注册测绘师海洋测绘考试要点

海洋测绘考试基本要求

1.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。

2.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。

3.根据测区已有深度基准面资料情况，确定深度基准面联测和传递方案;依据潮汐理论和测区潮汐变化情况，分析潮波传播规律；分析各相关因素对数据采集质量的影响，分析数据处理和数据检查方法对成果质量及判断的影响。

4.根据实际情况，提出提供成果的形式和要求；按照制图原理，结合海图实际确定制图原则。

 第 1 章海洋定位及水深测量

 1.1 海洋测绘的作用与任务

 1.1.1 海洋测绘的作用

 1.1.2 海洋测绘的任务

 

海洋测绘是海洋测量和海图绘制的总称，是对整个海洋空间，包括海面水体和海底进行全方位、多要素的综合测量，获取包括大气（气温、风、雨、云、雾等）、水文（海水温度、盐度、密度、潮汐、波浪、海流等）以及海底地形、地貌、底质、重力、磁力、海底扩张等各种信息和数据并绘制成不同目的和用途的专题图件，为经济、军事和科学服务。其任务是对海洋及其邻近陆地和江河湖泊进行测量和调查，获取海洋基础地理信息，编制各种海图和航海资料，为航海、国防建设、海洋开发和海洋研究服务。

根据海洋测量工作的目的不同，可把海洋测量任务划分为科学性任务和实用性任务两大类：

 ( l ）科学性任务。包括： ① 为研究地球形状提供更多的数据资料； ② 为研究海底地质的构造运动提供必要的资料； ③ 为海洋环境研究工作提供测绘保障。

 ( 2 ）实用性任务。包括： ① 海洋自然资源的勘探和离岸工程； ② 航运、救援与航道； ③ 近岸工程； ④ 渔业捕捞； ⑤ 其他海底工程。

 

海洋测绘与陆地测绘的有关理论和方法关系密切。陆地上的许多测绘学理论和方法，如测量数据处理理论、大地测量技术、地图制图方法，都可运用到海洋测绘中，但海洋测绘又有许多不同于陆地测绘的特点。

1.2 平面定位

 1.2.1 海上定位方法．卫星定位是目前海上定位的主要手段。通过卫星定位系统实时获得海上目标的运动位置状态，从而进行各种各样的后继工作。全球卫星导航系统（ GNSS 即主要包括：美国的 GPS 定位系统、俄罗斯的 GLONASS 定位系统、欧盟的 GalileO系统和我国的北斗定位系统等。 

1.2.2 水下定位方法

水下定位主要采用声学定位手段。光线在海水中传播的距离不远，通常只有几米到几十米，声波在水中的表现要比光波优秀得多，通过频率的变换，无论是几米、几十米的浅海，还是几千上万米的深海，声波都可以穿透，因此海洋中以声信号为主。声速同水的状况（温度、盐度和压力）有关，在海水中为 1 500m / s 左右。在传播过程中，声波束在介质常数不相同的两个水层界面处将产生反射、折射和某种程度的反向散射，并导致声线弯曲和传播速度发生改变。折射遵循 Snell 法则。

 

通过声波的传播路径推求目标的坐标（位置），这就是水下目标的声学定位。用于水下目标定位的声学系统即称为水声定位系统，通常由船台设备和若干水下设备组成。船台设备包括一套具有发射、接收和测距功能的控制、显示设备和安装在船底或船后“拖鱼”内的换能器及水听器阵。水下设备主要是声学应答器基阵，即固定设置在海底的位置已准确测定的一组应答器阵列。

换能器：是一种声电转换器，能根据需要使声振荡和电振荡相互转换，为发射（或接收）信号服务，起着水声天线的作用。最常使用的是磁致伸缩换能器和电致伸缩换能器

水听器：本身不发射信号，只能接收声信号。通过换能器将接收的声信号转换为电信号，输人船台或岸台的接收机中。

应答器：既能接收声信号，还能发射不同于所接收声信号频率的应答信号。它是水声定位系统的主要水下设备，也可作为海底控制点的照准标志（即水声声标）。

 

水声定位系统通常有测距和测向两种定位方式。

 1 ．测距定位方式

水声测距定位由船台发射机通过安置于船底的换能器向水下应答器（位置已知）发射声脉冲信号（询问信号），应答器接收该信号后随即发回一个应答声脉冲信号，船台接收机记录发射询问信号和接收应答信号的时间间隔，即可算出测船至水下应答器之间的距离。

