海底地形地貌测量方法
《海底地形测量》PPT课件
（2）大陆坡
大陆坡是大陆架外缘以下坡度较陡的区域。在地形上，它是大陆 的边缘，是大陆向大洋过渡的地区，它的坡度为4°～7°，有时可以 达13°～14°。在大河口外的大陆坡，坡度较缓，仅为1°～2°左右。 大陆坡的深度为200～2400米，其平均宽度为40～50千米。世界上大 陆坡的面积占海底总面积的12％左右。大陆坡上最特殊的地形是海底 峡谷。
海洋测量中常采用深度基准面。深度基准面是海洋 测量中的深度起算面。不同的国家地区及不同的用途 采用不同的深度基准面。
水深测量通常在随时升降的水面上进行，因此不同时刻测量 同一点的水深是不相同的，这个差数随各地的潮差大小而不同， 在一些海域十分明显。为了修正测得水深中的潮高，必须确定 一个起算面，把不同时刻测得的某点水深归算到这个面上，这 个面就是深度基准面。
按符号的尺寸与海图比例尺的关系，海图符号可分为： ①依比例尺符号 ②半依比例尺符号 ③不依比例尺符号
（2）海图图式
世界各国航海图的生产都对海图符号有统一的的规定， 即《海图图式》，它包含了绘制航海图的全部符号和缩 写，也是绘制其它海图的基本符号。
第二节 海底地形测量
海底地貌单元表 海底地貌
大陆边缘
2、高斯克吕格投影
中央经线和赤道为互相垂直的直线，其他经线均为凹向并对称 于中央经线的曲线，其他纬线均为以赤道为对称轴的向两极弯曲的曲 线，经纬线成直角相交。在这个投影上，角度没有变形。中央经线长 度比等于1，没有长度变形，其余经线长度比均大于1，长度变形为正， 距中央经线愈远变形愈大，最大变形在边缘经线与赤道的交点上；面 积变形也是距中央经线愈远，变形愈大。为了保证地图的精度，采用 分带投影方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一 定的限度
如实反映测区水下地形。水深点间距一般意义上 0.6—1.0cm；岸边及深度变化显著的地段．可以 加密到图上的0.4—0.6cm.平坦且变化小的地区可 放宽到图上的1.0—1.5cm
如何使用无人船进行水下地形测量
如何使用无人船进行水下地形测量无人船（Unmanned Surface Vehicle，USV）是指没有船员操控的船只，由电子设备和自主系统进行控制和导航。
随着科技的不断发展，无人船在水下地形测量中的应用越来越广泛。
本文将探讨如何使用无人船进行水下地形测量，介绍相关的技术和方法。
一、无人船的优势和适用范围无人船相比传统的有人船具有许多优势。
首先，由于无人船没有船员，因此可以在危险或恶劣的环境中进行工作，人员安全得到保障。
其次，无人船具有自主导航和避碰系统，能够进行自主避碰和路径规划，提高任务执行的效率和准确性。
此外，无人船还可以通过安装各种传感器和设备，实现多种任务需求，具备较高的灵活性和适应性。
在水下地形测量方面，无人船可广泛应用于河流、湖泊和海洋等水域的地形测量。
由于无人船可以搭载多种传感器（如声呐、激光测距仪等），可以对水下地形进行精确测量和绘制地图。
在水下勘探、海洋资源开发以及灾害预警等领域，无人船的应用具有巨大的潜力。
二、无人船水下地形测量的技术和方法1.声纳测深技术声纳是无人船进行水下地形测量最常用的技术之一。
无人船上的声纳设备通过发射声波，测量声音在水中传播的时间和速度，从而探测水下物体的位置和形状。
利用声纳设备采集的数据，可以生成水下地形的三维模型或地图。
2.激光测距技术激光测距技术是一种常用的无人船水下地形测量方法。
通过激光器和接收器，利用激光脉冲在水中的传播速度和反射回来的时间，可以计算出水下物体的距离和形状。
激光测距技术具有高精度和快速响应的特点，适用于对水下地形进行精确测量。
3.摄像技术无人船可以搭载水下摄像设备，通过拍摄水底的图像和视频，获取水下地形的视觉信息。
利用摄像技术，可以对水下环境进行实时监测和观察，获取更加直观的地形信息。
除了以上的技术和方法，无人船还可以结合GPS、惯性导航系统等其他定位和导航技术，提高水下地形测量的精度和可靠性。
通过数据的采集和处理，可以生成水下地形的三维模型和地图，为水下勘探、海洋资源开发以及环境保护等领域提供重要的数据支持。
海洋海底地震勘探技术
