(yàn)表明其深度相對(duì)誤差優(yōu)于z；常聲速聲線(xiàn)跟蹤法在q<60°時(shí)，深度相對(duì)誤差優(yōu)于z%；誤差修正法和等效聲速斷面法一般優(yōu)于4z。Ø 計(jì)算過(guò)程的復(fù)雜性。聲線(xiàn)跟蹤法需要根據(jù)實(shí)際聲速斷面計(jì)算波束在每層的水平和垂直位移，并疊加各層位移量得到波束腳印位置，計(jì)算煩瑣；誤差修正法和等效聲速斷面法，只要確定參考聲速斷面與實(shí)

32、際聲速斷面的相對(duì)面積差即可非常簡(jiǎn)便的獲得聲速斷面作用范圍內(nèi)的波束腳印深度。 Ø 條件的苛刻性。上述方法均需聲速斷面，聲速斷面越具有代表性，計(jì)算精度越高，這為聲速斷面的布設(shè)和施測(cè)提出了一定的要求；另外，等效聲速斷面法中參考深度的精度也影響著計(jì)算結(jié)果的精度。綜上：常梯度聲線(xiàn)跟蹤法的計(jì)算精度最高，但計(jì)算過(guò)程煩；等效聲速斷面法的計(jì)算精度僅次于常梯度聲線(xiàn)跟蹤法，但參考深度的要求相對(duì)苛刻；誤差修正法的計(jì)算精度相對(duì)前兩者稍差，但也能滿(mǎn)足IHO的測(cè)深精度要求，且計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單；精度最差的當(dāng)屬常聲速聲線(xiàn)跟蹤法，其計(jì)算過(guò)程也比較復(fù)雜。 第五章 潮汐調(diào)和分析及海洋垂直基準(zhǔn)面引潮力是地球上任何一點(diǎn)所受的天體引

33、力減去該天體對(duì)地球中心的引力。§ 引潮力勢(shì)的調(diào)和展開(kāi) 1 拉普拉斯展開(kāi)2Doodson展開(kāi) ü 平太陰（月球）地方時(shí) ü 月球的平經(jīng)度s、ü 太陽(yáng)的平經(jīng)度h、ü 月球近地點(diǎn)平經(jīng)度p、ü 月球升交點(diǎn)平經(jīng)度N（N=-N）；ü 太陽(yáng)近地點(diǎn)的平經(jīng)度p。3、Darwin展開(kāi)牛頓用引力的觀點(diǎn)解釋海洋潮汐現(xiàn)象，創(chuàng)立了潮汐平衡潮理論，后為貝努利所完善，所以稱(chēng)之為潮汐靜力學(xué)理論。其理論假設(shè)地球表面為等深海水所包圍，不考慮海水慣性、粘性、海底摩擦，忽略地球自轉(zhuǎn)偏向力。所謂平衡潮就是建立在該假設(shè)下的潮汐理論。因而可以將實(shí)際潮汐分成許多有規(guī)律的分振

34、動(dòng)，這些分離出來(lái)的具有一定周期、一定振幅的分振動(dòng)就叫分潮潮汐、潮流分析潮汐分析亦稱(chēng)潮汐調(diào)和分析，把任一海港的潮位變化看作是許多分潮余弦振動(dòng)之和，根據(jù)最小二乘或波譜分析原理由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出各分潮平均振幅和遲角的過(guò)程，即潮汐調(diào)和分析過(guò)程根據(jù)觀測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短，一般可將調(diào)和分析分為短期、中期和長(zhǎng)期三類(lèi)。經(jīng)典的潮汐調(diào)和分析有:Darwin分析法、Doodson分析法; 現(xiàn)代潮汐調(diào)和分析多采用最小二乘分析法、傅立葉分析法和波譜分析法等。 1.Darwin分析法是Darwin于1883年提出的。此法是對(duì)30天潮汐資料連續(xù)觀測(cè)序列進(jìn)行處理的準(zhǔn)調(diào)和分析。分潮當(dāng)中一些分潮，它們的頻率成倍數(shù)關(guān)系，這些頻率成倍數(shù)的分潮