 

2 ．测向定位方式

测向定位船台上除安置换能器以外，还在船的两侧各安置一个水听器，利用它们接收到的信号相位差可确定船台与水下应答器的方向。

水声定位系统按声基线的距离或激发的声学单元的距离进行分类可以分为 3 种主要类型：长基线定位系统、短基线定位系统和超短基线定位系统。应答器之间的距离构成了所谓的基线。长基线声学定位系统的基线长度往往长达数百米到几千米，短基线和超短基线系统的基线间距离分别在 20 一 50m 之间及 10 cm 以下。

长基线系统（图 10 一 1 一 l ）包含两部分，一部分是安装在船只上或水下机器人上的收发器，另一部分是一系列已知位置的固定在海底上的应答器。通过测量收发器和应答器之间的距离，采用测量中的前方或后方交会对目标定位，所以系统与深度无关，也不必安装姿态、电罗经设备，系统的工作方式是距离测量。

1.3 单波束测深

 1.3.1 回声测深原理

1.3.2 海洋测深基本空间结构

海洋测深的本质是确定海底表面至某一基准面的差距。目前世界上常用的基准面为深度基准面、平均海面和海洋大地水准面。前一种是指按潮汐性质确定的一种特定深度基准面，即狭义上的深度基准面，这也是海洋测深实际用到的基准面。深度基准面的确定既考虑到船舶航行的安全，又要考虑到航道或水域水深资源的利用效率。为此，海图深度基准面确定方法要有科学性，并在计算方法上力求统一。目前实际上有以下几种方法确定深度基准面：

20 世纪 50 年代初期，我国采用略最低低潮面作为深度基准面。由于它在大潮低潮期间有时高于实测的低潮面， 1954 年后，在正规半日潮和不正规半日潮海区也曾在此面上增加了 k2 分潮和 NZ 潮的改正。 1957 年后，我国采用苏联的可能（理论）最低潮面作为海图深度基准面。一般来说，潮差越大，深度基准面与平均海面的差距值越大，其位置越低。 海洋测深基本空间结构如图 10 一 1 一 5 所示。 

1.3.3 测线布设

测线是测量仪器及其载体的探测路线，分为计划测线和实际测线。海底地形测量测线一般布设为直线，又称测深线。测深线分为主测深线和检查线两大类。测线布设的主要因素是测线间隔和测线方向。测深线的间隔根据对所测海区的需求、海区的水深、底质、地貌起伏的状况，以及测深仪器的覆盖范围而定。总之，以满足需要又经济为原则。国内外具体处理方法一般有两种，一种是规定在图上主测深线的间隔为 10 mm 的情况下，根据上述原则确定海区的测图比例尺；另一种是根据上述原则先确定实地主测深线的间隔，再取其图上相应的间隔，如 6 mm 、 8 mm 、 10 mm ，最后确定测图比例尺。我国采用前者。

以上测深间隔主要是针对单波束测深仪测量而确定的，多波束测深检查线应当至少与所有扫描带交叉一次，以检查定位、测深和水深改正的精度。两条平行的测线外侧波束应保持至少 20 ％的重叠。

测深线方向是测深线布设所要考虑的另一个重要因素，测线方向选取的优劣会直接影响测量仪器的探测质量。选择测深线布设方向的基本原则：有利于完善地显示海底地貌，有利于发现航行障碍物，有利于工作。对于多波束测深，还要考虑测量载体的机动性、安全性、最小测量时间等问题。

 1.4 多波束测深系统 

1.4.1 多波束测深工作原理

多波束测深系统是一个复杂的综合性系统，主要组成部分为：多波束声学系统（ MBEs ）、多波束采集系统（ MCS ）、数据处理系统和外围辅助传感器。

各种型号的多波束系统在设计和采用的技术上各具特色，但基本的原理是相似或相同的。

1.4.2 多波束参数校正

多波束系统结构复杂，各种传感器和换能器的安装一般无法达到理论设计的要求，因此需要进行多波束参数校正，通常有横摇、纵摇、导航延迟和舫偏校正。

 1 ．横摇校准测试

对于横摇校准，如果选择一平坦海底，沿同一测线往返测量地形，将所有波束沿航线方向进行垂直正投影。如果没有横摇安装误差存在，则两次地形应完全重合，否则在投影图上两次地形会出现交角，调整横摇参数使得交角为零，两次地形重合，记录此时的横摇参数并在勘测时进行改正。

