以下文章來源于溪流之海洋人生 ，作者申家雙等

開啟新征程，試圖用自己對海洋和測繪產業的理解和思考，助推行業健康、有序發展，為中華民族的偉大復興而盡自身的力量。我們的口號永遠是：用專業精神創造價值，用人文關懷引發共鳴。

引言

海洋測量是人類認識海洋、了解海洋的重要手段，居于海洋測繪信息獲取、處理、應用三元體系架構的前端和上游，其基本任務是感知獲取多要素、高精度海洋基礎信息，并按照相關規范要求對數據進行質量控制與標準化處理，生成海洋測量成果(或圖件)，為編制各類海圖、編寫航海資料等提供基礎資料，為艦船航行、海洋發展、海洋工程、海洋研究以及海岸帶管理提供支撐服務。

發現元素周期律的著名科學家門捷列夫曾說過：“科學是從測量開始的”，強調了測量在科學研究中的重要作用。海洋測量學作為研究海洋測量理論、技術與工程應用的一門綜合性學科，是隨著人類在社會實踐中的需要而產生的，同時又是隨著社會生產力的進步和科技能力的提升而發展的。特別是近年來，空間技術、海洋技術、傳感器技術、信息技術、通訊技術的飛速發展以及全球導航衛星系統(GNSS)、遙感(RS)、地理信息系統(GIS)在海洋領域的廣泛應用，推動了海洋測量學科的長足進步。

構建了“天基、空基、岸基、海基、潛基”立體綜合海洋測量平臺與裝備技術體系，海洋地理信息感知能力與要素探測功效得到大幅提升，研發了海洋大地、水深、地形、重力、磁力、遙感等數據質量控制與分析處理系統軟件，建立了測量數據精細化處理的業務體系，多源數據標準化處理能力不斷增強。其表現出的學科拓展交融性、信息源的多元關聯性、數據分析的精細整體性以及成果應用的普適多樣性等特征都得到了充分體現。隨著海洋測繪從事后走向實時、靜態走向動態、二維走向多維、粗略走向精準、區域走向全球的應用發展，目前海洋測量工作仍面臨很多問題與挑戰，需要從學科發展、理論創新、技術突破、方法拓展、裝備更新、能力提升、人才建設等層面綜合施策、整體發力，快速轉入信息化智能化融合發展新軌道。

本文在前期建立的海洋測繪學科體系框架基礎上，參考了«中國大百科全書»(第三版)海洋測繪學分支多名國內學者撰寫的詞條內容，歸納了海洋測量學科內涵與測量要素，梳理了海洋測量學科專業研究方向，設計了海洋測量學科體系能力分析魔方圖，闡述了測量作業流程與關鍵技術環節，分析了各學科專業的術語定義、研究目的、內容及技術方法，以期為大家了解海洋測量學科體系全貌、加速專業理論發展、推動學科技術進步提供幫助。

學科理論體系設計與專業技術能力分析

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學科內涵與測量要素

海洋測量學是對海洋和江河湖泊及其毗鄰陸地地理空間要素的幾何性質和物理性質進行準確測定和描述的綜合性學科，海洋測繪學的重要組成部分，是在海道測量學基礎上逐步發展起來的一門學科。海洋測量學與海洋學、航海學、地質學等多個學科存在聯系，特別是與海圖制圖學與海洋地理信息工程技術關系最為密切。學科理論是以大地測量學、地球物理學、海洋學等地球科學為基礎，這些學科發展促進了海洋測量學的發展，同時海洋測量學的發展又推動著測繪、海洋等相關學科的不斷進步。

按照海洋測量學科的定義，其測量對象包括海洋、江河湖泊及其毗鄰陸地，是各種自然要素、人工要素與人文要素等組成的綜合體。自然要素通常包括海岸與海灘的水深、岸線等地形(地物地貌的統稱)、海面地形、海底地形與底質、海洋重磁場、海洋潮汐、海水溫度、鹽度、密度、聲速、海流、波浪、泥沙、海冰、水色、海水透明度等；人工要素包括人工建設、人為設置或改造形成的要素，如海岸的港口設施、海中的各種平臺、航行標志、人為的各種礙航物、專門設置的各種界限(如禁航區、港界、行政界線等)。人文要素除通信、交通、運輸、錨地、補給與社會情況之外，還包括海洋政治、經濟、人口、民族、民俗、宗教、歷史等要素。

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學科體系結構設計

以海洋空間為主要探測對象的海洋測量學，其原理、技術和方法已拓展形成多個學科分支。按照測量的不同工作內容和任務，海洋測量學通常劃分為海洋大地測量、海洋重力測量、海洋磁力測量、海道測量、海洋工程測量、海洋專題測量、海洋遙感測量等7個專業分支，其學科體系結構框架與主要研究內容見圖1。

圖1 海洋測量學科體系結構框架圖

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專業能力分析方法

海洋測量通常基于天基(各類衛星)、空基(飛機、飛艇等)、岸基(車載、單兵與固定站等)、海基(艦船、艦艇等)、潛基(水中潛艇、潛器、潛標與海底觀測站等)五類作業平臺，通過搭載海洋測量探測裝備，以有人或無人的方式來獲取海洋地理、海洋重力、海洋磁力等要素信息，滿足不同測繪保障需要。

根據海洋測繪信息獲取、處理、應用三元體系架構及測量業務流程，海洋測量通常包括信息感知獲取、各專業信息的處理分析及各類測量成果的整理輸出等3個作業過程。

為全面分析海洋測量各專業方向的發展需求，本文設計了海洋測量學科專業任務域(X軸)、測量業務流程功能域(Y軸)與信息探測平臺空間域(Z軸)三維魔方圖，見圖2，建立海洋測量學科專業(任務維)、海洋探測平臺作業(空間維)與海洋測量業務流程(功能維)之間的關聯關系，可從3個維度分析描述不同作業空間條件下各學科專業在不同業務流程的能力需求。

