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《海洋测绘》——基础知识班
观察内容的选择,我本着先静后动,由近及远的原则,有目的、有计划的先安排与幼儿生活接近的,能理解的观察内容。
随机观察也是不可少的,是相当有趣的,如蜻蜓、蚯蚓、毛毛虫等,孩子一边观察,一边提问,兴趣很浓。
我提供的观察对象,注意形象逼真,色彩鲜明,大小适中,引导幼儿多角度多层面地进行观察,保证每个幼儿看得到,看得清。
看得清才能说得正确。
在观察过程中指导。
我注意帮助幼儿学习正确的观察方法,即按顺序观察和抓住事物的不同特征重点观察,观察与说话相结合,在观察中积累词汇,理解词汇,如一次我抓住时机,引导幼儿观察雷雨,雷雨前天空急剧变化,乌云密布,我问幼儿乌云是什么样子的,有的孩子说:
乌云像大海的波浪。
有的孩子说“乌云跑得飞快。
”我加以肯定说“这是乌云滚滚。
”当幼儿看到闪电时,我告诉他“这叫电光闪闪。
”接着幼儿听到雷声惊叫起来,我抓住时机说:
“这就是雷声隆隆。
”一会儿下起了大雨,我问:
“雨下得怎样?
”幼儿说大极了,我就舀一盆水往下一倒,作比较观察,让幼儿掌握“倾盆大雨”这个词。
雨后,我又带幼儿观察晴朗的天空,朗诵自编的一首儿歌:
“蓝天高,白云飘,鸟儿飞,树儿摇,太阳公公咪咪笑。
”这样抓住特征见景生情,幼儿不仅印象深刻,对雷雨前后气象变化的词语学得快,记得牢,而且会应用。
我还在观察的基础上,引导幼儿联想,让他们与以往学的词语、生活经验联系起来,在发展想象力中发展语言。
如啄木鸟的嘴是长长的,尖尖的,硬硬的,像医生用的手术刀―样,给大树开刀治病。
通过联想,幼儿能够生动形象地描述观察对象。
概述
唐宋或更早之前,针对“经学”“律学”“算学”和“书学”各科目,其相应传授者称为“博士”,这与当今“博士”含义已经相去甚远。
而对那些特别讲授“武事”或讲解“经籍”者,又称“讲师”。
“教授”和“助教”均原为学官称谓。
前者始于宋,乃“宗学”“律学”“医学”“武学”等科目的讲授者;而后者则于西晋武帝时代即已设立了,主要协助国子、博士培养生徒。
“助教”在古代不仅要作入流的学问,其教书育人的职责也十分明晰。
唐代国子学、太学等所设之“助教”一席,也是当朝打眼的学官。
至明清两代,只设国子监(国子学)一科的“助教”,其身价不谓显赫,也称得上朝廷要员。
至此,无论是“博士”“讲师”,还是“教授”“助教”,其今日教师应具有的基本概念都具有了。
根据《注册测绘师资格考试大纲》海洋测绘考试基本要求,海洋测绘分为四个部分:
“师”之概念,大体是从先秦时期的“师长、师傅、先生”而来。
其中“师傅”更早则意指春秋时国君的老师。
《说文解字》中有注曰:
“师教人以道者之称也”。
“师”之含义,现在泛指从事教育工作或是传授知识技术也或是某方面有特长值得学习者。
“老师”的原意并非由“老”而形容“师”。
“老”在旧语义中也是一种尊称,隐喻年长且学识渊博者。
“老”“师”连用最初见于《史记》,有“荀卿最为老师”之说法。
慢慢“老师”之说也不再有年龄的限制,老少皆可适用。
只是司马迁笔下的“老师”当然不是今日意义上的“教师”,其只是“老”和“师”的复合构词,所表达的含义多指对知识渊博者的一种尊称,虽能从其身上学以“道”,但其不一定是知识的传播者。
今天看来,“教师”的必要条件不光是拥有知识,更重于传播知识。
(1)海洋测绘内容
(2)水下地形测量
(3)海洋垂直基准
(4)成果呈现分析
第一章海洋测绘内容
【内容辅导】
根据工程要求按海洋测绘进行项目分类,依据项目分类,选择测量方法,制定测量方案。
包括:
海洋测绘的内容;
采用的仪器设备;
作业方式和方法;
参考规范;
项目实施方案。
【地球表面】
【海洋的重要性】
海洋面积占地球面积的70%,海洋是人类的生命摇蓝、现代社会的交通要道,也是地球上的资源宝库。
我国东、南面有长达1.8万公里的海岸线,与之相邻有渤海、黄海、东海和南海。
按照联合国《海洋法公约》,应归我国管辖的内水、邻海、大陆架、专属经济区的面积约有300多万平方公里。
岛屿6500个,还拥有许多优良港湾。
1.1海洋测绘
研究海洋定位、测定海洋大地水准面和平均海水面、海底和海水面地形、海洋重力、磁力、海洋环境等自然和社会信息的地理分布及编制各种海图的理论和技术。
