中国海洋大学课件 海底探测技术 第二章
海底探测
“蛟龙号”载人潜水器
• 7月1日，我国第一台自行设计、自主集成的“蛟龙号”载 人潜水器从江苏江阴起程。未来47天，它将驶向东北太平 洋，进行5000米级海试。这次海试行程约1万公里，船舶单 程航行时间将长达47天。 • 据介绍，相比去年的3000米级海试，今年5000米海试 任务面临诸多挑战：首先，试验海区距离中国大陆约1万公 里，船舶单程航行时间将达到半个月；其次，海区试验环境 复杂多变，净海措施难以实施；第三，5000米的下潜目标 是中国载人深潜从未触及的全新纪录。这些都将是对我国深 海载人海试队伍的新考验。“蛟龙号”不断创造新的纪录， 标志着我国已经成为继美、法、俄、日之后第五个掌握深度 载人深潜技术的国家。
5、深海油气 海底油气藏是最重要的传统海洋矿产资源。随着需求量的急剧增长，能源危机越演越 烈，使得人类的探索目光投向具有很大的开发潜力的海底油气资源。目前海底石油储量占 全球总量的45%，天然气占50%。海上石油总产量约占全球总产量的1/3。而且随着海底 石油开发的水深和井深越来越大，这个比例还会上升。 6、21世纪新能源：可燃冰 “可燃冰”是在地下低温、高压条件下形成的，最佳温度为0~10℃、压力大于100个 大气压。它生成于富含有机质的沉积物内，特别是在石油、天然气藏的周围。“可燃冰” 不仅可燃，而且具有极高的热值。全球“可燃冰”的蕴藏量极为可观。据测算，在全球有 机碳总含量中，“可燃冰”竟超过50%，总储量达10万亿吨，竟是全球煤、石油和天然气 总和的2~3倍。“可燃冰”有如此惊人的蕴藏量，给人类带来了莫大的希望 。
பைடு நூலகம்
据介绍，“黑烟囱”其实是大 陆板块与海洋板块之间的火山 口，位于海底热液区，状如烟 囱，富含各种稀有金属，是各 国都很关注的矿产资源。 这种黑色的物质几乎包含了工 业社会需要的各种资源，电子 工业需要的铜，钢厂需要的镍 和锌，制造纯平显示器需要的 铟，甚至还有贵重金属黄金， 都可以在“黑烟囱”中找到。 “黑烟囱”周围还会形成一个 特殊的生态系统，一个不靠阳 光、不靠光合作用的“黑暗生 物群”，这些生物对未来生物 医药的发展大有裨益。
海洋技术教育版PPT课件
据报道，全世界总共有科学考察船2000多艘，其中美 国500多艘，原苏联400多艘，日本380多艘。
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海 洋
日本海洋科学技术中心最近宣布，他们研制的无人
探 驾驶深海巡航探测器“浦岛”号，在3000米深的海
测 洋中行驶了3518米，创造了世界纪录。“浦岛”号
技 全长9.7米、宽1.3米、高1.5米、重7.5吨，水中行驶 术 速度为4节，巡航速度为3节，最大潜水深度是3500
阳光，就会形成一个产量倍增的新的人工生态系统。温差可
以用来发电或直接用于农业生产。这项工作将引发一场海水
养殖的革命，称为“蓝色革命”。
海水农业
指直接用海水灌溉农作物，开发沿岸带的盐碱地、沙漠和 荒地。即要迫使陆地植物“下海”，这是与以淡水和土壤为 基础的陆地农业的根本区别。目前已经获得了可以用海水灌 溉的小麦、大麦和西红柿等。
开
发
技
术
构成海洋生物量的金字塔
海洋食物链示意图
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海 未来海洋农业发展的主要方向:
洋 资 源 开 发
海洋水产生产农牧化
通过人为干涉，改造海洋环境，以创造经济生物生长发育 所需的良好环境条件，同时也对生物本身进行必要的改造， 以提高它们的质量和产量。
技 蓝色革命计划
术 着眼于大洋深处海水的利用。将深层水抽上来，遇到充足的
海浪高度: 即主动微波遥感(雷达成像系统)
利用海面“粗糙度”不同的原理来进行分析处理
卫星上向海面发出雷达波：
无浪平静海面(光滑面): 雷达波发生镜反射,雷达接收 不到回波。
海面有波浪(“粗糙”面): 雷达波向各个方向散射，发 生漫反射，雷达收到一部分回波。电脑算出海面的
“粗糙”度，从而得知海浪的高度。
中国海洋大学资料课件仪分pdf课件第2章 光谱分析法导论
通常用eV表示电磁辐射的能量，1eV表示一个电子通过1V电压
降时所具有的能量（1.6022 10-19 J）。能量与波长（频率）的关 系为： 普朗克(Planch)公式
作用对象 原子核 原子内层 电子 分子外层 电子 气态原子 外层电子 分子振动 未成对电 子 原子核磁 量子
6 × 1014~ 2 2.5 × 106~ 莫斯鲍尔光谱法 ×1012 8.3×103 3 × 1014~ 1 ． 2 × 106 ~ X 射线吸收法 3×1010 1.2×102 X 射线荧光法 3 × 1010 ~ 125~3.1 7.5×108 7.5 × 108 ~ 3.1~1.7 4×108 紫外可见分光光度法 荧光光谱法 原子发射光谱法 原子吸收光谱法 红外吸收光谱法