圖2 海洋測量學科體系能力分析魔方圖

三維坐標在空間對應的魔方單元格體現學科專業建設的能力要求，即“XX探測空間在XX作業過程中對XX學科專業(探測要素)的能力要求”。對每個魔方單元格進行枚舉和歸納，能清晰、規范地說明學科體系能力需求清單，全面度量體系能力，從不同視角找出空白點、薄弱項和關聯性，為學科能力評估和建設重點提供新的方法論指導。如三維坐標(4，1，5)表示基于天基衛星平臺在信息感知獲取過程中對海道測量專業的能力要求；(7，2，1)表示基于潛基平臺在信息處理分析過程中對海洋遙感測量專業的能力要求。

測量作業流程與關鍵技術環節

通過分析各專業之間的內在聯系可以看出，無論是海道測量、海洋重磁測量、海洋工程測量、還是海洋遙感測量，皆是以海洋大地測量專業理論技術為基礎并以其提供的關鍵技術與要素參數來開展后續工作，均以海洋大地測量專業確定的時空基準框架、提供的位置服務(定位信息)及各種海面地形信息(平均海面、海洋大地水準面等)為前提，通過不同探測平臺搭載各類傳感器探測感知專業測量要素，并按照測量要求對獲取的數據進行質量控制與處理加工，生成并輸出海洋測量成果圖件。

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時空基準統一

時空基準是測定海洋測量要素屬性的起算數據和起算面，基準的統一是測量成果交互的基礎，時空同步是精細化海洋測量的重點研究內容之一。時空基準由坐標系統、垂直基準和時間基準組成。在坐標系統方面，我國從2008年起啟用基于國際地球參考框架(ITRF)建立的地心坐標系統－2000國家大地坐標系(CGCS2000)，它是一個覆蓋全部陸海國土、高精度、動態、實用的空間基準。如采用不同的坐標系統，需建立CGCS2000與其他坐標系統的轉換關系來實現相互轉換。在垂直基準方面，包括陸地高程基準、平均海平面和深度基準面；海洋垂直基準通常借助驗潮站潮位觀測來確定，也可采用衛星測高、GNSS等方法求定，通過建立高精度海洋大地水準面、平均海面高、海面地形與海洋潮汐等模型，實現高程基準和深度基準的相互轉換。時間基準是進行海洋定位、探測等工作的重要基準。時間測量的參考標準由時間系統規定，包括時刻的參考標準和時間間隔的尺度標準。

目前的時間系統主要有世界時和原子時等時間系統。我國的海洋測量通常采用北京時間作為時間基準，是距離北京最近的整緯度(東經120°)的平太陽時。如采用其他時間系統時應明確標出，并通過授時方式建立不同時間系統的相互轉換關系進行時間統一歸化。

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海洋測量定位

利用定位設備將海洋目標定位在某一參考系的過程。高精度的海洋測量定位是海洋測量工作的基礎，具有實時性和動態性等特點。受海洋環境條件的影響，海洋測量定位精度通常低于陸地測量定位。海洋定位的方式通常包括：①光學儀器定位。應用全站儀、經緯儀和六分儀等光學儀器，定位方法主要有前方交會法、后方交會法、側方交會法和極坐標法等。②無線電定位。利用無線電定位設備測定海上測點至岸臺的距離或距離差，從而確定測點位置。主要方法為圓－圓(兩距離)定位和雙曲線(距離差)定位；按照作用距離可分為近程、中程和遠程定位。③水聲定位，又稱水下聲標定位。利用水聲設備，通過超聲波測向和測距方式確定水面或水下載體位置的方法。可分為長基線(LBL)、短基線(SBL)和超短基線(USBL)定位系統。④衛星定位。衛星定位系統由衛星、地面控制站和衛星用戶接收機三部分組成。用戶接收機接收衛星發射的衛星星歷等無線電信號，從中解釋出衛星軌道參數、星歷參數、時鐘校正等數據，經計算得到測量點位置。由于衛星定位具有全球性、全天候和實時連續的精密三維導航定位能力，已成為海洋測量定位的主要手段，特別是基于差分原理的星基、地基等增強技術可實現任何時間任何地點的高精度動態定位。⑤組合定位。綜合利用多種定位技術確定點位的方法。主要有GNSS之間、GNSS與慣性導航系統(INS)、不同基線長度的水聲定位組合(如長基線/超短基線定位、長基線/短基線定位、長基線/短基線/超短基線定位等)、衛星/聲學系統組合(以測量船為媒介，聯合GNSS衛星和水下聲學測距技術，可得到全球坐標系統下的海底控制點坐標)等多種組合方式。

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信息感知獲取

通常基于各類作業平臺及多種海洋測量探測裝備，以有人/無人、移動/固定的方式來獲取海岸地形、海面地形、海底地形、海底底質、海洋重力、海洋磁力等多種要素信息，滿足海洋測量各專業測量成果應用需求。信息感知獲取通常分為技術設計、外業實施和質量控制三個步驟。涉及的關鍵技術主要有測量技術設計(包括確定傳感器選用方案、測圖比例尺確定與測線布設、驗潮站水文站等點布設、海區資料調查計劃等)、測線航跡控制、測點高精度定位、平臺高精度定姿、測點信息高質量采集、測量誤差消除與質量控制等。

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信息處理分析

把測量采集的原始數據按照相關標準規定、處理模型與質量控制等要求進行存儲、處理、分析、評估與管理，形成可視化產品和標準數據格式，為編制海圖等各種產品提供所需要的測量信息和依據。主要實現海洋測量采集信息環境參數改正、基準統一、誤差處理、質量評估，并利用數據庫工具對處理前后的數據進行存儲、管理和分析。海洋測量數據處理應用軟件由不同專業的數據處理模塊組成，包括大地控制測量、海岸地形、海底地形(水深)、海洋重磁數據處理以及潮汐分析預報、控制測量成果管理、測量成果圖管理、驗潮站成果管理等模塊；海洋遙感數據處理系統可對全色、多光譜、高光譜、合成孔徑雷達(SAR)、激光雷達等遙感影像與點云數據進行校正、濾波、增強、融合、分類等處理，提取所需的海洋測繪信息。