海洋海底地震勘探技术一、引言海洋地震勘探技术是指利用声波、电磁波等物理手段进行海洋海底地质、地形的勘探。
随着科学技术的不断发展，海洋地震勘探技术在海洋国防、海洋资源开发利用、海洋环境保护等方面发挥着越来越重要的作用。
本文将从测深、声纳、地震探测、岩心采样、多波束扫描成像等方面介绍海洋地震勘探技术的发展及其应用。
二、测深技术测深技术是指利用声波测定海洋的水深。
它是海洋地震勘探中最基本、最常用的测量方法。
测深的主要手段有声学测深和卫星测深。
1. 声学测深声学测深是利用声波测定水深的方法，可以测定海底形态，确定水深，为后续的海洋地震勘探提供基本条件。
2. 卫星测深卫星测深是利用卫星高度测定海平面高度和海底地形的方法。
卫星测深主要利用雷达高度计进行测量，可以得到全球海岸线和河口密度分布。
三、声纳技术声纳是海洋地震勘探中最重要的仪器之一，常用于测定海底地貌、水体速度分布和海洋环境等参数的测量。
目前，声纳技术主要有单波束和多波束两种。
1. 单波束声纳技术单波束声纳技术是指通过一个声学波束对目标进行扫描、接收反射信号并实现成像。
它的主要用途包括测量海底深度、地形、地貌和地下构造等。
2. 多波束声纳技术多波束声纳技术是指同时对多个方向进行声学波束发射和接收，从而实现海底的分区域探测。
它可用于检测复杂的海底地貌和地下结构，具有成像效果更加清晰、更详细的优点。
四、地震探测技术地震勘探技术是指利用地震波来探测地球内部结构和矿产资源等，它是一种高效的海洋地质勘探方法。
在海洋地震勘探中，可以利用声波，甚至地震震源发射的冲击波来进行地震探测。
1. 重力法地震探测技术重力法地震探测技术是一种基于质量引力的探测方法，利用重力变化分析来判断沉积地层厚度、海底地形等地质信息。
重力法对大地形影响较弱，测量精度较高，而且数据可靠。
2. 电磁法地震探测技术电磁法地震探测技术利用地下矿产物的电性差异，运用电磁波在海底进行传递，探测法影响电学参数的变化。
海洋测绘中的水深测量与海底地形特征提取的方法与技巧
海洋测绘中的水深测量与海底地形特征提取的方法与技巧海洋测绘是指利用测量技术和设备对海洋中的地形、陆地地貌、海洋资源以及海洋环境进行调查和研究的科学。
其中，水深测量和海底地形特征提取是海洋测绘中最关键的环节之一，也是实现更加全面深入的海洋地球科学研究的基础。
水深测量是海洋测绘的重要内容之一。
它通过使用声波探测技术，测量声波从水面至海底以及反弹回水面所需要的时间来确定水深。
根据测量的范围和精度要求的不同，可分为区域性水深测量和点测水深。
区域性水深测量在大面积范围内进行，主要用于海洋地质、海洋生物学等研究领域。
而点测水深则是在特定位置进行水深测量，常用于港口、航道等需要确定水深的工程设计。
在水深测量中，最常用的设备是多波束测深仪（Multibeam Echo Sounder，简称MBES）。
该仪器可通过发射多个声波束，将地形数据以及反射回来的声波信号记录下来，并通过计算和处理这些数据，得出测量点的水深信息。
MBES在测量速度、精度和覆盖面积方面具有优势，因此在海洋测绘中得到广泛应用。
除了水深测量外，海底地形特征提取也是海洋测绘中的另一个重要环节。
海底地形是海洋中的地层、地貌和地理特征，通过对其特征的提取和分析，可以获得足够的信息来了解海洋生态系统、地质构造等方面的情况。
海底地形特征提取主要通过图像处理技术和地形数据处理方法来实现。
在图像处理方面，常用的方法是基于遥感数据的海底地形特征提取。
这种方法通过利用遥感图像中的纹理、颜色和形态等特征来识别和分析海底地形。
例如，可以通过颜色的变化来定位不同地层，通过纹理的变化来判断地貌类型。
同时，图像处理技术还可以提取海床表面的线状、点状特征，以及水下生物群落的分布等信息。
地形数据处理方法主要依赖于水深测量所得的数据。
通过计算和分析水深数据的变化情况，可以获取海底地形的高程、坡度和形态等特征。
其中，地形的高程信息可以使用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）来表示。
海洋测绘-第7章 水深测量及水下地形测量-PPT精选文档
监控器
外部监 测和显 示系统
后处理 GPS 导航监控器