35、稱(chēng)為分潮系。Darwin分析法就是利用潮汐由許多分潮系組成，并以其周期不等的特點(diǎn)將它們從觀測(cè)資料中分離出來(lái)，然后再將分潮系中的分潮逐個(gè)分離出來(lái)，最后求出各分潮的調(diào)和常數(shù)。2.Doodson分析法是Doodson于1928和1954年提出的。此法將分潮中所有周期相近的分潮稱(chēng)為一個(gè)分潮族，例如半日分潮族、全日分潮族、1/4分潮族等。首先從實(shí)測(cè)潮汐資料中分離分潮族，然后將分潮族中的各個(gè)分潮分離出來(lái)。為了進(jìn)行分潮族的分離，Doodson給出了16種基本線(xiàn)性組合，利用這些基本組合再作組合，消除其它分潮族的影響，得到主要包含某一分潮族貢獻(xiàn)的函數(shù)值。這些函數(shù)值僅包含某一分潮族的貢獻(xiàn)，其余分潮的影響忽略不計(jì)，

36、則可以利用這些函數(shù)值建立類(lèi)似調(diào)和原理的方程求解分潮族內(nèi)的各個(gè)分潮的調(diào)和常數(shù)。此法的特點(diǎn)是不采用分潮時(shí)的潮高計(jì)算，而直接以平太陽(yáng)時(shí)的潮高進(jìn)行線(xiàn)性組合。§ 潮流分析潮流同潮汐一樣，起因于月亮和太陽(yáng)等引潮天體的引力，與潮汐一樣，潮流也可表示為許多分潮流之和的形式。只不過(guò)為了分析和預(yù)報(bào)的方便，一般把流速w分解為向北和向東的分量，記為北分量u和東分量v；流向記為。則表示為： 潮流橢圓是用一些分潮流流速矢量端點(diǎn)的連線(xiàn)繪制而成的形如橢圓的圖，這樣的圖稱(chēng)為潮流橢圓。它只是表示分潮潮流變化的一種類(lèi)型。分潮流流動(dòng)的類(lèi)型與海岸和海底地形密切相關(guān)。實(shí)測(cè)潮流流速矢量端點(diǎn)的連線(xiàn)一般較為復(fù)雜，人們常把實(shí)測(cè)潮流分解

37、為許多周期不同的分潮流，每個(gè)分潮流的流速和流向隨時(shí)間而變化，一般呈回轉(zhuǎn)流，它是無(wú)數(shù)的水質(zhì)點(diǎn)在潮波運(yùn)動(dòng)中水平方向的周期性運(yùn)動(dòng)。 潮汐動(dòng)力學(xué)理論的基本思想潮汐動(dòng)力學(xué)理論是從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)來(lái)研究海水在引潮力作用下產(chǎn)生潮汐的過(guò)程。此理論認(rèn)為，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的海水來(lái)說(shuō)，引起海洋潮汐的源動(dòng)力是水平引潮力，而鉛直引潮力和重力相比，作用非常小。潮汐動(dòng)力學(xué)理論還認(rèn)為，海洋潮汐際上是海水在月球和太陽(yáng)水平引潮力作用下的一種長(zhǎng)波運(yùn)動(dòng)，即水平方向的周期運(yùn)動(dòng)和海面起伏的傳播。海洋潮波在傳播過(guò)程中，除受引潮力作用外，還受到海陸分布與海岸形狀、海底地形、地轉(zhuǎn)效應(yīng)以及摩擦力等因素的影響。通過(guò)建立各種海區(qū)的潮波運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)行相應(yīng)的潮波

38、數(shù)值解，從而達(dá)到解釋潮汐現(xiàn)象的目的。2 Kelvin波（狹長(zhǎng)溝渠潮波運(yùn)動(dòng)）1879年，Kelvin研究了自由潮波在狹長(zhǎng)溝渠（狹長(zhǎng)海峽）中顧及地轉(zhuǎn)偏向力(科氏力)作用下的潮波運(yùn)動(dòng)3自由潮波在變形海灣中的傳播各種形態(tài)海區(qū)中潮波特性的比較潮波特征 長(zhǎng)海峽（北半球） 窄長(zhǎng)半封閉海灣（長(zhǎng)度/4，寬度） 半封閉寬海灣（北半球） 潮波 前進(jìn)波 駐波（因?yàn)稠斎瓷湫纬桑?兩駐波疊加 潮流 往復(fù)流高潮：流向與潮波傳向相同；低潮：流向與潮波傳向相反；高、低潮時(shí)流速最大；半潮面時(shí)流速為0。 往復(fù)流漲潮向里，高潮時(shí)流速為0；退潮向外，低潮時(shí)流速為0；半潮面對(duì)流速最大，灣頂處潮流始終為0。 旋轉(zhuǎn)流潮流矢量反時(shí)針偏轉(zhuǎn)，矢

