海洋測(cè)繪第4章 海洋大地控制網(wǎng)

第四章海洋大地控制網(wǎng)

本章主要內(nèi)容:§4-1概述§4-2海面控制網(wǎng)§4-3海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志和作用距離§4-4海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）的幾何圖形§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定§4-1概述海洋大地測(cè)量的定義：為建立海洋范圍的大地控制網(wǎng)，確定海洋重力場(chǎng)、平均海面及其變化所進(jìn)行的測(cè)量。海洋大地測(cè)量控制網(wǎng)的組成：海底控制網(wǎng)和海面控制網(wǎng)（如固定浮標(biāo)以及海岸或島嶼上的大地控制網(wǎng)）?！?-1概述海洋大地控制網(wǎng)的作用為大比例尺海底地形測(cè)量和海圖測(cè)繪提供控制基礎(chǔ)。對(duì)海域地殼運(yùn)動(dòng)及地震、火山活動(dòng)進(jìn)行有意義的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)?！?-2海面控制網(wǎng)海面控制網(wǎng)的組成：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)。海面控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)采用的幾何圖形與陸地上的控制網(wǎng)基本相同，通常采用三角網(wǎng)；測(cè)量和數(shù)據(jù)處理方式也與陸地控制網(wǎng)基本相同。海面控制網(wǎng)也采取逐級(jí)控制的方法?？刂泣c(diǎn)等級(jí)由高到低依次為：基本點(diǎn)、加密點(diǎn)和臨時(shí)點(diǎn)?！?-2海面控制網(wǎng)基本點(diǎn)：與陸地大地網(wǎng)直接連接的海洋大地控制點(diǎn).

控制點(diǎn)間距100-1000km定位精度0.5m加密點(diǎn)：在基本點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加密設(shè)置的海洋大地控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)間距3-30km定位精度1-2m臨時(shí)點(diǎn)：對(duì)在測(cè)區(qū)內(nèi)為滿足某項(xiàng)具體工作要求而臨時(shí)設(shè)置的， 工作完成后便移至新的測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)間距<=2km定位精度5-10m§4-2海面控制網(wǎng)加密點(diǎn)后的海洋控制網(wǎng)基本點(diǎn)加密點(diǎn)§4-3海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志和作用距離海底控制點(diǎn)如同陸地上的控制點(diǎn)一樣，其位置必須有自身穩(wěn)定、易識(shí)別且能長(zhǎng)期保存的中心標(biāo)石作為標(biāo)志。但由于它深固于海底，因此，作為觀測(cè)目標(biāo)的照準(zhǔn)標(biāo)志，只能采用水聲照準(zhǔn)標(biāo)志。而觀測(cè)手段也只能采取水聲定位技術(shù)。海底控制點(diǎn)的結(jié)構(gòu)：中心標(biāo)石和水聲照準(zhǔn)標(biāo)志。水聲照準(zhǔn)標(biāo)志分主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種?！?-3海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志和作用距離海洋控制點(diǎn)的中心標(biāo)石§4-3海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志和作用距離一、主動(dòng)式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志主動(dòng)式照準(zhǔn)標(biāo)志實(shí)際上是一個(gè)水聲聲標(biāo)，它能主動(dòng)發(fā)射聲信號(hào)；或者當(dāng)接收到船臺(tái)發(fā)射出的問(wèn)詢聲信號(hào)后，能發(fā)射應(yīng)答聲信號(hào)被船臺(tái)接收。主動(dòng)式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志的優(yōu)點(diǎn)是作用距離長(zhǎng)，一般可達(dá)15-30km。主動(dòng)式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志通常由浮標(biāo)、負(fù)荷、聲標(biāo)和錨組成。§4-3海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志和作用距離§4-3海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志和作用距離浮標(biāo)可以使聲標(biāo)保持垂直并使它處于距離海底的一定深度處，如果具有釋放裝置，按照船上的指令，使聲標(biāo)脫離升到水面。負(fù)荷使聲標(biāo)具有一定的穩(wěn)固性。電子系統(tǒng)由接收機(jī)、譯碼器和發(fā)射機(jī)組成。接收機(jī)對(duì)換能器傳來(lái)的電信號(hào)進(jìn)行去噪處理；譯碼器對(duì)去噪后的電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并判斷其是否合法；若合法則將定位所需信息進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換傳給發(fā)射機(jī)；發(fā)射機(jī)將譯碼器傳來(lái)的電信號(hào)放大并經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換后發(fā)射出去。錨是由混凝土、金屬或裝有生鐵的筒構(gòu)成，它使水聲聲標(biāo)牢固的固定在應(yīng)布設(shè)的位置上?！?-3海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志和作用距離二、被動(dòng)式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志以自身表面反射來(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)志稱為被動(dòng)式照準(zhǔn)標(biāo)志。被動(dòng)式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志的作用距離短，一般為1km。被動(dòng)式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志只能布設(shè)在臨時(shí)點(diǎn)上?！?-3海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志和作用距離§4-3海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志和作用距離三、水聲聲標(biāo)的有效距離水聲聲標(biāo)的有效距離，即聲信號(hào)的最大傳播距離，對(duì)海底控制網(wǎng)的布設(shè)方案起決定作用。這里的有效距離，指的是有效水平距離。影響水聲聲標(biāo)有效距離的因素聲信號(hào)的發(fā)射強(qiáng)度和頻率聲信號(hào)傳播路徑中噪聲的掩蓋作用聲信號(hào)傳播過(guò)程中聲信號(hào)的衰減聲射線的折射作用地形影響§4-3海底控制點(diǎn)的照準(zhǔn)標(biāo)志和作用距離三、水聲聲標(biāo)的有效距離水聲聲標(biāo)的有效距離的計(jì)算-圖解法