操作和检 测单元
实时数据处理工作站 数据存储
声速断面 Transceiver
数据存储 数据存储 和处理
绘图仪
罗经
声纳影像记录 姿态传感器 换能器 图2.1SimradEM950/1000多波束声纳系统组成单元 打印机
波束的发射、接收流程及其工作模式 多波束换能器基元的物理结构是压电陶瓷，其作 用在于实现声能和电能之间的相互转化。换能器也正 是利用这点实现波束的发射和接收。 多波束发射的不至一个波束，而是形成一个具有一定 扇面开角的多个波束，发射角由发射模式参数决定。
多波束波束的几何构成
波束在海底投射点位置的计算需要船位、潮位、船 姿、声速剖面、波束到达角和往返程时间等参数。计 算过程包括如下四个步骤： 姿态改正。 船体坐标系下波束投射点位置的计算。 波束投射点地理坐标的计算。 波束投射点高程的计算。
为便于波束投射点船体坐标的计算，现作如下假设： 换能器处于一个平均深度，静、动吃水仅对深度有 影响，而对平面坐标没有影响。 波束的往、返程声线重合。 对于高频发射系统，换能器航向变化影响可以忽略。
高分辨率测深侧扫声纳
高分辨率测深侧扫声纳简称为HRBSSS声纳 (High Resolution Bathymetric Sidescan Sonar)。 HRBSSS声纳分辨率高、体积小、重量轻、功耗低以 及声纳阵沿载体的长轴安装，特别适用于AUV、 HUV、ROV、拖体和船上，在离海底比较近的高度 上航行，获得高分辨率的地形地貌图。 声纳阵包括左舷和右舷两个声纳阵，自主开发的 声纳软件包括水上数字信号处理软件、水上服务器软 件、声纳驱动软件和水下主控软件，以及用于调试测 试的终端调试测试软件、终端调试测试软件和声纳仿 真软件。
海底地形测量与海洋地质调查的方法与仪器
海底地形测量与海洋地质调查的方法与仪器1.引言海底地形测量和海洋地质调查是对海洋地貌和地质特征进行研究和探测的重要手段，为解密海洋深处的秘密提供了关键的数据和信息。
本文将介绍一些常用的海底地形测量和海洋地质调查方法，以及所使用的仪器设备，展示出当今科技的进步和创新。
2.多波束测深技术多波束测深技术是目前常用的海底地形测量方法之一。
其原理是利用多个声纳波束，通过不同角度的发射和接收来获取海底地形数据。
这种技术具有快速、高分辨率和精度高等优势，能够提供海底地形的大量细节，并绘制出三维地形图。
常见的多波束测深设备包括多波束测深仪和声纳阵列。
3.侧扫声呐技术侧扫声呐技术是另一种常用的海底地形测量方法。
通过将声纳波束从船舶的一侧发射，然后接收回波，可以获取沿船舶航道两侧的地形数据。
这种技术可在较大范围内测量海底地形，提供较全面的信息。
侧扫声呐设备常常搭载在专门的调查船只上，能够对海洋地质特征进行详细的调查。
4.子底剖面仪器子底剖面仪器常被用于海洋地质调查。
这种设备能够通过电磁波或声波的传播与反射，获取地下沉积物的特征和分布。
子底剖面仪器通常用于确定海底地质构造，包括岩石、沉积物厚度和特性等。
它不仅能够探测到地壳的结构，还能够记录海底地震活动的痕迹，为地震研究和预测提供重要线索。
5.潜水器和浮标探测系统潜水器和浮标探测系统是深入海底进行地理调查的重要工具。
潜水器能够下潜到海底并携带各种传感器设备进行测量。
浮标探测系统则通过将浮标悬浮在海面上，将信号传输到海底设备或传感器，实现对海底地貌和地质的监测。
这些设备能够获取高分辨率的数据，并探测到海底的微小变化，对海底地貌演化和地质构造变化有着重要意义。
6.声纳测距系统声纳测距系统是测量海底地形的重要工具之一，其原理是通过声波的传播和反射来确定海底地形的特征。
声纳测距系统使用传感器将声波发射到海水中，然后接收回波来计算出海底的距离和形状。
这种方法常用于快速获取大范围海底地形数据，对海域的地形和结构进行初步了解和分析。
海底地形测量技术的原理与方法
海底地形测量技术的原理与方法导语：海底地形测量技术是海洋科学领域中一项重要的技术手段，通过对海底地形进行测量和绘制精确的地图，为海洋资源开发、海底地质研究和海洋环境监测提供了重要的依据。
本文将介绍海底地形测量技术的原理与方法。
一、多波束测量技术多波束测量技术是目前海底地形测量中应用最广泛的一种方法。