 2 ．导航延迟校准测试

 

3 ．纵摇校准测试

选择一个较深斜坡海域，沿同一测线以较低船速进行往返测量。根据纵摇特性，同一孤立点位置在往返测量中会移位，通过该移位长度及水深即可计算出纵摇偏差。

 

4 ．循偏校准测试

1.4.3 多波束测量野外工作的实施

多波束系统海上勘测实施的过程包括测前试验、测前准备、数据采集和数据处理四个部分。 

1.4.4 多波束测深数据编辑

多波束勘测数据编辑的方法多种多样，但总的编辑思路是一致的，编辑的对象一般是水深值。其编辑计算方法主要有两种，一种是投影法，一种是曲面拟合法。

 ( l ）投影法：多波束系统采集的水深数据是三维的，对测线数据进行编辑时，首先必须把水深数据投影到平面中去，然后才能进行编辑工作。投影方法主要有三种：沿测线前进方向投影，正交测线方向投影，垂直正投影。

( 2 ）曲面拟合法：海底地形一般是连续变化的，而多波束测量是全覆盖的高精度测量，测量的资料能反映海底地形的全貌。根据这一特点，用一定的曲面拟合海底面，超出曲面一定范围的数据点称为跃点，应该剔除掉。曲面拟合常用的计算方法有 Bezier 方法、 B 样条方法、最小二乘法拟合等。

 1.5 测深改正

 1. 5.1 吃水改正

1.5.2 姿态改正

1.5.3 声速改正

1. 5.4 潮位改正

潮位改正可根据验潮站的布设及控制范围，分为一个站、两个站、三个站和多个站潮位改正。 

1 ．一个站潮位改正

2 ．两个站的潮位改正

3 ．三个站潮位改正（三角分带法）

1.6 测深精度

 

 第 2 章 海底地貌测量

 2.1 侧扫声呐图像形成的原理

 2.Ll 声呐方程

 声波从发射到接收的整个过程构成了声呐方程，它是将声传播介质、目标、背景干扰以及声呐设备参数综合在一起的关系式。利用声呐方程可以设计声呐系统的工作参数，并对系统检测能力进行估算，还能反映海底类型的变化，因而它具有解释海底地貌特征的作用。 

 2.1.2 侧扫声呐图像的形成

侧扫声呐是运用海底地物对人射声波反向散射的原理来探测海底形态和目标、直观地提供海底声成像的一种设备，在海底测绘、海底地质勘测、海底工程施工、海底障碍物和沉积物的探测，以及海底矿产勘测等方面得到广泛应用。

侧扫声呐主要由甲板和拖鱼（ Towed Fish ）两大部分组成。它的基本工作原理与侧视雷达类似，能直观地提供海底地貌图像，利用距海底较近的拖鱼记录声波的回波强度。它在垂直于航向的方向上沿左右船舷各发射一扇形波束，在航向方向上很窄，回收方向与发射波束正好相反。这样，每个声脉冲发射后在海底形成一条由很多方块或者像素（ Pixel ）组成的声呐图像，其成像精度比多波束声呐高许多，但水深信息的精确度不如多波束声呐，只能得到突出目标相对于海底的高度。侧扫声呐波束是左右舷侧向发射的，换能器正下方一定范围内回波时间间隔太短，故中间大约 10度 范围内没有回波，称为盲区，也叫水柱区（ Water Column ）。整个系统的组成部分如图 10 一 2 一 2 所示，声呐图像如图 10 一 2 一 3 所示

利用接收机和计算机对这一脉冲串进行处理，最后变成数字量，并显示在显示器上，每一次发射的回波数据显示在显示器的一横线上，每一点显示的位置和回波到达的时刻对应，每一点的亮度和回波幅度有关。将每一发射周期的接收数据一线接一线地纵向排列，显示在显示器上，就构成了二维海底地貌声图。声图平面和海底平面成逐点映射关系，声图的亮度包含了海底的特征。