39、量末端連線(xiàn)為橢圓，無(wú)潮點(diǎn)潮流始終為最大，各地潮流始終不為0。 等潮時(shí)線(xiàn) 一組與潮波傳播方向垂直的直線(xiàn)，各地高潮的發(fā)生時(shí)刻取決于潮波的波速和波向。 一組與潮波傳播方向相同的直線(xiàn)，各地同時(shí)達(dá)到高潮。 繞無(wú)潮點(diǎn)反時(shí)針偏轉(zhuǎn) 潮差 沿潮波傳播方向看右岸大于左岸，不存在無(wú)潮線(xiàn)。 灣頂大，灣口小，存在無(wú)潮線(xiàn)。 岸邊大，中間小，存在無(wú)潮點(diǎn) 垂直基準(zhǔn)可分為：§ 高程基準(zhǔn)高程基準(zhǔn)就是陸地高程的起算面，它通常取為某一特定驗(yàn)潮站長(zhǎng)期觀測(cè)水位的平均值一長(zhǎng)期平均海面，即定義該面的高程為零，因此具有參考面的意義。§ 水深基準(zhǔn)海洋測(cè)量中常采用深度基準(zhǔn)面。深度基準(zhǔn)面是海洋測(cè)量中的深度起算面。不同的國(guó)家地區(qū)及

40、不同的用途采用不同的深度基準(zhǔn)面。 平均海面亦稱(chēng)海平面。某一海域一定時(shí)期內(nèi)海水面的平均位置。是大地測(cè)量中的高程起算面，由相應(yīng)期間逐時(shí)潮位觀測(cè)資料獲得，高度一般由當(dāng)?shù)仳?yàn)潮站零點(diǎn)起算由于所取的觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度不可能剛好為各分潮的整周期，因此，平均海面受剩余潮汐成分的影響，而且短期平均海面還包含著長(zhǎng)周期分潮的貢獻(xiàn)。另外，非潮汐因素（主要由氣象原因引起）在不同的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)表現(xiàn)為不同的性質(zhì)，在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)可視為噪聲，而短時(shí)間內(nèi)則表現(xiàn)為信號(hào)，即具有一定的規(guī)律性。這使得不同時(shí)間長(zhǎng)度的平均海面穩(wěn)定性不同。海圖深度基準(zhǔn)面確定的基本原則 長(zhǎng)期平均海面具有良好的穩(wěn)定性 照顧到航道利用率 為了使得確定的深度基準(zhǔn)面滿(mǎn)足于上

41、述兩條原則，下面給出深度基準(zhǔn)面保證率的定義：深度基準(zhǔn)面保證率是在一定時(shí)間內(nèi)，高于深度基準(zhǔn)面的低潮次數(shù)與總次數(shù)之比的百分?jǐn)?shù)。95%基準(zhǔn)傳遞與推估§ 短期驗(yàn)潮站平均海面的確定§ 1、水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)法§ 若長(zhǎng)期驗(yàn)潮站和短期驗(yàn)潮站的水準(zhǔn)點(diǎn)均連接在國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)中，或兩站水準(zhǔn)點(diǎn)間可直接進(jìn)行水準(zhǔn)觀測(cè)，則兩站主要水準(zhǔn)點(diǎn)的高差為兩者差值。§ 2、同步改正法§ 基本原理是在同一短時(shí)間內(nèi)，兩驗(yàn)潮站短期平均海面與長(zhǎng)期平均海面的差距(稱(chēng)為短期平均海面距平)一致，其依據(jù)是兩驗(yàn)潮站的水位對(duì)氣象作用的平均效應(yīng)及長(zhǎng)周期分潮貢獻(xiàn)相同，一定時(shí)間長(zhǎng)度的平均海面已基本消除了主要潮汐成分的作用，

