沿岸測量

沿岸測量是指海底表層底質探測系統的一部分。該系統實現了水深測量和底質探測的一體化，特別在底質探測方面由人工採樣判斷跨越到走航式自動化判斷，提高了外業工作效率，具有重要的套用價值。

基本介紹

• 中文名：沿岸測量
• 外文名：coastwise survey，littoral survey
• 描述：對距岸約10海里水域測量
• 套用：海道測量
• 學科：測繪

概念

沿岸測量是對目視定位儀器所能達到的距岸約10海里水域進行的海道測量。由於沿岸水域的水下地形較複雜，和島嶼、礁石眾多且航道交錯，常按1：25000～1：50000比例尺進行測量，並採用高精度回聲測深儀測深，以及進行潮位觀測和按實測潮位將所測水深歸算至深度基準面；測深點位置用前方交會法、後方交會法及高精度無線電定位儀器測定，並據相鄰實測船位的連線修正航向，以引導測量船沿預設的測深線航行。

沿岸測量技術方法的探討

在海岸帶地形測量中，沿岸水深測量與海岸地形測量都是很重要的內容。水深測量的目的是測繪相應比例尺的水深圖，以滿足海岸工程、航海、編制專題海圖的需要。在當前技術和現有裝備的條件下，海岸地形測量採用航空攝影測量方法比較有效，沿岸水深測量則可採用多種方法。

海域水深測量的特點

(1)測量對象(海底地貌)不能清晰看見，如何穿透海水完整獲取海底地形信息、探測海區航行障礙物、確保航行安全是海道測量的主要目的。

(2)水深測量大多是在船舶航中進行，在運動狀況下如何同步獲取高精度的平面位置和深度數據是海道測量的重要環節。

(3)海上深度點的深度起算面為當地的理論深度基準面。各地理論深度基準面不同，至國家高程基準面的高度各異，有的相差很大。另外，水深測量實際觀測到的深度是由瞬時海平面起算，必須改正到當地理論深度基準面起算的水深。因此潮汐觀測與分析是水深測量的關鍵技術之一。

測深技術和方法

當前海洋水深測量方法按測量平台所處的位置可以分為：①空中機載/星載遙感器水下地形測量；②船載聲納測深；③潛水器測量。海岸帶圖測量中的水深測量主要是對沿岸淺海水域的地形測量。沿岸水域海底地形比較複雜，島嶼和礁石較多，淺灘範圍大，不同地段水質混濁程度不同，有些水面還有水產養殖設施分布，採用什麼方法測深應根據不同測深技術的特點和海岸水域條件確定。

不同的測深方法，測量原理和特點各不相同，但均要求精確定位和對潮汐影響進行水位改正。

定位方法

水深測量平台的定位原理和方法與陸地形測量基本相同，與陸地採用相同的坐標系統，不同的是，測量船、空中飛行器或潛水器的位置是在運動的，不可能像陸地採用多測回重複觀測和嚴密平差定位。海上定位的方法主要有：光學定位，無線電定位，衛星定位，水聲定位，組合定位。

這些定位方法各有其特點，水深測量儀器的運載平台不同，離岸距離遠近不同，可選用不同的定位方法。當前，在海道測量中主要採用全球定位系統(GPS)的定位方法，已逐步代替了其他的定位方法。GPS定位具有全天候、速度快、精度高、性能好等優點，可以滿足各種海岸帶圖測定平面定位的要求。因GPS定位技術成熟，並在陸地和海上測量廣泛使用。

驗潮和潮汐分析

驗潮是在測區對作周期性升降運動海面進行一定時間的觀測。潮汐分析是通過對一定時間序列潮汐觀測數據求取潮汐調和常數，進而推算深度基準面、平均海水面，並對深度測量提供水位改正參數。驗潮站的布設和水位觀測的要求，根據測深區域範圍的大小和測區潮汐變化等情況確定。驗潮站水位觀測可以通過長期站、設立水尺的臨時站或選用自動驗潮儀實施。