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成果整理輸出

測量數據經過處理分析后，按照相應專業技術要求繪制成專題成果圖件，編制專業技術報告書，建立各專業測量數據庫系統，為編制海圖地理信息產品提供所需的各種基礎資料，如各專業測量技術設計書、4D(DLG－數字線劃圖、DEM－數字高程模型、DOM－數字正射影像、DSM－數字表面模型)等成果圖板及經歷簿、透寫圖、技術總結、控制、定位、驗潮、儀器比對、要素探測過程記錄、數據光盤等。

學科研究內容與技術方法

鑒于海洋測量學科涉及研究內容、探測要素比較多，考慮各專業信息處理分析與成果整理輸出的規定要求各不相同，以下重點圍繞各學科專業的信息獲取感知這個維度來分類評述。

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海洋大地測量

研究建立海洋大地控制網點及確定地球形狀和大小、研究海面地形與變化的理論與技術。基本任務是建立與大地坐標系統相聯系的海洋大地控制網，確定平面和高程基準體系與維持框架，海洋測量高精度定位，測定平均海面、海面地形和海洋大地水準面等，為艦船精確導航、海洋資源開發、海洋劃界、海洋工程設計施工，以及研究海底、海面空間形態及其時空變化規律等提供各種基礎數據。

研究內容包括：①海洋大地控制網建立。通常按照成片網狀或長條鎖形方式和一定密度在海岸、海面(海島、鉆井平臺等)與海底布設控制點。測定海底控制點位置時，須借助海面測量船(或衛星導航定位系統浮標)，以其位置為過渡點來建立已知點同海底控制點之間的聯系。海底控制點通常由固設于海底的中心標石和水聲測標兩部分組成。水聲測標(聲標)分為主動式和被動式兩種。主動式水聲測標主動發射聲學信號，或接收測量船上水聲設備發出的詢問聲信號，轉發應答聲學信號以實現定位功能；被動式水聲測標以自身表面反射來自測量船上水聲設備所發射的聲信號，再被相關水聲設備接收以實現定位功能。②控制測量。在海洋大地控制網(點)基礎上加密測定海控點平面位置和高程，為海岸地形、海底地形、助航標志測定以及海洋工程測量等，提供平面控制和高程控制基礎。海控點按平面控制精度分為海控一、二級點，其分布應以滿足海岸、海底地形等專業測量要求為原則。平面坐標測量主要采用GNSS測量、三角測量等方法，對遠離大陸的島嶼地區，以天文測量和衛星定位來確定平面控制點，并采用當地的平均海面作為高程起算面；高程測量主要采用水準測量、測距高程導線測量、GNSS水準高程測量等。③海面定位。確定水面載體的位置，近岸海域可采用光學定位、無線電定位、衛星定位和聲學定位等方法來實現；較遠海域則主要采用衛星定位、聲學定位和各種無線電定位系統。④水下定位。確定水下運載體的位置，主要采用船載慣性導航系統、水聲定位系統以及組合定位系統。⑤平均海面測定。一般在沿海設立驗潮站，測定該站每小時的水位，計算出日、月、年和多年平均海面。平均海面是利用某地一定時間內每小時海面高度來求算術平均值，又稱平均海水面。多年平均海面用18.6年(潮汐天文周期)或更長時間的連續觀測資料計算。⑥海面地形測定。近岸海域海面地形通常采用幾何水準法測定；深遠海海面地形通常采用海洋水準測量法測定；衛星測高法是利用多年的衛星測高數據得到的平均海面和由某一給定的地球重力場模型計算得到的大地水準面，兩者相減即可得到海面地形。⑦海洋大地水準面測定。綜合利用地面和空間大地測量技術來確定。地面大地測量技術包括重力測量、天文大地測量、衛星導航定位系統/水準測量等；空間大地測量技術包括衛星測高、衛星激光測距、衛星重力測量等。表征大地水準面形狀的模型有數學模型和數字模型。數學模型是采用球諧/橢球諧函數來表示大地水準面與地球橢球面的差距；數字模型則以網格形式將一定范圍內大地水準面與地球橢球面的差距作離散化數字表示。

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海洋重力測量

測定海域重力加速度值的理論與技術，為研究地球形狀和地球內部構造、探查海洋礦產資源、保障航天和戰略武器發射等提供海洋重力場資料。測量方法有：①海底重力測量。將重力儀安置在海底，利用遙測裝置進行測定，通常適用于在深度淺于200m的海域作業，現代化的海底重力儀可在深達4000m的海底開展工作，其特點是幾乎不受海上各種動態環境因素的影響，但實施技術難度大，效率低，僅少數特殊應用需求采用。②海面船載重力測量。將海洋重力儀安裝在測量船上，在航行中進行重力測量，是海洋重力測量的基本方法，屬于相對重力測量。測線網一般布設成正交形狀，主測線盡量垂直于區域地質構造線方向，作業時測量船盡量按計劃測線勻速航行。其測量精度取決于重力儀的觀測精度和定位精度。儀器受到的干擾加速度影響主要有厄特沃什效應、水平加速度影響、垂直加速度影響與交叉耦合效應等。③海洋航空重力測量。將重力測量系統安裝在飛機上，在飛行過程中實施的重力測量，可快速獲取海陸交界的灘涂地帶及淺水等困難區域的高頻重力場信息。與海面船載重力測量一樣同屬動態重力測量，需對觀測數據進行垂直加速度改正、厄特沃什改正、水平加速度改正和姿態改正，為獲得海面點重力值還需將空中重力值向下延拓。④衛星海洋重力測量，又稱空間重力測量。由衛星搭載的儀器直接測定或由其觀測值反演計算而得。根據觀測原理的不同，衛星重力測量可分為衛星重力梯度測量(SGG)和衛星跟蹤衛星測量(SST)，SSG是通過在衛星上安裝重力梯度儀直接測定海面重力場參數；而SST通過觀測兩顆衛星之間的距離變化直接敏感地球重力場的細部結構，進而反演海面重力場參數。而衛星測高海洋重力反演是基于測高衛星獲取的海面高數據或由其推算得到的垂線偏差信息，依據地球重力場參數固有的泛函關系，反演計算出海域重力異常或擾動重力，反演方法主要包括數值積分法、最小二乘配置法和譜分析法。