1、电磁辐射的波动性
波的振动传播方式以及反射、折射、衍射、散射、干涉、 偏振等现象表现了电磁辐射具有波的性质，因此可以用波参 数来描述。
周期 T： 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要
的时间间隔称为波的周期，单位：s（秒）
频率 ν ：单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷
的数目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单位为 Hz，即s-1 ν = 1/T
X-射线吸收光谱法: X-射线/放射源原子内层电子（n>10) X -射线吸收 X-荧光光谱法: X-射线原子内层电子 特征X -射线发射 原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱 分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光
6、以电磁辐射为基础的常用光谱方法
海底探测技术教学大纲-曹立华
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述：海底探测技术是依托现代科学技术产品，实现海底信息获取的技术方法。
该课程的讲授，可有效提高学生海洋调查的动手能力和独立科研能力。
课程系统介绍了海底探测设备的工作原理、作业程序和工作方法。
课程内容主要包括海底探测原理、海洋声学探测解译方法、探测解译范例剖析及方案设计3个组成部分。
该课程的教学，为学生以后的教学实习和科研工作做好了探测方面的知识贮备。
2.设计思路：本课程以获取海底信息的方法为主线，结合海洋地质知识，通过实际数据资料的处理与分析，以及作业方案的讨论与编制，使同学们将掌握的地质理论知识与探测方法联系起来，具备了其他实习和科研工作所需的探测方面的先期知识，再通过生产实习和毕业设计阶段的实际动手训练，可实现海底探测技术方法从理论到实际动手作业完整链条的教学训练。
3. 课程与其他课程的关系先修课程：海洋地质学、GPS测量与数据处理。
后置课程：海洋地质调查与资料处理技术、海洋测绘与3S技术综合实习、多波束- 5 -处理软件实习、浅剖处理实习等。
二、课程目标通过学习，使学生了解海洋调查设备的结构、工作原理和操作，初步掌握海洋地质调查的工作方法和工作程序，掌握海洋声学调查资料的分析和处理原则，培养学生从事海洋地质调查和研究的实际动手工作能力，满足后续教学和科研实习对学生探测方面的知识需求。
通过本课程教学，学生应具备如下能力：（1）、了解海底探测技术的应用领域和发展动态；（2）、掌握海底探测设备的工作原理和操作，提高海洋地质调查实际工作能力（3）、了解海底声学调查现场作业方法和工作程序，提高野外科考控制能力；（4）、初步掌握海底声学探测资料的处理和解译，提高地质考察科研和分析能力；（5）、初步掌握海洋地质调查和工程勘察技术方案的制定原则，提高解决海洋地质具体问题的能力。
三、学习要求海底探测技术课程计是一门涉及到测绘学、地质学、地理学、海洋学和地震设备的多学科综合性的课程，要求学生在校期间应具有多方面的知识结构和较熟练的专业技能，而且要有一定的社会知识，只有这样才能制定出科学可行的技术方案和合理的工作预算，更好地满足社会对人才的需求。
2.海底探测技术
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述：海底探测技术是依托现代科学技术产品获取海底信息的技术方法。
该课程的目标是使学生了解获取海底信息的技术途径，提高学生的海洋调查动手能力和科研能力。
该课程讲述海底调查目的和调查内容，介绍海底取样技术、海底原位测试技术、海底实时监测技术和海底探测技术，重点讲解海底声学探测技术方法。
其内容主要有：海底声学探测原理、海底声学探测设备组成、水深测量、地貌探查和浅地层调查的海上调查工作程序及探测资料的解译方法、探测范例剖析及调查方案设计等。
该课程的教学，为学生以后的教学实习和科研工作做好海底探测知识贮备。
Seabed prospecting technology focuses on obtaining seabed information relying on modern technological techniques. This course aims to teaching modern technical methods to obtaining seabed information, and improving students’ practical ability of submarine investigation. The course describes the purpose and methods of seabed