海底表層底質探測系統在沿岸測量中的套用

研究背景

傳統的水深測量和底質探測由於測量方式不同(前者為走航式自動化，後者為手工操作)只能分開測量，造成重複“跑線”，因此工作效率較低。海底表層底質探測系統是國內生產的一套進行海底表層底質探測和水深測量的聲納系統，它利用聲學手段對海底底質和水深同時進行走航式測量，具有自動化程度高、底質識別準確率高等特點，對於沿岸測量特別是同時進行海底表層底質探測和水深測量時優勢非常明顯。《海道測量規範 》規定：淺地層剖面儀探測底質時，底質測線方向應垂直於岸線，測線間隔根據需要而定；水深測量主測線方向應垂直於等深線布設。通常情況下二者方向基本重合，因此水深測量和底質探測一般可同時進行，海底表層底質探測系統符合上述工作要求。

傳統底質探測一般採用GPS系統定位，采泥器直接採取底質，人工根據樣本判斷底質類型，形成底質數據成果，工作效率較低；海底表層底質探測系統集底質探測和水深測量於一體，全自動化操作，走航式作業，工作效率較前者大幅提高。根據測算，在一般海區該系統能提高外業工作效率20%以上，在複雜海區能提高外業工作效率33%～50%以上。研究主要介紹了海底表層底質探測系統的工作原理、特點及在沿岸測量中的套用。

系統介紹

海底表層底質探測系統由主機和換能器組成，如圖1所示。輔助設備包括自檢信號源和220VAC/12VDC線性電源。主機包括控制模組(主計算機、大容量硬碟、信號處理器、信號隔離版)、低頻模組(25 kHz發射機和接收機)、高頻模組(200 kHz發射機和接收機)、電源模組(DC-DC模組、電源板、電源開關)及顯示模組(平板顯示器、觸控螢幕)。換能器由25 kHz和200 kHz雙頻系統組成，採用一體化設計。

圖1 主機和換能器示意圖

該系統底質探測工作過程與雙頻測深儀基本一致，其底質識別原理是在一個發射周期內根據雙頻回波信號的能量、能量分布、反射係數以及各自精確測深參數等，自動分析提取出反映底質特徵的參量，再和系統本身存有的底質類型參數相比較，得出相應底質類型，並將這些數據打包，一個周期接一個周期循環往復，從而完成連續走航式海底表層底質探測。

系統在沿岸測量中的套用

（1）使用要求

每次出測前特別是長時間沒有使用該系統時對25 kHz和200 kHz換能器的絕緣阻抗以及電容值的測量非常重要，因為底質測量對信號要求比較高，換能器探頭4個指標任何一個達不到規定數值，就可能對底質測量數據精度造成較大影響。

海底表層底質探測系統在單獨測深時，測深最大量程為500 m(25 kHz為必選通道)，雙頻測深時，(複選200 kHz)最大量程為200 m，如果同時進行底質探測和水深測量，因為對信號的特殊要求，最大量程為100 m。該系統採用了與傳統雙頻測深儀相同頻率的換能器，因此可以直接使用其船底原先安裝的換能器。該系統在換能器接線方面充分考慮了此類情況。使用專用接線盒。使這兩種換能器接線時互不影響。

內業處理中，底質數據按國標要求，底質測線間隔可以隨水深間隔，也可根據實際需要採用，定位點間距為圖上2～2.5 cm。由於系統軟體導出的底質文本檔案提供定位點間距輸出功能比較簡單，建議外業操作人員在進行需要有底質探測時，儘量採用測完一條測線後手工停止再測下一條線。

（2）神經網路參數的訓練

在一般海域，系統因為本身存有前期訓練的神經網路參數和分類規則，所以底質識別整個過程實時自動完成，用戶無須干預，在陌生海域，神經網路參數的訓練有助於提高底質識別的準確率，其工作原理就是將工作海區內已知的底質類型(就泥、沙兩種底質類型)海區的測量數據，提供給系統，系統基於這些數據對識別參數進行校準。神經網路參數的訓練可以提高系統的底質識別準確率，但不是底質測量的必要環節。若用戶不能準確把握海底底質而修改神經網路參數可能會適得其反，因此用戶如果無法確定其海底底質可以不需要進行訓練，而是採用系統本身自帶的神經網路參數。