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海洋磁力測量

利用磁力儀測定海洋表面及其附近空間地磁場強度和方向的技術。以海底巖石和沉積物的磁性差異為依據，通過觀測并研究海域地磁場強度的空間分布和變化規律，可探明斷裂帶的位置走向與火山口位置等區域地質特征，尋找海底鐵磁性礦物、石油、天然氣等資源，在軍事上可用于探明水下沉船、未爆軍火、海底管道和電纜等目標特征，為艦艇安全航行和正確使用水中武器提供地磁背景場信息。根據載體不同可分為：①船載海洋磁力測量。利用普通艦船拖曳海洋磁力儀，按照計劃測線連續采集地磁場強度數據，是海洋磁力測量常用的方法。測量時需布設主測線和與主測線正交的聯絡測線，根據主測線與聯絡測線的交叉點不符值消除系統誤差、計算測量精度。②海底磁力測量。將質子旋進磁力儀安置在海底直接測量地磁場強度。在海面和海底同時進行測量，可得到地磁場的垂直梯度。③航空磁力測量。將磁力測量系統安裝在飛機上，在飛行過程中實施的磁力測量，適用于艦船無法達到的復雜海域，具有效率高、費用省、不受海底地形或海面障礙物影響等優點。有兩種類型：一種是由飛機攜帶總強度磁力儀，在空中連續采集地磁場強度數據；另一種是使用分量磁力儀同時測量地磁場強度和方向，但精度較低。④衛星磁力測量。衛星攜帶總強度磁力儀、分量磁力儀和星像照相機，準確確定衛星飛行姿態，實現對近地空間的地磁場強度和方向的探測。

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海道測量

以測定與地球水體、水底及其鄰近陸地的幾何與物理場信息為主要目的的測量與調查技術，主要服務于船舶航行安全和海上軍事活動，同時為國家經濟發展、國防建設和科學研究等提供水域和部分陸域地理和物理基礎信息。

按測量區域分為：①港灣測量：對港口、海灣、錨地、進出港航道水域及其毗鄰陸地實施的海道測量。為出版大比例尺港灣海圖、海灣與港口管理與規劃、港灣建設、海上人工建筑物建設與維護等提供基礎信息。②沿岸測量：距海岸約10nmile之內水域及其毗鄰部分陸地實施的海道測量，為出版大比例尺沿岸海圖與地形圖、陸海劃界、海岸與海域管理與規劃、港口設計、航線設計、海上人工建筑物建設與維護等提供基礎信息。測圖比例尺通常采用1：1000～1：50000。根據需求重要及特殊要求應實施更大比例尺或全覆蓋海底地形測量。③近海測量：距海岸約10～200nmile內水域實施的海道測量，為出版中比例尺近海海圖、劃定功能區、航線設計、海上工程建設、海洋科學研究和海上資源開發等提供基礎信息。通常是為出版1：10萬～1：50萬海圖而實施的海道測量。④遠海測量：距大陸海岸約200nmile以外水域實施的海道測量，為船舶遠洋航行、劃定功能區、資源勘探和海洋科學研究等提供基礎信息。一般出版小于1：50萬海圖。⑤內陸水域測量：以江河湖泊水體及其邊界為對象進行地形、水文等要素的測量技術，獲取水域地理信息與水沙要素信息，為內陸水域管理、開發、治理、利用及環境保護服務。測量內容有：一是水道地形測量。對江河湖泊區域岸線、灘地、地形、建筑物的測量。二是斷面測量。在江河湖泊觀測區設置若干斷面，沿斷面線進行定期或者不定期測量，用于分析水道季際或年際沖淤變化規律。三是險工險段測量。對堤防、堤岸、不穩定河岸及堰塞湖、滑坡體、堤防潰口等進行地形、水邊線、斷面測量及水面流速流向觀測等，為搶險救災提供資料。四是河道演變觀測。對變化河床進行觀測，為河道演變分析提供基礎資料。五是水文泥沙觀測。對水力要素和泥沙要素進行的觀測。為水利(水電)工程設計、驗證、安全等提供依據。六是水道圖編制。將江河湖泊水體、邊界地物地貌及其他地理要素編制成圖，為水利建設、水道開發、水道管理和水道研究等服務。⑥港口航道測量：對港口航道及其配套設施進行的測量。通過水深測量與海岸地形測量等手段，獲取港口的地形地物及岸線特征、航道的詳細水下地形特征，為編繪航海圖提供基礎數據，為航道規劃設計、施工及航道養護、船舶航行提供資料。

海道測量主要內容包括水位觀測、海岸地形測量、海底地形測量、海底底質探測、助航標志測定、航行障礙物探測(掃海測量)、海洋水文觀測、海洋聲速測量、海區資料調查等。

⑴水位觀測

利用觀測裝置在選定水域固定地點觀測水面垂直變化的方法和技術，為海道測量提供平均海面、深度基準面和水位改正數據。在海洋區域，觀測和記錄因潮汐和氣象因素引起的海面變化，也稱潮汐觀測或驗潮。常規水位觀測方法有：①水尺讀數法。讀取和記錄水面在水尺(一種專用標尺)上的讀數。因受波浪等擾動因素影響大，主要用于短期和臨時驗潮，或用于對其他自記式設備觀測結果進行校核和基準標定。②水位計自動觀測。采用浮子式觀測和記錄系統、壓力式水位計、激光水位計、聲學水位計等自動觀測和記錄設備，自動記錄水位變化。其中浮子式水位計主要安置于長期驗潮站的驗潮井中。③定點測深法。采用錨泊的測量船或其他測深載體，在水域選定地點以一定的時間間隔測定水面到水底的深度變化，獲取水位變化過程，通常簡稱定點驗潮。利用載體高精度衛星定位結果記錄水面變化以及測高衛星觀測的海面高度變化是水位觀測方法的拓展。