42、所以潮汐性質(zhì)的不同對(duì)傳遞精度的影響不大。§ 3、線(xiàn)性關(guān)系最小二乘擬合法§ 4、多站傳遞推估數(shù)據(jù)的處理§ 第六章 GPS定位與海底聲學(xué)定位Ø 水聲定位系統(tǒng)的組成：船臺(tái)設(shè)備：包括一臺(tái)具有發(fā)射、接收和測(cè)距功能的控制、顯示設(shè)備和置于船底或置于船后“拖魚(yú)”內(nèi)的換能器以及水聽(tīng)器陣。水下設(shè)備：聲學(xué)應(yīng)答器基陣。 Ø 水聲設(shè)備：換能器：是一種聲電轉(zhuǎn)換器，能根據(jù)需要使聲振蕩和電振蕩相互轉(zhuǎn)換。水聽(tīng)器：本身不發(fā)射聲信號(hào)，只是接收聲信號(hào)。應(yīng)答器：既能接收聲信號(hào)，而且還能發(fā)射不同于所接收聲信號(hào)頻率的應(yīng)答信號(hào)，是水聲定位系統(tǒng)的主要水下設(shè)備，它也能作為海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志（即

43、水聲聲標(biāo)）。水聲定位系統(tǒng)通常采用的方式: 測(cè)向定位方式 測(cè)距定位方式 水聲定位系統(tǒng)的工作方式：Ø 直接工作方式Ø 中繼工作方式Ø 長(zhǎng)基線(xiàn)工作方式Ø 拖魚(yú)工作方式Ø 短基線(xiàn)工作方式Ø 超短基線(xiàn)工作方式Ø 雙短基線(xiàn)工作方式長(zhǎng)基線(xiàn)系統(tǒng)包含兩部分，一部分是安裝在船只上或水下機(jī)器人上的收發(fā)器(transducer)；另一個(gè)部分是一系列已知位置的固定在海底上的應(yīng)答器，這些應(yīng)答器之間的距離構(gòu)成基線(xiàn)。實(shí)際工作時(shí)，它既可利用一個(gè)應(yīng)答器進(jìn)行定位，也可同時(shí)利用二個(gè)，三個(gè)或更多的應(yīng)答器來(lái)進(jìn)行測(cè)距定位。短基線(xiàn)系統(tǒng) Ø 該系統(tǒng)的水下部份僅需要

44、一個(gè)水聲應(yīng)答器，而船上部分是安置于船底部的一個(gè)水聽(tīng)器基陣。換能器之間的距離一般超過(guò)10m，換能器之間的相互關(guān)系精確測(cè)定，并組成聲基陣坐標(biāo)系。Ø 系統(tǒng)的工作方式是距離測(cè)量。測(cè)量方式是由一個(gè)換能器發(fā)射，所有換能器接收，得到一個(gè)斜距觀測(cè)值和不同于這個(gè)觀測(cè)值的多個(gè)斜距值。Ø 基陣坐標(biāo)系與船坐標(biāo)系的相互關(guān)系由常規(guī)測(cè)量方法確定。系統(tǒng)根據(jù)基陣相對(duì)船坐標(biāo)系的固定關(guān)系，結(jié)合外部傳感器觀測(cè)值，如GPS、動(dòng)態(tài)傳感器單元MRU、羅經(jīng)Gyro提供的船位、姿態(tài)和船艏向值，計(jì)算得到海底點(diǎn)的大地坐標(biāo)。超短基線(xiàn)系統(tǒng) Ø 超短基線(xiàn)安裝在一個(gè)收發(fā)器中，組成聲基陣，聲單元之間的相互位置精確測(cè)定，組成聲基

45、陣坐標(biāo)系。系統(tǒng)通過(guò)測(cè)定聲單元的相位差來(lái)確定換能器到目標(biāo)的方位(垂直和水平角度)。換能器與目標(biāo)的距離通過(guò)測(cè)定聲波傳播的時(shí)間，再用聲速剖面修正波束線(xiàn)，確定距離。Ø 超短基線(xiàn)系統(tǒng)與短基線(xiàn)系統(tǒng)的區(qū)別僅在于，船底的水聽(tīng)器陣，以彼此很短的距離(小于半個(gè)波長(zhǎng)，僅幾厘米)，按直角等邊三角形布設(shè)而裝在一個(gè)很小的殼體內(nèi)。它以方位距離法定位。 水下聲學(xué)定位系統(tǒng)的精確定位需要進(jìn)行如下幾種改正：1. 船姿態(tài)改正2. 水聽(tīng)器基陣偏移改正 3. 聲線(xiàn)曲率改正 第七章 水深測(cè)量及海底地形測(cè)量水深測(cè)量經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)展階段：測(cè)繩重錘測(cè)量（點(diǎn)測(cè)量）單頻單波束測(cè)深（點(diǎn)測(cè)量）雙頻單波束測(cè)深（點(diǎn)測(cè)量）多波束測(cè)深（面測(cè)量）機(jī)載