survey, including seabed sampling technology, in-situ testing technology, real-time monitoring technology and seabed detection technology. The distinguishing feature of this course is that systematically describes the seabed acoustic detection techniques and methods in seabed exploration. The- 1 -main contents of which are as follows: the principle of seabed acoustic detection techniques; the composition and working principle of seabed acoustic detection equipment; the working procedures of bathymetric survey, geomorphic exploration, sub-bottom stratum survey; the interpretation method of seabed exploration data and the design of survey schemes. This course is helpful for the students' practical techniques of seabed prospecting as well as scientific research.2.设计思路：本课程以获取海底信息的方法为主线，结合海洋地质知识，通过实际数据资料的处理与分析，以及作业方案的讨论与编制，使同学们将掌握的地质理论知识与调查方法联系起来，具备了其他实习和科研工作所需的海底调查方面的先期知识，再通过生产实习和毕业设计阶段的实际动手训练，可实现海底调查技术方法从理论到实际动手作业完整链条的教学训练。
海洋调查与监测2课件
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对于大洋，因其温度分布均匀，变化缓慢， 观测准确度要求较高，即±0.02℃；
对于一般水文要素分布变化剧烈的海区，水 温观测准确度为±0.1℃。
对于那些有特殊要求，如水团界面和跃层的 微细结构调查，以及海洋与大气小尺度能量交 换的研究等，应根据各自的要求确定水温观测 准确度，二级为±0.05℃，三级为±0.2℃。
用倾角器测出倾角之后，仪器沉放的实际深度 可按下式计算：
Z＝Lcosa-h 式中：L是经计算器差校正后的钢丝绳放的实际 长度；a是倾角；h是计数器滑轮到海面的高度。
实际工作中常把上式变成改正式：
△Z＝L-(Z+h)＝L(1-cosa)
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回声测深仪测深
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深海调查深度订正方法的比较
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一、对长江口及其邻近海域无机营养盐，各形 态溶解有机碳、氮及溶解有机磷进行了测定。
二、通过对赤潮海水进行的的营养盐加富培养 实验，考察了在藻类生长消亡过程中各无机营养 盐、各形态溶解有机碳、氮等营养物质。
三、通过对中国对虾培养系统进行了现场昼夜 连续观测，测定了无机营养盐、各形态溶解有机 碳、氮、磷等营养物质。
按提供资料的特点，可以分为三种： 点式的；线式的；面式的。
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南森采水器
采集预定深度的水 样和固定颠倒温度表 的器具，又称颠倒采 水器、南森瓶。
“采水器上端脱开
绳子倒转180°，这
时采水器的重力使两
端的活门同时关闭”。
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平台
平台是观测仪器的载体和支撑，也是海 洋调查工作的基础，在海洋调查系统中平台 是一个重要的环节。
完整word版海底探测技术
单波束（海底识别海底反射波强度，反射波振幅大小，振幅检测）1.定义：一次发射只能获得1个水底水深数据的回声测量设备。
单波束：震源和接收（测深仪换能器）、记录仪（包括数字记录和模拟记录）2.测量时水深（H）=h+h（吃水）——换能器入水深度1吃水3. ）静吃水（1 ）动吃水：真正对测深产生影响的吃水。