(1)海洋测绘的对象
尽管大海一片汪洋,但海洋是由各种要素组成的综合体,因此海洋测绘的对象可以分解成两大类,就是自然现象和人文现象。
自然现象
自然界客观存在的各种现象。
如曲曲折折的海岸,起伏不平的海底,动荡不定的海水,风云多变的海洋上空。
用科学名词来说,就是海岸和海底地形,海洋水文和海洋气象。
可以分解成各种要素,如海岸和海底的地貌起伏形态、物质组成、地质构造、重力异常和地磁要素、礁石等天然地物,海水温度、盐度、密度、透明度、水色、波浪、海流,海空的气温、气压、风、云、降水,以及海洋资源状况等。
人文现象
指经过人工建设、人为设置或改造形成的现象。
如岸边的港口设施--码头、船坞、系船浮简、防波堤等,海中的各种平台,航行标志--灯塔、灯船、浮标等,人为的各种沉物--沉船、水雷、飞机残骸,捕鱼的网、栅,专门设置的港界、军事训练区、禁航区、行政界线--国界、省市界、领海线等,还有海洋生物养殖区。
(2)海洋测绘的特点
海洋测绘的对象是海洋,而海洋与陆地的最大差别是海底以上覆盖着一层动荡不定的、深浅不同的、所含各类生物和无机物质有很大区别的水体。
在海洋水域没有陆地那样的水系、居民地、道路网等要素,除浅海区外,也没有植被。
海底地貌也比陆地地貌要简单得多,地貌单元巨大,很少有人类活动的痕迹。
但这并不是说海洋测绘比陆地测绘要简单得多,相反,海洋测绘在许多方面比陆地测绘要困难。
1.2海洋测绘的任务与主要内容
根据海洋测绘工作的目的不同,可把海洋测绘任务划分为科学性任务和实用性任务两大类:
(1)科学性任务
为研究地球形状提供更多的数据资料;
为研究海底地质的构造运动提供必要的资料
为海洋环境研究工作提供测绘保障。
(2)实用性任务
主要是指对各种不同的海洋开发工程,提供它们所需要的海洋测绘服务工作。
主要包括:
①海洋自然资源的勘探
②离岸工程
③航运、救援与航道
④近岸工程
渔业捕捞
海上划界
其它海底工程(海底电缆、海底管道等)
(3)海洋测绘的主要内容
①海洋大地测量
②海洋工程测量
③水深测量及水下地形测量
④障碍物探测
⑤水文要素调查
⑥海洋重力测量
⑦海洋磁力测量
⑧海洋专题测量和海区资料调查
⑨各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版
⑩海洋地理信息的分析、处理及应用
1)海洋控制网测量和海底控制网测量
海洋大地控制网布设和测量与以往所用的理论和原理相同;
而海底控制点的布设一般使用3个或4个一组的应答器通过声学测量的方法建立海底控制。
2)海水面的测定
包括海面形态的测定和平均海水面的确定。
前者对海洋测量和海洋科学的研究有着重要意义,而后者却对大地测量有着重要的意义。
主要技术:
潮位站验潮测量
卫星测高(SA)
3)海洋定位
精确地确定海洋表面,海水中和海底各种标志的位置称为海洋定位。
海洋定位主要采用天文定位、光学交会定位、惯性导航定位、地面无线电定位、GPS卫星定位、声学定位等方法。
4)海洋测深
目前所用方法有:
①船载在航水深测量
单波束测量(单频或双频)
多波束测量
②机载激光系统
LIDAR
③卫星遥感测深
一般采用回声测深获得深度。
5)海底地貌及底质测量
海底地形测量是测量海底起伏形态和地物的工作。
特点是测量内容多,精度要求高,显示海底地物、地貌详细。
地貌测量—多采用多波束、侧扫声纳测量
海底地质探测是对海底表面及浅层沉积物性质进行的测量。
底质测量—底质采样
深层底质测量—浅底层剖面仪
6)海洋水文测量
获取海洋温度、盐度、透明度、水色、潮汐、潮流等水文要素的测量。
主要测量方法:
①温度:
表层温度计、颠倒温度计
②盐度:
通用的阿贝折射仪、多棱镜差式折射仪、现场折射仪
③透明度:
透明度仪、光度计
④潮汐:
潮位站验潮
⑤潮流:
流速流向仪、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)
7)障碍物探测
确认障碍物,探明其位置。
主要测量方法:
①多波束
②侧扫声纳
③磁力仪
④浅地层剖面仪
⑤其他探测设备
8)海岸工程
为海岸、海洋工程的稳定性服务。
主要包括:
①工程结构的稳定性及形变监测
②海床的稳定性
③水文特征及其规律
④地形地貌特征
⑤底质及地质结构
9)海图测绘