其原理是通过多个波束所形成的综合波束进行测量，在一定范围内获取更为精确的数据。
这种技术利用声波在海水中传播的特性，借助声纳设备发出声波信号，并接收其回波，通过计算回波的时间和频率差异从而确定海底地形的高度和形状。
二、卫星遥感技术卫星遥感技术是利用卫星遥感器对地球表面进行观测和测量的一种方法。
通过卫星的高分辨率传感器，可以获取到大范围的海底地形数据。
这种技术的优势在于无需人员进驻海洋现场，大大节省了成本和人力资源。
同时，卫星遥感技术还可以实现对海洋动态变化的监测和分析，为海洋环境保护提供重要依据。
三、声呐测深技术声呐测深技术是通过声波在海底反射和传播的原理，来测量海底深度和地形的一种方法。
它利用声波在水中传播速度恒定的特性，测量声波从水面到达海底的时间差，再通过计算得到海底的深度。
这种技术通常用于测量海底的平坦区域，对于复杂地形的测量效果相对较差。
四、激光测距技术激光测距技术是近年来发展起来的一种新型海底地形测量技术。
它利用激光器发射的激光束，通过测算激光从发射到反射再返回的时间差，从而确定测量目标的距离。
这种技术可以实现对海底地形的高精度测量，特别适用于测量海底中的凹凸不平的地形特征。
五、地下扫描雷达技术地下扫描雷达技术是一种适用于海底地形测量的无损探测技术。
该技术利用高频电磁波在地下介质中的传播和反射特性，实现对海底地下地质构造和海底地形的测量和解析。
地下扫描雷达技术无需直接接触海底，能够从地表通过探测器获取到海底地质的信息。
这种技术对于测量海底地形中的障碍物和地下沉积物具有较好的效果。
六、综合方法：多种技术的组合应用对于复杂的海底地形测量任务，常常需要采用多种技术的组合应用。
如何利用无人船进行水下地形测量
如何利用无人船进行水下地形测量水下地形测量是一项重要的工程技术，它可以帮助人们了解海底地形、研究海洋生态系统、开展海洋资源勘探等。
传统的水下地形测量方法需要依靠人工潜水或使用载人潜水器设备，但这些方法存在诸多局限，并且费用昂贵。
近年来，随着技术的快速发展，无人船在水下地形测量中的应用日益广泛，成为一种高效、低成本的测量手段。
一、无人船的优势1.1 小型灵活：无人船相较于传统的载人潜水器，具有体积小、重量轻、机动性好的特点，可方便地携带出航。
1.2 成本效益高：无人船的制造和使用成本相对较低，不需要投入大量人力资源和费用，能够满足大范围的地形测量需求。
1.3 环境适应性强：无人船可以适应复杂多变的海洋环境，如恶劣的天气条件、海流急湍等，从而保证测量数据的准确性和可靠性。
二、无人船地形测量技术2.1 高精度测深仪：无人船配备高精度测深仪，能够测量水下地形的高程，数据准确度高、测量范围广。
此外，一些先进的测深仪还可以获取水文环境参数，如水温、盐度等，以提供更全面的数据支撑。
2.2 多波束测量系统：无人船还可以搭载多波束测量系统，通过多路声波信号发射和接收，可以同时获取多个方向的地形数据，从而提高地形测量的效率和精度。
多波束测量系统广泛应用于水下地形测绘、海底水文测量等领域。
2.3 遥感传感器：无人船还可以配置遥感传感器，如多光谱成像仪、激光雷达等，通过记录海洋表层与底部的反射特征，进一步分析海底地貌、生态环境等信息，为科学研究和资源勘探提供依据。
三、无人船地形测量的应用3.1 海底地质勘探：通过无人船进行水下地形测量，可以获取到海底地质构造、地貌特征等信息。
这对于海底油气资源的勘探和开发、海底地震灾害的研究等具有重要意义。
3.2 海洋生态环境监测：无人船搭载的遥感传感器能够获取到海水中的溶解氧、叶绿素含量等生态环境指标，从而帮助研究人员了解海洋生态系统的状况，并进行保护和管理。
3.3 海底文化遗产保护：无人船地形测量技术可以帮助我们发现和保护海底的文化遗产。
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换能器垂直向水下发射高、低频声脉冲，由于 低频声脉冲具有较强的穿透能力，因而可以打到 硬质层；高频声脉冲仅能打到沉积物表层，两个 脉冲所得深度之差便是淤泥厚度Δh 。
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7.3 四波束扫海测深仪