46、激光測(cè)深（面測(cè)量）回聲測(cè)深原理單頻單波束測(cè)深（點(diǎn)測(cè)量）安裝在測(cè)量船下的發(fā)射機(jī)換能器，垂直向水下發(fā)射一定頻率的聲波脈沖，以聲速C在水中傳播到水底，經(jīng)反射或散射返回，被接收機(jī)換能器所接收?；芈暅y(cè)深儀由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、發(fā)射換能器、接收換能器、顯示設(shè)備和電源部分組成。吃水改正：由水面至換能器底面的垂直距離稱(chēng)為換能器吃水改正數(shù)Hb。轉(zhuǎn)速改正Hb是由于測(cè)深儀的實(shí)際轉(zhuǎn)速ns不等于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n0所造成的。聲速改正Hc是因?yàn)檩斎氲綔y(cè)深儀中的聲速Cm不等于實(shí)際聲速C0造成的測(cè)深誤差回聲測(cè)深儀按照頻率分為單頻測(cè)深儀和雙頻測(cè)深儀雙頻單波束測(cè)深（點(diǎn)測(cè)量） 換能器垂直向水下發(fā)射高、低頻聲脈沖，由于低頻聲脈沖具有較強(qiáng)的穿透能

47、力，因而可以打到硬質(zhì)層；高頻聲脈沖僅能打到沉積物表層，兩個(gè)脈沖所得深度之差便是淤泥厚度h四波束掃海測(cè)深儀四波束掃海測(cè)深儀主要由四個(gè)收、發(fā)臺(tái)的換能器，同步控制器和圖示記錄器織成。四個(gè)換能器在船上的安裝方式有舷掛式和懸臂式兩種。多波束測(cè)深系統(tǒng)多波束測(cè)深系統(tǒng)是從單波束測(cè)深系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)，能一次給出與航線(xiàn)相垂直的平面內(nèi)的幾十個(gè)甚至上百個(gè)深度。它能夠精確地、快速地測(cè)定沿航線(xiàn)一定寬度內(nèi)水下目標(biāo)的大小、形狀、最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，從而較可靠地描繪出水下地形的精細(xì)特征，從真正意義上實(shí)現(xiàn)了海底地形的面測(cè)量。 與單波束回聲測(cè)深儀相比，多波束測(cè)深系統(tǒng)具有測(cè)量范圍大、速度快、精度和效率高、記錄數(shù)字化和實(shí)時(shí)自動(dòng)繪圖等優(yōu)點(diǎn)。 多

48、波束系統(tǒng)是由多個(gè)子系統(tǒng)組成的綜合系統(tǒng)。對(duì)于不同的多波束系統(tǒng)，雖然單元組成不同，但大體上可將系統(tǒng)分為多波束聲學(xué)系統(tǒng)（MBES）、多波束數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（MCS）、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和外圍輔助傳感器。 其中，換能器為多波束的聲學(xué)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)波束的發(fā)射和接收；多波束數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成波束的形成和將接收到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并反算其測(cè)量距離或記錄其往返程時(shí)間；外圍設(shè)備主要包括定位傳感器（如GPS）、姿態(tài)傳感器（如姿態(tài)儀）、聲速剖面儀（CDT）和電羅經(jīng)，主要實(shí)現(xiàn)測(cè)量船瞬時(shí)位置、姿態(tài)、航向的測(cè)定以及海水中聲速傳播特性的測(cè)定；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以工作站為代表，綜合聲波測(cè)量、定位、船姿、聲速剖面和潮位等信息，計(jì)算波束腳印的

49、坐標(biāo)和深度，并繪制海底平面或三維圖，用于海底的勘察和調(diào)查。 多波束測(cè)深數(shù)據(jù)處理首先，將波束腳印的船體坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到地理坐標(biāo)系（或當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系）和某一深度基準(zhǔn)面下的平面坐標(biāo)和水深。即波束腳印的歸位。 船體坐標(biāo)系原點(diǎn)位于換能器中心，x 軸指向航向，z 軸垂直向下，y 軸指向側(cè)向，與x、z 軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。 波束在海底投射點(diǎn)位置的計(jì)算需要船位、潮位、船姿、聲速剖面、波束到達(dá)角和往返程時(shí)間等參數(shù)。計(jì)算過(guò)程包括如下四個(gè)步驟：ü 姿態(tài)改正。ü 船體坐標(biāo)系下波束投射點(diǎn)位置的計(jì)算。 ü 波束投射點(diǎn)地理坐標(biāo)的計(jì)算。ü 波束投射點(diǎn)高程的計(jì)算。 高分辨率測(cè)深側(cè)掃聲納軟件功能介

