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海洋大地測量

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海洋大地測量是在海面和海底,以及利用人造衛星在海洋上進行的大地測量工作。

1 海洋大地測量 -海洋大地測量

 

2 海洋大地測量 -正文

  在海面和海底,以及利用人造衛星在海洋上進行的大地測量工作。主要包括在海洋範圍內布設大地控制網、海面和水下定位、測定海面地形和海洋大地水準面等。海洋大地測量為船艦精密導航、海洋資源開發、海洋劃界、海面和海底各項工程設計和施工,以及研究海底地殼動態和潮汐變化等提供各種數據。
  海底控制網的建立  海底控制網是各種海洋測量和航海定位工作的基礎。海底控制網中的控制點是安置在海底的一些聲應答器,它們的三維位置是以統一的大地基準為參考,利用聲學測距技術測定的。當以海底控制網為依據測定一點的位置時,必須由這點至少向3個已知點測量距離。因此,海底控制網要以陣列的形式來布設,每一陣列至少有3個應答器T1、T2、T3(圖1)。測定海底控制點U的方法是藉助於海面上的測量,建立已知點同海底控制點之間的聯繫。已知點可以是陸地上的大地控制點,也可以是空間控制點──已知位置的人造衛星。從海面測量船上,用聲學方法根據聲波經歷的時間測量至海底控制點的距離,同時用電磁波測距技術(測量距離),或用攝影測量方法(測量方向),或用多普勒技術(測量距離差)測定相對於(陸地上的、衛星上的)已知點的位置。

  海面定位 岸海域的定位可用常規陸地大地測量方法和電磁波測距技術解決。較遠海域的定位需要利用人造衛星、聲吶(聲學導航和測距系統)和各種無線電定位系統,其中衛星技術對於海面定位有重要意義。它的優點是可以全天候作業,作用範圍不受限制。利用聲吶技術進行海面定位,是以海底控制網為依據,由海面船艦向其中一個陣列的各控制點測距,確定船艦的位置。
  水下定位 定水下運載體的位置,主要採用船載慣性導航系統。它是利用質量的慣性來測量運載體的加速度,然後由電子計算機對它進行兩次時間積分,求得運載體的位置。這種方法的主要問題是會產生系統的漂移,因此每隔一定時間,需要利用其他定位方法進行訂正。
  海面地形測定 平均海面不是一個重力等位面,它相對於一個與之接近的等位面(大地水準面)的起伏稱為海面地形。也有人把海面地形定義為海面相對於大地水準面的高,這裡有瞬間海面地形和似平靜海面地形之分。瞬間地面地形消除了海面隨時間的一些變化之後,得到似平靜海面地形。
  測定近岸海域的海面地形,可採用大地水準測量法,即在沿岸設置若干個驗潮站測定當地平均海面。以某一站的平均海面作為高程起算的重力等位面(大地水準面),再以精密水準測量聯測其他各站的平均海面高程。若平均海面是一個等位面,則聯測的高程都為零。實際上它們並不為零,所出現的差值就是海面地形。
  測定深海域的海面地形,可以採用海洋水準測量法。這種方法是把大洋深處(1000~4000米)的等壓面看成是一個等位面,通過測定海水分層的溫度、密度,再利用基本的流體靜力方程,計算出平均海面相對於這個等位面的力高。
  海洋大地水準面的測定  理論上來說,如果有了充分的重力測量數據,就可以利用斯托克斯積分公式求定大地水準面至地球橢球面的差距,從許多個點上的這種差距便可得出大地水準面的形狀。實際上,已有的重力數據不能滿足斯托克斯公式全球積分的要求,特別是海洋上的重力測量還有很多空白。因此,目前測定海洋大地水準面最有效的手段是衛星雷達測高技術, 其原理如圖2。衛星上的雷達測高儀向海面發射脈衝波,返回信號用快速反應儀器監測,從得出的信號時間延遲,可以推算由測高儀至瞬間海面的垂直距離ΔH。由於散射,雷達波束在海面上的射跡是一個圓。「測地衛星」3號(Geos-3)的雷達波束在海面上的射跡的直徑約為 3000米。ΔH是由這個圓內所有反射波加以平均后求得的,從而消除了海面短波長特徵(海浪)的影響。已知衛星軌道參數,可以算出衛星對地球橢球面的高HHH=Nm是瞬間海面對於橢球面的高。如果ΔH中加入海面隨時間的變化的改正,則Nm為似平靜海面對於橢球面的高。如果採用大地水準測量或海洋水準測量得到海面地形ΔN,則由Nm減去ΔN,就得出大地水準面至橢球面的差距N

 

3 海洋大地測量 -配圖

 

4 海洋大地測量 -相關連接

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