其值随船相对水体运动速度的不同而变化（2 潮位改正校准后实测水深数据+4. 2）波浪校准：相当于静校正的地形（1）吃水校准：相当于静校正的炮点深度；（4）坡度修正）声速校准：H=H-h=(b/a-1)h+(1-b/a)c；（（3 实时潮位修正）潮位观测（1+ 水深测量的工作程序5. ）测深仪器的安装：要求是使动吃水与静吃水的数值基本吻合。
（1 ①观察不同船速下测量船不同位置吃水变化；②在变化最小处安装测声仪换能器。
2（）测深实施原则及注意事项1）测线布设的依据：①垂直于水深等深线：垂直岸线，常理上，距海岸越远水深越大②垂直于构造线走向：板块构造形成的地质体基本平行海岸分布垂直控制地形地貌地质体走向布设测线（可控制地形的连续变化）③设计多条相互平行的、等间距测线时，测线间隔是图上1cm的实际距离④测线的名字应包括任务代号—测区—航次号—测线组名—测线名⑤检查测线：检查测线的方向垂直于主测线方向，检查测线的总长度是主测线总长度的5~10%。
⑥测深精度：主测线与检测线间的测深之差。
在同一套工作系统下，30m以浅测深误差小于0.3m；30m以深测深误差小于水深的1%。
在另一套工作系统下（不同的人员、设备），测量误差可以为其两倍。
统计所有的交叉点水深差值，超限的点数小于15%，测绘合格⑦偏航距：最大偏航距离不能大于图上的2mm。
当比例尺允许的偏航距大于20m时，规定为20m以内！2）位置确定：经纬度或平面坐标3）验潮站布设的原则：近岸水深测量（距岸20km以内），验潮站布设的密度应能控制全测区的潮汐变化。
相邻验潮站之间的距离应满足1、最大潮高差不大于1m；2、最大潮时差不大于2h；3、潮汐性质基本相同。
海洋技术The sea technologyPPT教学课件
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反渗透法又叫超过滤法。
它是使用一种只允许溶剂透过、不许溶质透过 的半透膜，将海水和淡水分隔开。反渗透法的 显著优点是节能，能耗仅为电渗析法的一半， 蒸馏法的四十分之一。
3.海底矿产资源的开发：开发方式和技术
现在海洋石油开发上多数国家采用国际合作的方式。（油 气与锰结核开发）
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20世纪以来，随着世界人口的增加，陆地资 源的日趋枯竭，海洋资源的开发已成为世界各 国普遍关注的问题。
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崛起的海洋技术
海洋技术是一种人类开发利用海洋资源的技术体 系。
从当代海洋技术的发展来看，当前主要集中在海 洋探测技术、海洋资源开发技术两部分。
海洋探测技术 ：海洋探测技术包括海面、海底探 测技术，其目的是探明海洋资源的分布状况，为 海洋资源的开发利用奠定基础。
4.海洋空间的开发 ：包括海上、海中和海底。
已从传统的交通运输，扩大到生产和生活、通信和电力输 送、储藏及倾废和海底军事基地、文化娱乐等各方面。 例：海上城市-是指在海上建立的居住区，具有现代化 城市功能和新的交通体系。目前，建造海上城市的方法 有“浮动法”、“搭建柱子城法”和“移山填海法“等 数种。
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——海洋化学资源开发技术，主要包括海水淡 化技术和各种化学元素提取工艺
——海洋能源开发技术，主要包括潮汐能、波 浪能等自然可再生能源的开发技术。
人类社会已面临着人口爆炸、粮食不足、资源 枯竭、能源危机等一系列重大问题，为解决这 些问题，现在许多国家已把目光投向海洋这一 “大自然的最后一份遗产”上
海洋技术The sea technology
目的要求
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参考椭球的北极，X轴
指向起始子午面与赤道 的交点，Y轴位于赤道
面上，且按右手系与X
轴呈90°夹角。某点在 空间中的坐标可用该点
• 作用距离：300km • 定位精度：1-5m • 工作频率：283.5• •
325.0kHz 覆盖范围：我国大陆 沿岸海域 播发数据：RTCM SC104 使用方式：免费使用
•
广域差分GPS技术实例：导航信标台
• • • • • • • •
作用距离：全球 参 考 站：80 通讯方式：海事卫星(4) 播发信息：RTCM SC104 Ver 2.1 用 户：单频GPS 定位精度：1-5m 信号使用：有偿使用 应用范围：海洋工程测量 、农业精耕细作等
定位卫星
2、DGPS技术
实时差分 原理：
实时差分GPS技术
产生的定位误差基本一样
改正值
修正
在测区附近已知位置点设建
需测坐标点设立GPS接收 机和无线电接收机
精 度 更 高 的 位 置 信 息
立无线电台和GPS接收机
• 单基站技术—如沿海信标岸台或自设基站。
提供米级定位精度，费用低廉。主要用于近海海 洋工程，海底管道路由调查和光缆调查，海洋资 源调查，海洋划界等，