圖解法通常用于海區(qū)聲梯度為常數(shù)的情況。若初始聲速、最大折射角、常梯度已知，此時(shí)聲射線是一條以半徑為的圓弧，求出該圓弧的中心坐標(biāo)，以R為半徑，在方格紙上畫出該聲射線，從而在圖上直接量取相應(yīng)的有效水平距離。§4-4海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）的幾何圖形

當(dāng)利用坐標(biāo)已知的海底控制點(diǎn)來(lái)確定海面或水體中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置時(shí)，須滿足兩個(gè)條件：（1）測(cè)量船必須位于作為海底控制點(diǎn)的水聲聲標(biāo)的有效范圍之內(nèi)-測(cè)量船必須能接收到水聲聲標(biāo)的信號(hào)。（2）至少需要三個(gè)這樣的控制點(diǎn)。海底控制點(diǎn)通常布設(shè)成等邊三角形或正方形。§4-4海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）的幾何圖形一、以等邊三角形構(gòu)成的海底控制網(wǎng)若海底是平坦的，且聲標(biāo)的有效距離相同，則等邊三角形海底控制網(wǎng)網(wǎng)形如圖§4-4海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）的幾何圖形

如果布設(shè)成網(wǎng)，如圖所示，為了確保三角形的三個(gè)聲標(biāo)具有較大的有效面積場(chǎng)，邊線的長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)聲標(biāo)的有效距離，否則，處在某一聲標(biāo)上方的船只，可能僅僅只能測(cè)到其中一個(gè)聲標(biāo)（船只下方的聲標(biāo)），而所有鄰近的聲標(biāo)，則處在有效距離之外。在三角形邊長(zhǎng)為D的情況下，可同時(shí)有3-7個(gè)聲標(biāo)可供使用?！?-4海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）的幾何圖形二、以正方形構(gòu)成的海底控制網(wǎng)由四個(gè)聲標(biāo)構(gòu)成的海底控制網(wǎng)如圖。E、F、G、H所包圍的區(qū)域即為四個(gè)聲標(biāo)的有效面積場(chǎng)。若采用其中三個(gè)聲標(biāo)，則斜線加空白區(qū)域?yàn)橄鄳?yīng)的有效面積場(chǎng)。§4-4海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）的幾何圖形

如果布設(shè)成網(wǎng)，則如圖所示。聲標(biāo)均設(shè)置在正方形的頂角處，為了確保正方形的四個(gè)聲標(biāo)具有較大的有效面積場(chǎng)，P3和P4到P1P2連線中點(diǎn)的距離應(yīng)為D。在此情況下，網(wǎng)內(nèi)任何地方可保證有3-6個(gè)聲標(biāo)可用。§4-4海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）的幾何圖形三、三角形布網(wǎng)與正方形布網(wǎng)的比較三角形構(gòu)成的菱形面積=D2sin60°=0.866D2