2.2 侧扫声呐图像的判读

 2.2.1 侧扫声呐图像的变形

侧扫声呐系统产生的声图并不是严格按比例记录海底地貌，由于测量船速度、波束倾斜和海底坡度等多种因素影响，经常会产生声图变形，从而扭曲了海底目标物的真实形态。 

 1.船速产生的声图变形

2 ．声线倾斜变形

3 ．目标距离变形

4 ．倾斜坡面引起的横向比例变形

5 ．双曲变形

6 ．拖鱼高度变化使声图横向比例变形

2.2.2 侧扫声呐图像判读

侧扫声呐图像判读是声呐扫海中的一项主要工作，经验丰富的判读人员可以比较确切地描述扫测海域的地貌特征，判断声图中碍航物和非碍航物，为潜水探摸和打捞提供详细的信息。声图判读对象是声图中各类目标和地貌。因此，声图判读人员必须了解声图形成的简单过程，才能理解声图的变形现象，正确判读声图中的目标和地貌。

 

 第 3 章海图绘制

 3.1 海图的内容和类别

 3.1.1 海图的内容

 

海图的内容可以划分成数学要素、图形要素和辅助要素 3 大类。

 1 ．数学要素

数学要素是建立海图空间模型的数学基础，是海图内容中非常重要的要素，包括海图投影及与之有关的坐标网、基准面、比例尺及大地控制网。与海图数学基础有关的内容，如图廓，方位圈、图幅内的图形配置也属海图的数学要素。

 2 ．图形要素

海图图形要素是借助专门制定的海图符号系统和注记来表达的。海图图形要素分为海域要素和陆地要素两类。

 1 ）海域要素

2 ）陆地要素

 3 ．辅助要素

海图的内容和形式各不相同，不仅数学要素、图形要素和辅助要素种类的选择及图形要素和辅助要素的详细程度不同，而且某些内容的制图综合原则和表示方法也有差异，这是由于各幅海图的用途、比例尺、海洋地理景观及其测量调查详细程度不同所致。

 3.1.2 海图分类

1 ．通用海图

2 ．专用海图

3 ．航海图

4 ．普通海图

5 ．专题海图

专题海图按内容性质的区别，还可分为若干种，一般与地图分类相适应，也分成自然现象海图和社会经济现象海图两种。

自然现象海图

6 ．电子海图

随着计算机技术的发展，许多国家早在 20 年前就开始研究海图数字化技术，尤其在近 10 年计算机小型化，微机的高运算速度和大容量存储技术迅猛发展的情形下，各类非标准的电子海图按使用需要出现在各单位的工作系统内。国际海道测量组织（ I HO ）为使这项技术更加国际化，十多年来一直致力于国际标准的制定工作。 1992 年，第十四次海道测量大会通过了新的数字化海道测量数据交换标准，这一标准由理论模型、物标目录和交换格式组成。通过四年试用，在吸收了计算机对图形数据存储处理最新成果的基础上，对这一标准进行了全面的修改、补充后， 1996 年第十五次国际海道测量大会通过了更为详细、完善的数字海图交换标准，并以 IHO 特别出版物 《 数字化海道测量数据传输标准 》 S57 （第三版）的形式正式发布。我们把基于 5 - - 57 标准的电子海图数据产品称为电子航海图（ Electronic Navigational Chart. ENC ) ，由各国官方海道测量机构制作并发行。

3.2 海图投影

 3.2.1 投影的选择

投影选择的一般原则是：

 ( 1 ）充分考虑各种投影的变形特征，所选择投影的变形要尽可能小，并符合地图的用途； 

( 2 ）单幅图选择投影时，要考虑与之配合使用的图的投影尽可能一致； 

( 3 ）在保证上述要求的前提下，尽可能选择经纬网图形简单的投影，以便计算、展绘、作业和使用；

（4）新编图的投影与基本资料图的投影尽可能一致或接近，以便作业、投影转换和保证成图精度。根据上述原则，各种海图一般选用墨卡托投影。

 3.2.2 墨卡托投影

墨卡托（ Mercator ）投影，又名“等角正轴圆柱投影”，荷兰地图学家 G ．墨卡托（ Gerardus Mercator ）在 1569 年拟定，假设地球被围在一个中空的圆柱里，其赤道与圆柱相接触（见图 10 -3 一 1 ) ，然后再假想地球中心有一盏灯，把球面上的图形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开，这就是一幅标准纬线为零度（即赤道）的“墨卡托投影”绘制出的世界地图。