⑵海岸地形測量

確定海岸線位置和海岸性質以及對沿海陸地地形實施測量的技術。為與水深測量成果拼接，通常還要測量海岸線以下至半潮線的海部地形。測定海岸線時可根據海岸植物邊線、土壤和植被顏色、濕度、硬度，以及流木、水草、貝殼等沖積物來確定其位置。海岸地形測量采用國家統一規定的大地坐標系，測圖比例尺應與實施的水深測圖比例尺相同。以海岸線作為高程(深度)基準的分界線，海岸線以上陸地的高程采用國家高程基準，海岸線以下干出灘和淺海水深采用理論最低潮面作為深度基準。主要采用全野外數字地形測量、航空(航天)攝影測量、航空(航天)激光掃描測量(LiDAR)及水上水下一體化移動測量等方法實測。

⑶海底地形測量

測定海底地形起伏形態和地物空間信息的技術，包括水深測量與海底地貌測量，通常對海域進行全覆蓋探測，確保詳細測定測圖比例尺所能顯示的各種地物和微地貌，為編制海底地形圖和建立海底地形模型提供基本資料。主要方法有：①船載測深技術。利用聲波回聲測深原理以斷面法測定海底地形的技術。是當前海底地形地貌測量的主要手段，集單波束、多波束測深技術、側掃聲納技術、GNSSRTK、PPK、PPP高精度定位技術、定位定向系統(POS)技術和聲速測量技術于一體，在航實現多源數據采集與融合，作業時測量船沿預定測深線進行測量，定位通常采用全球導航衛星系統和無線電定位系統。②航空測量技術。適用于水深淺于50m、海水透明度較高海區的海底地形測量，按探測原理，分為激光測深和多光譜攝影測量兩種。激光測深是由機載激光測深系統發出雙(或單)色激光，利用從海面和海底回波信號的時間差計算出深度；多光譜攝影測量是在飛機或其他航空器上使用多光譜攝影儀，根據不同光譜滲透海水能力差異原理，獲得不同深度層的圖像，進而計算出相應的水深(詳見海洋遙感測量)。③水下測量技術。一是以AUV、ROV等為平臺，利用搭載的超短基線定位系統、慣性導航系統、壓力及姿態傳感器等設備獲取平臺的絕對位姿信息，同時利用多波束測深系統與側掃聲納系統獲取海底地形地貌；二是由潛水員攜帶水下經緯儀、水下攝影機、水下電視攝像機等在海底進行地形測量，適用于狹窄水道、礁區等航行危險區小范圍探測。

⑷海底底質探測

測量海床表面和淺表層沉積物類型及其分布等信息的技術，為掌握海底底質物理特征、結構特征、演變規律及分析海底地貌提供基礎資料。探測方式包括：①底質取樣探測。依托測量船開展測深和定位，并利用現場取樣設備采集海床表面底質樣品，對樣本的底質屬性開展實驗室分析，結合位置和深度信息，最終繪制底質類型分布圖。②底質聲學探測。借助聲學設備發射的不同頻率聲波及接收來自海底的回波信息，基于不同底質對聲波回波信號的相干分量貢獻不同這一機理，通過反演海底表層不同沉積物的聲學參數，如聲阻抗、聲吸收系數等，結合不同沉積物的密度、孔隙率和顆粒度等物理參數，構建經驗模型，實現海底底質分類；也可利用不同底質的回波強度或振幅的統計特征，如平均值、信息熵、標準差和高階矩等，借助聚類分析方法，通過構建分類器實現不同底質類型的劃分。

⑸助航標志測定

測定岸上和海上各種助航標志位置、高程、形狀等特征、導引船舶航行和確定船舶位置的測量技術。通常采用衛星測量、光學測量與人工量測等方法。測定要素按性質分為：①固定助航標志測量。包括燈塔、燈樁、立標、導標、測速標、羅經標、橋墩、警告牌、霧號、無線電指向標等建筑設施的專用助航設施，以及高煙囪、架桿、水塔、教堂尖屋頂、塔尖、獨立峰巖、礁石、山頂獨立石或著樹等建筑和天然目標的輔助助航設施。其位置可采用GNSS測量法、方位距離法、交會法等方法測定；高程可采用水準測量、三角高程法、測距高程導線等方法測定。②浮動助航標志測量。包括燈浮標、燈船、橋墩限寬及限高燈等裝有發光設施的水上發光浮動助航標志，以及標繪在海圖上或其他官方出版物上刊載的有關航行安全的其它設備和標志。測定內容包括助航標志位置、編號或標記符號、形狀、表面顏色及燈光顏色、燈光發光周期等。海上浮標應測定其平潮時的位置和最大漲落潮時的旋回半徑。位置測定可采用岸上交會法和測船靠近浮標直接測定等方法。

⑹航行障礙物探測

對妨礙船舶安全航行的地物、地貌進行的探查與測量的技術，又稱掃海測量，目的是查明航行障礙物，為水面或水下航行提供準確的礙航信息。一般在航道、錨地、訓練區和港灣實施。航行障礙物按性質分天然和人工兩類，天然障礙物包括礁石、巖峰、淺灘、海草等；人工障礙物有沉船、水下爆炸物、工程遺棄物、漁柵、海上養殖場等。探測內容有：障礙物位置、最淺深度或高度、性質、形狀和水下延伸范圍，通常以圖形或文字方式表示在海圖或其他航海出版物上。探測方法有：掃海具掃海、側掃聲納掃海、多波束測深系統全覆蓋探測、海洋磁力儀掃海、測深儀加密測量與潛水員水下探摸等。障礙物性質可利用底質探測方法，或根據測深儀、側掃聲納回波記錄進行分析判讀確定。障礙物的位置、形狀、延伸范圍和深度，用水深測量、掃海測量的方法測定。重要的暗礁和沉船的最淺深度，由潛水員直接量取。