海底探测技术
曹立华
第一章
绪论
第二章
第三章
第四章 第五章 第六章
定位导航技术
声波探测的基本原理
声学海底探测设备的组成及分类 单波束测深设备的组成及工作程序 侧扫声呐工作原理及探测资料分析
第七章 多波束测深系统的工作原理及数据处理分析 第八章 浅地层探测系统的工作原理及资料分析 第九章 综合探测的实施原则及水下声学定位系统 第十章 探测实例分析
• RTK技术—厘米级定位精度，设备费用高。主
要用于控制测量、精密海洋工程测量、滩涂测量 、RTK验潮、管线维护、海岸侵蚀研究等。
• WADGPS—广域差分GPS技术（Fugro、C&C、
Thales）。亚米级精度，信号需付费使用，主要 用于大洋调查（多波束、水下定位）等。
单基站技术实例：导航信标台
G：
在接收机的跟踪状态下，经过数据解调 影响GPS定位精度的主要原因 后，读取本地参考时钟 t1和卫星时钟的 GPS卫星向用户发送用于导航定位的调制波，它 1、大气层（电离层和对流层对GPS信号的延迟） d=tc。 含有：载波（ L1和L2）、测距码（ C/A码和P码）和 读数 t2 的差，即为卫星信号从卫星到用 2、多径效应（经过其他表面反射到接收机天线中的GPS信号） 数据码（导航电文）。用户接收机接受 4个以上卫星 户的传播时间 t。 3、当前可见 GPS卫星数量
（1）全能性：能在空中、海洋、陆地等全球 范围内进行导航、授时和定位及测速。
（2）全球性：在全球的任何地点都可进行定位。 （3）全天候：白天黑夜都可以定位。
组成
GPS卫星 （空间部分）
24颗卫星
GPS定位系统
地面监控系统 （地面监控部分）
1个主控站 3个注入站 5个监测站
GPS接收机
（用户部分）
各型GPS
空基
全球卫星导航定位技术
二、全球卫星导航定位系统（GNSS）
• 美国GPS
• 前苏联GLONASS
上世纪80－90年代建成
• 欧洲ENSS（伽利略计划）
• 中国北斗2代导航系统
尚在设计建设阶段
1、GPS系统
全称是“卫星授时与测距导航系统”（Navigation by
Satellite Timing and Ranging Global Positioning System, NAVSTAR GPS），简称全球定位系统（GPS）。 GPS系统具有比它之前的其它导航系统优越的特点：
导航：
指明前进方向并到达目的地
一、导航定位技术的沿革
罗盘
只能指示方向 确定位置（定位）
多个位置点的有序连线指明运动方向——导航 最原始的导航定位系统
六分仪
＋
图板
1、角度定位导航方法
a
我的位置
2、距离定位导航技术
平面定位需3个参考点，立体空间需4个参考点
距每颗卫星的距离——伪距 陆基无线电导航系统，如罗兰C （Loran C） 罗兰C的地面发射系统是由至少3个发射台组成的台链，彼此精确同 步。用户接收来自2个台的信号时，只要测出它们到达的时间差，便知 道自己处于一条以这两个台为焦点的双曲线上；同时又测出另外两个台 信号的时间差，便又得知处于另一条双曲线上；用户必然处于这两条双 曲线的交点上，从而可确定出用户的位置，通过软件可实现导航作用。
所发信号就可确定接收机天线所在的位置。 4、当前可见 GPS卫星的几何分布
5、GPS卫星钟差
6、GPS卫星轨道差
定位精度：
DGPS技术
伪距d=tc
不能满足测量要求！！
7、人为干扰，例如SA政策、微波发射装置等 C/A码伪距，精度约为20米左右（民用） 8、遮蔽物下（建筑物里，车辆里，隔热纸，金属成份遮蔽） P码伪距，精度约为2米左右（军用） 9、液体（如：手）
海底管线
CEP
第二节、坐标与投影
一、坐标系的种类及建立方式
二、投影的方式及表达
三、常用的投影方式介绍
一、坐标系的种类及建立方式
1、坐标系的种类 空间坐标系：空间直角坐标系 空间大地坐标系 平面坐标系：平面直角坐标系
地 理 坐 标 系
2、各坐标系的建立方法
（1）空间直角坐标系
空间直角坐标系 的坐标系原点位于参考 椭球的中心，Z轴指向
接收机
24颗卫星
发射时间：1989~1994 发射地点：佛罗里达州肯尼迪空 间中心的卡纳维尔角基地 发射工具：采用Delta火箭 卫星数量：共有21+3颗卫星 星 座：卫星分布在六个轨道 平面内 长 半 轴：26609km 偏 心 率：0.01 卫星轨道面相对地球赤道面的倾 角：55° 各卫星轨道面升交点赤经相差： 60° 在相邻轨道上卫星的升交距角相 差：30° 卫星高度：20200km 卫星运行周期：11小时58分钟
海底探测技术 位置概念
物质概念
怎么来的 · · · · · ·
在哪儿？ 是什么？
如何形成的？
探测技术
海底探测技术
导航 定位技术 运动中的、有目的地的探测，又要求导航技术
第二章
定位导航技术
第一节
导航定位技术
一、导航定位技术的历史沿革
二、全球卫星定位导航系统
一、导航定位技术的历史沿革
定位：
确定所在的地理位置