墨卡托投影有如下特点：见图 10 一 3 一 1 墨卡托投影

墨卡托投影的“等角”特性，保证了对象的形状不变形，正方形的物体投影后不会变为长方形。“等角”也保证了方向和相互位置的正确性。墨卡托投影的“圆柱”特性，保证了南北（纬线）和东西（经线）都是平行直线，并且相互垂直。经线间隔相同，纬线间隔从标准纬线（此处是赤道，也可能是其他纬线）向两极逐渐增大。但是，“等角”不可避免地带来的面积的巨大变形，特别是两极地区。

对应比例尺的墨卡托投影海图制作时，只有确定基准纬度之后才能进行图廓范围和制图网的计算。图上经差每单位长度和纬差每单位长度都是根据基准纬线上的长度来计算的。基准纬线上经差每分之长在某比例尺海图上的长度，称为制图单位。。，以厘米计算： 

3.3 海图符号及制图 

3.3.1 海图符号及要素

 1 ．海图符号的概念及分类

按分布范围，海图符号可分为

 1 ）点状符号， 

2 ）线状符号， 

 3 ）面状符号， 

按符号的尺寸与海图比例尺的关系，海图符号可分为

 

 2 ．海图图式

 1980 年，我国进行航海图书改革，其中包括制定新的 《 海图图式 》 ，并于 1982 年出版。

3 ．海底地貌的表示方法

1 ）符号法

2 ）深度注记法

3 ）等深线法

4 ）明暗等深线法

 5 ）分层设色法

6 ）晕渲法

 7 ）晕滃法

8 ）写景法

 

 4 ．专题要素的表示方法

专题海图上表示的专题要素方法主要有：

 

 5 ．海图注记

 

 3.3.2 海图制图综合

海图内容的压缩、化简和图形关系处理的制图技术，称为制图综合，其任务是在海图用途比例尺、制图资料和制图区域地理特点等条件下，按照特定的原则和方法解决海图内容的详细性与清晰性、几何精确性与地理适应性的对立统一问题，实现海图符号和图形的有效建立。制图综合的基本原则是表示主要的、典型的、本质的信息，舍去、缩小或不突出表示次要的信息。制图综合的方法，主要有选取、化简、概括和移位，而对于实地制图现象向图形转换，还包括对实地物标的分类分级、建立符号系统。

 1 ．内容的选取

 

 1 ）资格法

 2 ）定额法

 3 ）平方根定律法

2 ．形状的化简

3 ．数量特征的概括

4 ．质 量特征的概括

5 ．制图物体的移位

按照大纲要求，要注意下四个部分内容：

第一部分：海洋测绘内容(1.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。)

第二部分：水下地形测量(2.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)。

第三部分：垂直基准问题(3.根据测区已有深度基准面资料情况，确定深度基准面联测和传递方案;依据潮汐理论和测区潮汐变化情况，分析潮波传播规律；分析各相关因素对数据采集质量的影响，分析数据处理和数据检查方法对成果质量及判断的影响。)

第四部分：成果呈现(4.根据实际情况，提出提供成果的形式和要求；按照制图原理，结合海图实际确定制图原则。)

具体说明如下：

第一部分 海洋测绘的主要内容有： 

�海洋大地测量；

�海洋工程测量；

�水深测量及水下地形测量；

�障碍物探测；

�水文要素调查；

�海洋重力测量；

�海洋磁力测量；

�海洋专题测量和海区资料调查；

�各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版；

�海洋地理信息的分析、处理及应用。

 

第二部分：水下地形测量，该部分包括如下内容：

一．定位原理及设备

二．测深原理及设备

三．水下地形测量

四．水下地形测量误差源及精度评估

 

第三部分：垂直基准问题.该部分包括如下内容：

一．潮汐观测

二．潮汐、潮流分析

三．垂直基准

四．基准传递与推估

五．影响成果质量的因素分析

 

第四部分：成果呈现 该部分包括如下内容：

一．海图的内容、形式和类

二．海图的数学基础

三．海图坐标系及分幅

四．海图符号及要素表示

五．制图综合

六．海图制作与生产