⑺海洋水文觀測

對海洋水文要素量值、分布和變化狀況進行測量或調查的方法和技術。其目的是掌握海洋水文要素運動、分布或變化規律。水文觀測活動通常按規定時間，在選定的海區、測線或測點上布設適當的儀器設備進行水文要素測量(為海洋測量數據處理提供改正參數，為海圖編輯出版、海洋水文氣象預報、海洋工程設計與建設以及海洋科學研究提供基礎信息資料。)。內容包括：水深、潮位、海流、波浪、鹽度、水溫、泥沙、海冰、水色、海水透明度和海發光等。觀測方法可分為：①直接觀測。以船舶、浮標、潛標和水上平臺等為載體，利用儀器設備中感應元件在水文要素變化時產生的物理、化學性質相應變化，利用兩者間的變化關系和技術手段直接測量水文要素特性。②遙感觀測。以岸基平臺、飛機、衛星等為載體，利用雷達、攝影設備，無接觸、遠距離地探測并記錄海洋的電磁輻射信息，利用電磁輻射信息與海洋水文要素和環境條件之間的內在關系，提取或反演海洋水文要素特性。

⑻海洋聲速測量

測定水面至水底垂直剖面上聲波傳播速度的技術，為研究聲波在海洋中傳播規律、分析其對聲納設備的影響提供技術手段。用于構建聲速剖面圖和水聲環境模型，聲速剖面圖為聲納系統測得的距離(深度)提供聲速改正，提高聲納系統測距(深)精度；水聲環境模型可預報海區水聲傳播條件、分析聲納作用距離(盲區)以及水聲環境影響，提高聲納系統工作效能。聲速剖面測量按測量元素可分為直接法和間接法。直接法由聲速測量儀直接測出不同深度層的聲速；間接法由聲速測量儀在下沉過程中不斷測出溫度、鹽度和深度，依據經驗公式，即可計算出不同深度層的聲速。按海上作業方式可分為定點式和走航式。定點式聲速剖面測量，是在預先選定的聲速剖面站位上進行聲速剖面測量；走航式聲速剖面測量，是船只在走航過程中實施聲速剖面測量。

⑼海區資料調查

海道測量中為證實、補充測區內所測資料的真實情況而進行的調查。內容側重搜集礙航物、助航標志、港口設施、水文氣象等自然地理環境，通信、交通、運輸、錨地、補給等保障條件的詳實資料，為編制海圖、航海書表和兵要地志等提供參考資料。

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海洋工程測量

海洋工程建設規劃、設計、施工和運營等階段的測量工作，為利用、開發和保護海洋提供基礎支撐。按區域可分為海岸工程測量、近岸工程測量和深海工程測量等；按類型可分為海港工程、海底構筑物、海底施工、海洋場址、海底路由、海底管線、水下目標、疏浚工程、吹填工程、施工定位、水下基槽施工、水工變形與泥沙測量等；按建設過程可分為①規劃階段測量。主要提供地形資料和配合地質勘探、水文觀測。②工程可行性研究階段測量。測圖比例尺比規劃階段大，具體技術指標有所提高。也可與規劃階段測量同時進行。③設計階段測量。確定平面坐標系統和高程(深度)基準，測繪較大比例尺地形及水深圖，并提供其他較詳細的測量資料。④施工階段測量。主要任務是按照設計要求，在實地準確標定建筑物各部分的平面和高程位置，作為施工和安裝的依據。⑤竣工驗收階段測量。工程驗收前的測量，主要內容包括水深測量、地形測量、橫斷面測量及固定地物點坐標的測定等。⑥運營階段測量。進行周期性的重復觀測或自動化持續觀測，即變形監測。

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海洋專題測量

針對國民經濟建設或國防建設某一專項工程需求開展的海洋測量及調查工作，為利用、開發、保護海洋與維護海洋主權等提供基礎支撐。

⑴領海基點測量

為領海基點的選劃、建設、維護開展的海岸帶地區控制測量、海底地形測量、海岸地形測量等工作。包括領海基點選劃和領海基點建設、維護等內容。主要測定中小比例尺的水深圖和地形圖，用于確定領海基線的整體走勢和擬選劃領海基點的概略位置；在擬選劃領海基點的海岸帶(或島礁)附近，測量大比例尺的水深圖和地形圖，用于精確選取領海基點的位置。

⑵海洋劃界測量

海岸相鄰或相向國家之間為劃分領海、專屬經濟區或大陸架邊界開展的海底地形測量。測定擬劃界海域海底地形地貌形態、主要航道位置、大陸架邊界等地理信息，為海洋劃界提供依據。

⑶海域使用測量

對涉海項目用海位置、界址、權屬、面積和用途等進行的實地核定、調查和測量，為海域管理和海域確權提供基礎數據，是海域使用管理的基礎工作。測量內容包括海域使用界址點測量、海域權屬測量、面積量算及海域使用現狀圖繪制。海域使用測量工作過程分為技術設計、前期準備、外業測量與實地核查、內業整理及成果歸檔五個階段。

⑷兵要地志調查

根據軍事需要對確定地區自然地理條件和社會經濟狀況進行的勘測和考察，為編寫兵要地志收集和整理資料。調查項目包括地形、地質、交通、通信、水文、氣象，政治經濟狀況，人口、民族、民俗、宗教和歷史，軍事實力等。主要工作內容包括現地考察和調查研究，對要地察看、勘測和繪圖，人文地理資料收集，內業分析整理，搜集、查閱旁證和歷史資料，必要的計算、圖形圖像處理，地名、位置和數據的核實確認，建立數據庫和各類檔案。