50、紹：聲納驅(qū)動(dòng)軟件的主要功能是提供與水上服務(wù)器軟件、水上終端調(diào)試和測(cè)試軟件的接口，提供與水下主控程序的接口，發(fā)送控制命令并接收水下控制計(jì)算機(jī)上傳的數(shù)據(jù)，提供與水上數(shù)字信號(hào)處理程序的接口，控制數(shù)字信號(hào)處理軟件的工作。 水上服務(wù)器軟件的主要功能是提供聲納驅(qū)動(dòng)軟件與圖形用戶(hù)接口軟件的接口，將用戶(hù)請(qǐng)求操作轉(zhuǎn)換為聲納工作命令與工作參數(shù)，并向聲納驅(qū)動(dòng)軟件發(fā)送，接收數(shù)字信號(hào)處理的結(jié)果數(shù)據(jù)并向圖形用戶(hù)接口軟件發(fā)送。ü 用戶(hù)圖形接口軟件的主要功能是對(duì)數(shù)字信號(hào)處理結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正并成圖；提供與水上服務(wù)器的接口，發(fā)送聲納操作指令，接收水上數(shù)字信號(hào)處理軟件處理的結(jié)果數(shù)據(jù)，提供與輸入輸出設(shè)備、傳感器設(shè)備、存

51、儲(chǔ)設(shè)備連接的接口。ü 后處理軟件的主要功能是對(duì)一次調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)的后處理，進(jìn)行拼圖,得到最終的等深線(xiàn)圖和地貌圖。ü 水下主控軟件的主要功能是控制水下電子分機(jī)的工作。ü 水上終端調(diào)試與測(cè)試軟件的主要功能是完成對(duì)聲納的調(diào)試與測(cè)試。ü 聲納仿真軟件的主要功能是在不連接聲納硬件設(shè)備的條件下，完成聲納對(duì)外接口的仿真?；谒聶C(jī)器人的水下地形測(cè)量機(jī)載激光測(cè)深（LIDAR） 機(jī)載激光雷達(dá)(LIDAR)是一個(gè)集現(xiàn)代三種尖端技術(shù)于一身的空間測(cè)量系統(tǒng)，它又分為用于獲得地面數(shù)字高程模型(DEM)的地形LIDAR系統(tǒng)和已經(jīng)成熟應(yīng)用的用于獲得水下DEM的海道測(cè)量LIDAR系統(tǒng)

52、，這兩種系統(tǒng)的共同特點(diǎn)都是利用激光進(jìn)行探測(cè)和測(cè)量，即Light Detection And Ranging - LIDAR。 LIDAR是一種集激光，全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)三種技術(shù)于一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM。機(jī)載激光雷達(dá)是一種低成本高效率獲取空間數(shù)據(jù)的方法。它的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)大范圍、沿岸島礁海區(qū)、不可進(jìn)入地區(qū)、植被下層、地面與非地面數(shù)據(jù)的快速獲取。缺陷在于對(duì)水質(zhì)要求較高激光測(cè)深的原理與雙頻回聲測(cè)深原理相似，從飛機(jī)上向海面發(fā)射兩種波段的激光，一種為紅光，波長(zhǎng)為1064nm，另一種為綠光，波長(zhǎng)為523nm。紅光被海水反射，綠光則透射到海水里，到達(dá)海底后被反射回來(lái)。這樣，兩束光被接收的時(shí)間差等于激光從海面到海底傳播時(shí)間的兩倍，由此可算得海面到海底的深度。 機(jī)載激光測(cè)深具有速度快、覆蓋率高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可作常規(guī)海道測(cè)量之用。機(jī)載激光測(cè)深具有快速實(shí)施大面積測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，被海洋大國(guó)廣泛應(yīng)用于沿岸大陸架海底地形測(cè)量之中。除了常規(guī)的海底地形測(cè)量之外，機(jī)載激光測(cè)深的覆蓋率高決定了它還能提高探測(cè)航行障礙物的探測(cè)