海图以海洋及其毗邻的陆地为描绘对象的地图,其描绘对象的主体是海洋。
海图的主要要素为海岸,海底地貌,航行障碍物,助航标志,水文及各种界线。
海图是通过海图编制完成的,作业过程通常分为编辑准备、原图编绘和出版准备三个阶段。
10)海洋重力测量
海洋重力测量是测量海区重力加速度的工作。
主要目的:
研究地球的形状和内部构造、勘测海洋矿产资源和保证远程导弹发射提供海洋重力数据。
海洋重力测量可分为:
①海底(沉箱式)重力测量
②船载重力测量
③机载重力测量
④卫星重力测量
11)海洋磁力测量
海洋磁力测量是测定海上地磁要素的工作,是研究地球物理现象,海洋资源勘探以及海底宏观地质构造的有力手段之一。
主要目的:
寻找与石油、天然气有关的地质构造和研究海底的大地构造。
海洋磁力测量可为:
①船基在航磁力测量
②机载磁力测量
③卫星磁力测量
12)海洋地理信息系统(MGIS)
MGIS的研究对象包括海底、水体、海表面及大气及沿海人类活动5个层面。
一般GIS处理分析的对象大都是空间状态或有限时刻的空间状态的比较;
MGIS则主要强调对时空过程的分析和处理,这是MGIS区别于一般GIS的最大特点。
1.3我国的海域状况
我国地处亚洲东部大陆,濒临西太平洋,东、南面与渤海、黄海、东海和南海相邻,既是一个大陆国家,又是一个海洋大国。
960万km2+300多万km2海洋国土
中国的地理位置:
位于北半球、亚洲东部、太平洋西岸,南北相距5500km,东西相距5000km
北京:
东经116°28′,北纬39°54′
(1)海
渤海:
7.7万km2,最大深度70m,平均深度18m,油气资源丰富。
黄海:
38万km2,最大深度140m,平均深度44m。
东海:
77万km2,最大深度2700m,平均深度370m,油气资源丰富(长江口)。
南海:
350万km2,最大深度5600m,平均深度1200m,油气资源丰富(珠江口)。
(2)岛屿
6500多个
东海占60%,南海占30%,渤海、黄海占10%
台湾、海南岛面积>3万km2,其余均<2000km2
最南端---南沙群岛的曾母暗沙岛
1.4参考规范和项目技术设计
(1)参考规范:
参考一般测量规范
包括:
GB/T18314-2019《全球定位系统(GPS)测量规范》
GB12898-91《国家三、四等水准则量规范》
JTJ203-2019《水运工程测量规范》
GB12327-2019《海道测量规范》
GB138-90《水位观测标准》
GB/T202572-2019《1:
50001:
10000地形图图式》
GB/T18316-2019《数字测绘产品质量检查验收规定和质量评定》
CH1002-1995《测绘产品检查验收规定》
CH1003-1995《测绘产品质量评定标准》
(2)项目技术设计
包括:
任务概述
自然地理情况和已有的资料
资料准备
成果主要技术指标及规格
测量仪器设备
项目人员
方案设计
资料图件的检查、项目验收、整理和汇总
第二章水下地形测量
【内容辅导】
依据海道测量定位、测深原理和使用仪器的实际情况,分析水深定位方法的可行性及其对水深测量成果的影响。
包括:
水下地形测量的作业环节(定位、测深、声速、姿态)
测量设备组成(定位、测深及辅助设备)
设备性能、精度及对水下地形测量的影响
掌握水下地形测量作业过程、数据处理过程
分析各因素对水下地形测量的影响,进行精度评估
2.1水上定位
海洋定位测量是海洋测绘的一个重要分支。
在海洋测量工程中无论测量某一几何量或物理量,如水深、重力、磁力等,都必须固定在某一种坐标系统相应的格网中,是海洋测绘和海洋工程的基础。
海洋定位方法包括:
①天文定位
②光学定位
③陆基无线电定位(地面)
④空基无线电定位(卫星)
⑤水声学定位
(1)GPS定位
鉴于GPS在海上测量中的广泛应用,目前主要的GPS定位模式:
单点定位
动态定位
静态相对定位
1)GPS动态定位
利用GPS信号,测定相对于地球运动的用户天线的状态参数,包括三维坐标、三维速度和时间等七个状态参数。
导航,是测得运动载体的状态参数,并导引运动载体准确的运动到预定的后续位置。
2)DGPS--差分GPS
用设于坐标已知的参考站,计算各类改正数、影响GPS测量定位的误差。
差分GPS系统的构成:
基准站(Reference/BaseStation)