⑸海籍測量

對宗海界址點位置、界線和面積等開展的測量工作，為海域使用規劃、海洋經濟活動、海洋環境保護等管理決策提供基礎資料。測量內容包括：①平面控制測量。建立高精度的海籍測量平面控制網，滿足常規測量儀器對沿岸項目用海測量的需要。②宗海界址測量。一般采用GNSS定位法、全站儀極坐標法、信標差分法、GNSS廣域差分法、GNSS RTK等方法獲取界址點坐標。③面積計算。基于測量海域界線拐點的坐標值，利用坐標解析法或采用計算機專用軟件計算海域面積。④編制或修訂海籍圖。反映所轄海域內的宗海分布情況。⑤繪制宗海圖。宗海圖是海籍測量的最終成果之一，也是海域使用權證書和宗海檔案的主要附圖，包括宗海位置圖和宗海界址圖。

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海洋遙感測量

遠距離感知與測量海岸與海洋物質性質、位置及運動參數的技術和方法。通過專門的光學、電學和聲學等探測儀器，獲取不同地物對電磁波、聲波的輻射或反射信號，處理并轉換為可識別的數據、圖形或圖像，從而揭示所探測對象性質及變化規律，可快速高效獲取和更新海洋地理空間數據，具有大面積、同步性、整體性、連續性和實時性等優勢。根據傳感器工作方式劃分為主動式遙感和被動式遙感；根據傳感器搭載平臺可分為航天遙感測量、航空遙感測量、海岸遙感測量、海面遙感測量和水下遙感測量等；按照技術性質可分為可見光、多(高)光譜、紅外、微波、海洋聲波遙感測量等。遙感遙測傳感器包括可見光攝像機、激光雷達、紅外輻射計、合成孔徑雷達、微波散射計、微波輻射計、雷達測高儀等；船載水面或水下遙測設備尚有浮標、聲納、多參數水文測量與分析儀器等。

⑴航天遙感測量

以衛星為載體，通過搭載各種傳感器及GNSS、POS等輔助設備，獲取海岸、海面、水體和海底地形要素及目標信息的技術方法。通常包括衛星遙感海岸地形測量、衛星激光掃描海岸地形測量、海洋目標衛星探測等。

a)衛星遙感海岸地形測量

利用航天攝影測量技術實施海岸地形測量的理論和技術。主要用于海洋與陸地相互鄰接地帶大范圍地物地貌的測繪，為編制海岸帶地形圖和海圖提供基礎資料，特別適用于境外乃至全球海岸地形測量。海岸地形衛星遙感數據包括全色、多光譜、高光譜、合成孔徑雷達(SAR)等，其測量方式主要包括：①衛星遙感測圖：以單片衛星影像為主，經過幾何糾正、融合增強、鑲嵌配準等處理，生成正射影像，通過影像判讀、量測、信息提取，制作測繪產品，常用于修編海岸地形圖和海圖；②衛星攝影測量：以立體影像為基礎，經過影像定向、模型安置、立體測圖、制圖編輯、產品制作等工序，編制測繪產品，用于海岸地形圖測繪和海圖編繪；③合成孔徑雷達干涉測量(InSAR)：以SAR衛星數據為主，通過多幅SAR影像相位解纏、地理編碼、圖像配準、干涉相位濾波和高程信息提取等處理，提取高精度ＤＥM數據和地表形變信息，支持海岸地形圖編繪和海圖編繪。

b)衛星激光雷達海岸地形測量

利用衛星平臺搭載激光雷達(LiDAR)實施海岸地形測量的理論和技術。作為主動式遙感的一種目標三維空間信息探測方式，通過測定激光在傳感器與目標物體之間的傳播距離，結合衛星平臺位置及激光束方向信息，獲得目標的精確測定，可為海島、灘涂、境外海岸帶等困難區域提供高質量、高精度的激光多波束點云數據。激光雷達根據工作模式不同分為線性體制(多為掃描式脈沖全波形探測)激光雷達和單光子體制(光子計數探測)激光雷達。傳統線性探測體制激光測高儀(如美國ICESat的地球科學激光高度計系統GLAS)獲取的數據已在各行各業得到廣泛應用，但其探測體制技術特點限制了星載激光測高儀測繪性能的進一步提升，難以滿足更高精度、更高密度的測繪要求。單光子激光雷達采用高重頻、微脈沖、窄脈寬、低能量的激光器，其靈敏度相比于傳統線性探測器提高了2～3個數量級，具有多波束、高精度、小體積、輕質量等諸多優勢，已成為目前國際上最先進的主動式激光雷達探測技術。2018年美國發射ICESat-2衛星，其搭載的先進地形激光測高儀系統(ATLAS)便是采用微脈沖多波束光子計數的激光雷達技術。

c)海洋目標衛星探測

利用衛星上的遙感設備對海面和水下物體目標進行探測的技術。依托我國自研的“天繪”“資源”“高分”“海洋”等系列對地觀測衛星以及國外公開的各類衛星資源，利用衛星搭載的可見光、多光譜(高光譜)、SAR、紅外等探測器獲取的圖像數據，快速、高效地探測水下天然和人工物體、船舶和船只尾跡等目標。

⑵航空遙感測量

以有人飛機、無人機等為移動載體，通過搭載各種傳感器及GNSS、POS等輔助設備，獲取海岸、海面、水體和海底地形要素及目標信息的技術方法。

a)海岸地形航空攝影測量

利用航空攝影測量技術實施海岸地形測量的理論和技術。包括常規陸地地形航空攝影測量和雙介質淺海地形航空攝影測量，主要用于海洋與陸地相互鄰接地帶大范圍地物和地貌的測繪，為編制海岸帶地形圖和海圖提供基礎資料。測量工序包括：①航空攝影：包括測區踏勘、資料收集、技術設計、飛行作業、數據質檢、補攝等作業環節，攝影航線布設以海岸線走勢為主，增加航向重疊度和旁向重疊度，保證像片間連接點數量與立體像對覆蓋性，航攝時間盡量選擇低潮期。②控制測量：包括像控測量方案設計、首級控制測量、像控點測量等環節，根據海岸地形特征布測相應控制點。③像片調繪：側重海岸線、干出灘、航行方位物、岸灘性質等要素調繪，對重點區域實施高程測量、淺海水下地形測量。④水位控制：航空攝影時進行水位觀測，獲取瞬時水邊線高程信息，增加空中三角測量的約束條件。⑤空中三角測量：結合控制測量獲取的控制點與航攝瞬間的水位線，通過相對定向與絕對定向構建立體模型。⑥立體測圖：對定向后立體模型實施立體測圖，采集地物、地貌信息，突出海圖要素，繪制高精度測繪產品。海岸地形航空攝影測量以GNSS輔助的稀少控制測量模式為主。