正方形構(gòu)成的面積=0.800D2

可見(jiàn)，在聲標(biāo)數(shù)目相同的情況下，三角形網(wǎng)比正方形網(wǎng)覆蓋的面積大。§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定

海底控制點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)定一般分兩步進(jìn)行；一是海底控制點(diǎn)的定標(biāo)；二是海底控制點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)定。一、海底控制點(diǎn)的定標(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)工作稱為海底控制點(diǎn)的定標(biāo)。它既可驗(yàn)證布網(wǎng)是否符合布網(wǎng)方案要求，同時(shí)也得出了控制點(diǎn)之間的相對(duì)位置?！?-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定1、海底控制點(diǎn)深度的測(cè)定深度基準(zhǔn)面：海圖所載水深的起算面。在近岸和大陸架海區(qū)通常采用大地水準(zhǔn)面，在其他情況下采用平均海面以下的某個(gè)面或平均海水面。通常采用三葉法來(lái)測(cè)定海底控制點(diǎn)的深度?！?-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定

三葉法測(cè)定海底控制點(diǎn)的深度

三葉法指的是測(cè)量船在進(jìn)行深度測(cè)量時(shí)的航行路線，如圖所示，船只按箭頭指示方向航行，圖中1、2和3表示海底控制點(diǎn)P1、P2和P3投影到海面的位置。當(dāng)測(cè)量船沿航線接近1時(shí)，就不斷測(cè)量對(duì)P1點(diǎn)的超聲波距離，當(dāng)所測(cè)距離最小時(shí)，所測(cè)距離應(yīng)是最接近P1點(diǎn)的真正深度?！?-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定

采用三葉法測(cè)定海底控制點(diǎn)的深度，由于測(cè)量船航行上的偏差，不可能正好通過(guò)P1點(diǎn)的投影位置1，所以實(shí)際上采用測(cè)量船通過(guò)控制點(diǎn)上方多次，取其多次測(cè)量的平均值作為該點(diǎn)的最或然深度。按照三葉法航行，一個(gè)航次穿越每個(gè)控制點(diǎn)上方兩次，算一個(gè)測(cè)回，每穿越一次都需同時(shí)記錄所測(cè)得最小聲距和時(shí)刻。記錄時(shí)刻是為了計(jì)算水位改正。每個(gè)控制點(diǎn)需要測(cè)量三個(gè)測(cè)回，共計(jì)6個(gè)深度值。這6個(gè)深度值分別經(jīng)過(guò)改正后，在滿足限差的情況下，取平均值作為控制點(diǎn)的深度。

§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定

當(dāng)海底控制點(diǎn)按四邊形布設(shè)時(shí)，測(cè)量船可按圖所示航線航行。§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定

三葉法測(cè)深的可靠性可按下式進(jìn)行檢驗(yàn)：ikZiZkPkPiSikSki§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定2、海底控制點(diǎn)間距離的測(cè)量—垂直穿線法

M、P1、P2位于一豎直平面內(nèi)，如圖zoyMP2P1S1S2zmz1z2深度基準(zhǔn)面§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定測(cè)量船航行路線如圖123C23C12C13§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定3、海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）方位的測(cè)定

如圖，使船沿已知航向K航行,在航行過(guò)程中不斷對(duì)P1和P2進(jìn)行測(cè)距，當(dāng)在某船位，如B1和B2處獲得兩聲距的最小值，那么就可以求出兩聲距在海平面上的投影DB1和DB2，又兩聲標(biāo)間距離已知，則有12§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定二、海底控制點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)定由于定標(biāo)工作已求得各控制點(diǎn)間的深度、距離和方位，因此，往往只需求得海底控制網(wǎng)中的某幾個(gè)點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，網(wǎng)中其他控制點(diǎn)的坐標(biāo)也就能通過(guò)計(jì)算求得。1、兩點(diǎn)交會(huì)法2、三點(diǎn)交會(huì)法§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定3、最近路徑點(diǎn)測(cè)定法4、短基線定位法

利用安置在船底的一組（如4個(gè)）、間距（基線）20-50m的聲標(biāo)，確定埋設(shè)在海底的一個(gè)聲標(biāo)（控制點(diǎn)）的位置。短基線系統(tǒng)§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定4、短基線定位法§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測(cè)定O5、超短基線系統(tǒng)與短基線系統(tǒng)基本相同，其區(qū)別僅在于船