流动站(Mobile/RoverStation)
差分改正数
差分GPS主要方法:
位置(坐标)差分与距离(伪距)差分
位置改正数
位置改正数的确定
缺陷–要求参考站和流动站所观测的卫星完全相同
距离改正数
距离改正数的确定:
计算距离–观测距离
3)RTK—实时动态差分测量
系统构成:
参考站
流动站
数据链
特点
高精度动态测量,提供厘米级的平面和垂直定位解
应用
大比例尺水下地形测量
无验潮模式下的水下地形测量
GPS潮位等高精度测量
4)PPK—事后动态差分测量
系统构成
参考站
流动站
特点
高精度动态测量,事后提供厘米级的平面和垂直定位解
应用
大比例尺水下地形测量
无验潮模式下的水下地形测量
GPS潮位等高精度测量
5)网络RTK测量
传统RTK技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。
网络RTK特点:
线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代,即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型,并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。
主要采用:
VRS、MAC、FKP等技术
6)CORS—连续运行参考站
采用VRS–VirtualReferenceStation
作业模型类似RTK
原理
利用基准站网计算出用户附近某点(虚拟参考站)各项误差改正,再将它们加到利用虚拟参考站坐标和卫星坐标所计算出的距离之上,得出虚拟参考站上的虚拟观测值,将其发送给用户,进行实时相对定位。
特点
精度和可靠性高
属网络RTK
(2)GPS动态定位的精度与应用
1)GPS在海洋大地测量方面的应用
海洋大地测量控制网建立
海洋大地测量水准面测定
海岛联测
海洋重力测量
GPS测定海底控制点
2)GPS在海洋资源勘探方面的应用
利用差分GPS技术进行海洋物探定位和海洋石油钻井平台的定位
进行海洋物探定位时,在岸上设置一个基准站,另外在前后两条地震船上都安装差分GPS接收机。
通过发射和接收地震波,同时记录GPS定位结果,分析地震波在地层内的传播特性,研究地层的结构,从而寻找石油资源的储油构造。
利用差分GPS技术按预先设计的孔位建立安装钻井平台
在钻井平台上和海岸基准站上设置GPS系统。
如果在钻井平台的四周都安装GPS天线,由四个天线接收的信息进入同一个接收机,同时由数据链电台将基准站观测得数据也传送到钻井平台的接收机上。
通过平台上的微机同时处理五组数据,可以计算出平台的平移、倾斜和旋转,以实时检测平台的安全和可靠性。
3)近海海域高精度海上定位
对于近海海域,可采用在岸上或岛屿上设立基准站,采用差分技术或动态相对定位技术进行高精度海上定位。
如果一个基准站能覆盖150km范围,那么在我国沿海只需设立3~4个基准站便可在近海海域进行高精度海上定位。
研究表明,广域差分技术(WASGPS)可以实现在一个国家或几个国家范围内的广大区域进行差分定位
(3)我国沿海无线电指向标差分系统
信标差分技术:
利用现有的海用无线电信标台,在其所发射的信号中加一个副载波调制,以发射差分修正信号,提供导航定位服务。
(4)水声学定位
可以提供局部的、实时的、精密的位置信息。
声学定位原理:
水下声学:
研究声波在水下的辐射、传播、接收
解决与水下目标探测和信息传输过程中有关的各种声学问题
主要应用于水深测量和海底地形测量
声学定位系统:
长基线系统
短基线系统
多普勒声纳系统
1)长基线定位系统
测距方式
单向测距---信号标---单程时间延迟
双向测距---应答器---双程时间差
定位精度
1)测距精度+空间几何图形
2)精度:
5~20m
3)测程:
≤5km,折射影响
2)短基线定位系统
利用安置在船底的一组(若干个)听音器和埋设在海底的一个信号标或应答器进行定位。
工作方式:
1)距离—距离
2)距离—方位
3)时间差
距离--距离工作方式
精度较低
原因:
1)基线很短,几何图形差。
2)海中风浪作用,系统平稳性差。
3)受相同噪声场影响,系统误差大。
距离—方位工作方式
利用相位差求定方向余弦值,从而得到相对位置。
精度较低:
0.5°~5°
采用声波频率通常为:
20~30KHZ
时间差方式
利用时间差求定平面位置。
精度较低:
1%左右。
应用于深海采矿、钻井工程等动态定位,保证钻井船准确位于井口上方。
3)多普勒声纳系统
利用多普勒效应测定船或水下运载工具的速度,借于确定船或水下运载工具的位置变化。
多普勒效应:
测量频率变化:
测量航速度:
2.2海洋测深
回声测深原理
多波束测深系统
高分辨率测深侧扫声纳
基于水下机器人的水下地形测量
机载激光测深(LIDAR)
测线布设
测深精度
水位改正
测量数据质量与管理
海底地形测量是测量海底起伏形态和地物的工作,是陆地地形测量在海域的延伸。
按照测量区域可分为海岸带、大陆架和大洋三种海底地形。
特点是测量内容多,精度要求高,显示内容详细。
水深测量经历了如下几个发展阶段:
测绳重锤测量(点测量)
单频单波束测深(点测量)
双频单波束测深(点测量)
多波束测深(面测量)
机载激光测深(面测量)
卫星遥感测深(面测量)
水下地形测量的发展与其测深手段的不断完善是紧密相关的。
(1)水深测量方法
回声测深法测深原理:
(2)测深系统
单波束测深系统
多波束测深系统
高分辨率测深侧扫声纳
水下机器人测量
激光测深
单波束回声测深
回声测深仪:
多波束测深
为了测定船只航线两侧的海底信息资料,研制的一种能在测船航线左右两侧对称的有效带内全部海底地形信息的回声测深系统。
多波束测深与单波束测深的比较
多波束测深系统
多波束测深系统的特点
①覆盖宽度大
②测深精度高(0~30m水深,误差<0.3m,大于30m,误差不超过0.5%)
③性能稳定
④自动化程度强
⑤处理速度快
⑥后处理成果丰富
多波束测深系统的主要误差
多波束测深系统的主要误差有安装误差、系统误差、运动误差、声速误差、近场误差和偶然误差等。
(1)安装误差:
安装多波束换能器、GPS流动站天线和运动传感器时的位置、角度不正确而产生测量误差。
(2)系统误差:
系统主要设备和辅助设备本身的误差。
(3)运动误差:
船舶航行、转向、变速和颠簸引起的测量误差。
(4)声速误差:
水体物理性质的变化,主要是水温、盐度、浑浊度的变化造成水体密度变化而引起声波传播速度变化的误差。
(5)近场误差:
由于声波反射点距离发射源很近而产生混响,造成信号和噪音难于辨认的误差。
(6)偶然误差:
定位数据突然尖跳,或测深数据偶然漂移等产生的误差。
多波束测深系统成果
多波束测深系统应用
1)国外应用情况
①SeaBeam多波束测深系统
②RESONSEABAT多波束测深系统
③ELACBottomchart多波束测深系
④ATLASFansweep多波束测深系
⑤Simrad多波束测深系统等等
2)我国研制研发
①20世纪80年代中期,开始致力于多波束测深系统的研制与开发工作。
②20世纪90年代初期,开始投资研制实用型多波束测深系统。
③H/HCS一017型多波束测深系统:
2019年研制成功,系统主要由换能器阵、发射子系统、接收子系统、海底检测单元以及数据传送单元组成。
系统的工作频率为45kHZ,具有48个波束,波束角为20×30,其测深范围为10~1000m,扇区开角为1200,测深覆盖范围最大可达4倍水深,系统测深精度满足当前国际海道测量组织(IHO)标准。
3)多波束测深系统应用进展
多波束测深正在向全海深测量技术、高精度测量技术、集成化与模块化技术以及高分辨率测量技术的开发与应用研究。
①仪器结构:
小型化、高集成度、组件化方向发展。
②仪器性能:
更完备的功能、更高的测量精度以及更加简便的操作使用方向发展。
③数据管理:
解决原始数据存储格式不统一问题,设计开发数据通用接口,规范化的多波束数据后处理软件。
4)多波束测深系统发展前景
多波束测深系统的研制基本成熟,未来的研究重点将倾向于数据处理和应用研究。
多波束系统既可获得高密度、高精度的测点位置信息,又可获得海底图像信息,但由于分辨率的限制,一般情况下成像质量较差;而侧扫声纳则以成像为主,可获得高分辨率的海底影像,但仅能给出描述海底地貌、地物的概略位置
因此,多波束数字信息与侧扫声纳图像信息的融合是将来测深技术深入发展的方向。
(3)无验潮测深
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- 海洋 测绘 基础 讲义 47 文档