b)海岸地形機載激光探測

以有人飛機、無人機等為移動載體，利用激光脈沖對陸地和水體進行測量的技術。其原理是應用激光相干性、單色性及其脈沖窄、功率大、散度小等特性，通過紅綠兩束激光分別測量飛機到海面(地面)和海底的距離，通過計算距離差來獲得陸地和水深信息。機載激光探測屬于全覆蓋測量技術，飛機底部預留有激光掃描窗口，以便發射器發射和接收激光脈沖。為確保全覆蓋測量，相鄰兩條測帶應有一定重疊。其探測能力主要受水質透明度、激光器的平均功率、飛行高度等因素影響，有效測量深度取決于光束在海水中的衰減程度(海水混濁度)、測深精度、激光脈沖持續時間和發射功率等因素。其技術優勢是效率高、機動性強，主要適用于淺水區大面積的高效率、高精度的海底地形地貌測量，特別適應于船只無法到達危險海區實施測量，并具有在岸線附近同時進行水下和岸線地形測量能力，可實施陸海一體化無縫測量，是多波束測深技術的有力補充。

⑶海岸遙感測量

以車載平臺、單兵便攜平臺等為移動載體，通過搭載CCD相機、LiDAR等傳感器及GNSS、POS等輔助設備，獲取海岸地形要素及目標信息的技術方法。車載海岸遙感測量平臺以無控方式沿設計路線進行快速機動測繪作業，測量區域覆蓋車輛可以到達的沿岸陸地、海岸及部分干出灘，獲取沿跡DEM、DLG、DMI、激光點云及方位物等測量成果。基于單兵背負和手推車等方式搭載輕便易攜的單兵測量傳感器，可靈活實現人可到達的海岸帶區域海岸、干出灘、海岸線及碎部點等地物與野外調繪作業，可獲取控制點、碎部點、調繪成果與可量測全景影像，是車載海岸遙感測量平臺的有效補充。

⑷海面遙感測量

以海面(有人/無人)船只等為移動載體，通過搭載各種傳感器及GNSS、POS等輔助設備，獲取海岸、海面、水體和海底地形等要素及目標信息的技術方法。利用遙感設備非接觸、面掃測特點，集成多波束、激光掃描儀、穩定平臺、POS等于一體，安裝在測量船或氣墊船上，形成水上水下一體化移動測量系統，同步實現水深及岸邊地形的測量，尤其適應于堤壩、碼頭等水域，但在一般淺灘地帶則存在測量盲區。

⑸水下遙感測量

以水下潛器(AUV)、單兵便攜平臺等為移動載體，通過搭載各種傳感器及定位、定姿等輔助設備，獲取海底地形、底質等測量要素及水體目標信息的技術方法。水下遙感測量可抵近目標物實施探測，是海面遙感測量的有效補充手段。海面聲納成像雖可滿足對近場目標和環境信息獲取的需要，但存在分辨率低、對細微特征難以捕捉等不足，聲納成像系統常與水下光學成像系統(相機)配套使用，即利用二維聲納成像系統快速發現目標，再利用光學成像系統接近目標，獲取分辨率和清晰度更高的目標圖像，但水下光學成像質量受水質影響較大，只能在清澈海水環境下應用。

⑹遙感信息反演

利用光學、微波等衛星遙感數據按照一定的數學模型反演海洋幾何(水深、地形)信息的技術方法，用于海岸帶、海島礁周邊淺水區域概略水深及大洋大尺度水下幾何信息的探測，是常規測量技術的有效補充。反演方法主要有：①基于物理光學的多光譜(高光譜)遙感影像淺水深反演。利用光波通過水體呈指數衰減的規律，構建遙感圖像與不同水深回波強度之間的映射關系，通過建立相應模型來反演水深。②基于合成孔徑雷達(SAR)圖像和海洋流體動力學的水深反演。利用SAR圖像探測的海面后向散射強度與海表層流場、淺海地形的相關關系，構建SAR圖像與淺海水下地形之間的映射方程，通過建立相應模型來反演水深。③基于衛星測高技術的大洋海底地形反演。將衛星測高數據經過改正、濾波、平差、頻譜分析等處理，獲取海面高度數據，計算海洋大地水準面和海面地形，反演海洋重力異常，進而反演大洋海底地形，可用于200m以深大尺度海底地形探測。由于受水體特性復雜、環境動態變化等因素影響，水深反演模型的普適性與精度有待于提高。

結束語

學科發展是科技進步的重要基礎，是國家科技競爭力的重要體現。海洋測量學作為人們認知海洋的基礎學科，在海洋強國戰略推進實施過程中其地位愈發重要、作用愈發凸顯。本文在分析海洋測量學科內涵與探測要素基礎上，設計了海洋測量學科體系構架，建立了海洋測量專業能力分析方法，為全方位、多視角描述分析學科專業體系提供方法指導。

根據海洋測量作業要求，梳理分析了通用測量流程與涉及的關鍵技術環節，并按照學科體系以信息感知獲取為重點詳細評述了海洋測量學各專業的概念定義、研究意義及測量技術方法，系統展示了海洋測量學科全貌以及專業研究內容與技術方法，為明晰海洋測量學科專業內涵、拓寬理論視野、提升思維層次、促進學科建設以及推動事業發展提供理論參考和技術支撐。

END

來源：溪流之海洋人生；文章來自《海洋測繪》（2021年第2期）

作者簡介：申家雙，河南新鄉人，正高級工程師，博士生導師，主要從事海洋測量與遙感測繪技術研究