海洋測繪第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)的測定§4-1概述海洋大地測量的定義：為建立海洋范圍的大地控制網(wǎng)，確定海洋重力場、平均海面及其變化所進(jìn)行的測量。海洋大地測量控制網(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量和海圖測繪提供控制基礎(chǔ)。對海域地殼運(yùn)動及地震、火山活動進(jìn)行有意義的動態(tài)監(jiān)測。§4-2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)也采取逐級控制的方法?？刂泣c(diǎn)等級由高到低依次為：基本點(diǎn)、加密點(diǎn)和臨時點(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臨時點(diǎn)：對在測區(qū)內(nèi)為滿足某項(xiàng)具體工作要求而臨時設(shè)置的， 工作完成后便移至新的測區(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、易識別且能長期保存的中心標(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)志分主動式和被動式兩種。§4-3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、主動式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志主動式照準(zhǔn)標(biāo)志實(shí)際上是一個水聲聲標(biāo)，它能主動發(fā)射聲信號；或者當(dāng)接收到船臺發(fā)射出的問詢聲信號后，能發(fā)射應(yīng)答聲信號被船臺接收。主動式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志的優(yōu)點(diǎn)是作用距離長，一般可達(dá)15-30km。主動式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志通常由浮標(biāo)、負(fù)荷、聲標(biāo)和錨組成?！?-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)對換能器傳來的電信號進(jìn)行去噪處理；譯碼器對去噪后的電信號進(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)將譯碼器傳來的電信號放大并經(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、被動式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志以自身表面反射來自船上水聲設(shè)備所發(fā)射的聲信號再被船臺接收，這種水聲照準(zhǔn)標(biāo)志稱為被動式照準(zhǔn)標(biāo)志。被動式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志的作用距離短，一般為1km。被動式水聲照準(zhǔn)標(biāo)志只能布設(shè)在臨時點(diǎn)上。§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，即聲信號的最大傳播距離，對海底控制網(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的發(fā)射強(qiáng)度和頻率聲信號傳播路徑中噪聲的掩蓋作用聲信號傳播過程中聲信號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)來確定海面或水體中運(yùn)動目標(biāo)的位置時，須滿足兩個條件：（1）測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)-測量船必須能接收到水聲聲標(biāo)的信號。（2）至少需要三個這樣的控制點(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聲標(biāo)具有較大的有效面積場，邊線的長度不應(yīng)超過聲標(biāo)的有效距離，否則，處在某一聲標(biāo)上方的船只，可能僅僅只能測到其中一個聲標(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。在三角形邊長為D的情況下，可同時有3-7個聲標(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)域即為四個聲標(biāo)的有效面積場。若采用其中三個聲標(biāo)，則斜線加空白區(qū)域?yàn)橄鄳?yīng)的有效面積場?！?-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聲標(biāo)具有較大的有效面積場，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個聲標(biāo)可用?！?-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，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?！?-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測定

海底控制點(diǎn)坐標(biāo)的測定一般分兩步進(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，要對控制點(diǎn)的深度、相互間距離以及方位進(jìn)行測定，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，同時也得出了控制點(diǎn)之間的相對位置?！?-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測定1、海底控制點(diǎn)深度的測定深度基準(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面或平均海水面。通常采用三葉法來測定海底控制點(diǎn)的深度?！?-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測定

三葉法測定海底控制點(diǎn)的深度

三葉法指的是測量船在進(jìn)行深度測量時的航行路線，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)測量船沿航線接近1時，就不斷測量對P1點(diǎn)的超聲波距離，當(dāng)所測距離最小時，所測距離應(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)的測定§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測定

采用三葉法測定海底控制點(diǎn)的深度，由于測量船航行上的偏差，不可能正好通過P1點(diǎn)的投影位置1，所以實(shí)際上采用測量船通過控制點(diǎn)上方多次，取其多次測量的平均值作為該點(diǎn)的最或然深度。按照三葉法航行，一個航次穿越每個控制點(diǎn)上方兩次，算一個測回，每穿越一次都需同時記錄所測得最小聲距和時刻。記錄時刻是為了計(jì)算水位改正。每個控制點(diǎn)需要測量三個測回，共計(jì)6個深度值。這6個深度值分別經(jīng)過改正后，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)的測定

當(dāng)海底控制點(diǎn)按四邊形布設(shè)時，測量船可按圖所示航線航行?！?-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測定

三葉法測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)的測定2、海底控制點(diǎn)間距離的測量—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)的測定測量船航行路線如圖123C23C12C13§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測定3、海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）方位的測定

如圖，使船沿已知航向K航行,在航行過程中不斷對P1和P2進(jìn)行測距，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)的測定二、海底控制點(diǎn)坐標(biāo)的測定由于定標(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)中的某幾個點(diǎn)在絕對坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，網(wǎng)中其他控制點(diǎn)的坐標(biāo)也就能通過計(jì)算求得。1、兩點(diǎn)交會法2、三點(diǎn)交會法§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測定3、最近路徑點(diǎn)測定法4、短基線定位法

利用安置在船底的一組（如4個）、間距（基線）20-50m的聲標(biāo)，確定埋設(shè)在海底的一個聲標(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)的測定4、短基線定位法§4-5海底控制點(diǎn)（網(wǎng)）坐標(biāo)的測定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