四波束扫海测深仪主要由四个收、发台的换能 器，同步控制器和图示记录器织成。四个换能器在 船上的安装方式有舷挂式和悬臂式两种。
等于实际声速C0造成的测深误差。
综上 ，测深仪总改正数△H为：
其中，声速改正数△Hc对总改正数△H影响最大。
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校对法利用水陀、检查板、水听器等，实测从水面起 算的准确深度，与测深仪的当前深度进行比较，进而
求得回声测深仪在该深度上的总改正数△H。
回声测深仪按照频率分为单频测深仪和双频测深仪。
双频单波束测深（点测量）
相长干涉和相消干涉
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相长和相消干涉
波束指向性图
不同的角度有不同的能量，这就是波束的指 向性（directivity）。如果一个发射阵的能量分布 在狭窄的角度中，就称该系统指向性高。
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发射器越多，基阵越长，则波束角越小，指
向性就越高。设基阵的长度为D，则波束角为：
✓可以看出，减小波长或者增大基阵的长度都可 以提高波束的指向性。但是，基阵的长度不可能 无限增大，而波长越小，在水中衰减得越快，所 以指向性不可能无限提高。
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下面以多波束中的直线阵列换能器为例，说明基线阵 列的指向性以及声强特征。 定义直线阵列的微分单元输出响应为A/L，A为振幅， 则微分单元dx的输出响应
dv和相位延迟为：
直线阵列的输出响应和归一化后的指向性R()为：
式中v=Lsin/，为波长，c为声速。
曲线阵列的指向性R()的推导与此类似。
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回声测深仪由发射机、接收机、发射换能器、接 收换能器、显示设备和电源部分组成。
回声测深仪组成示意图
千米和万米测深仪
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为了求得实际正确的水深而对回声测深仪实测的 深度数据施加的改正数称为回声测深仪总改正数。
回声测深仪总改正数的求取方法主要有水文资料 法和校对法。前者适用于水深大于20米的水深测量， 后者适用于小于20米的水深测量。
水文资料法改正包括吃水改正△Hb、转速改正△Hn及 声速改正△Hc。
吃水改正：由水面至换能器底面的垂直距离称为换能
器吃水改正数△Hb。若H为水面至水底的深度；HS换 能器底面至水底的深度，则△Hb为：
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转速改正△Hb是由于测深仪的实际转速ns不等于设 计转速n0所造成的。转速改正数△Hn为： 声速改正△Hc是因为输入到测深仪中的声速Cm不
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确定了波束的指向性R()后，便可根据波束的设计宽
度，来确定换能器的尺寸。
若波束指向性定义为-30dB，则波束宽度bW为：
若L>>2， 波束宽度bW和波长设定后，换能器的尺寸L为：
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➢换能器基阵的束控
将发射和接收信号的能量聚集在主叶瓣，对侧叶 瓣和背叶瓣的信号进行抑制，这便是换能器基阵的束 控。
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7．4．2 多波束系统的声学原理
➢相长干涉和相消干涉以及换能器的指向性
两个相邻的发射器发射相同的等方向性的声信号， 声波图将互相重叠和干涉，两个波峰或者两个波谷之 间的叠加会增强波的能量，波峰与波谷的叠加正好互 相抵消，能量为零。
相长干涉发生在距离每个发射器相等的点或者整 波长处，而相消干涉发生在相距发射器半波长或者整 波长加半波长处。将水听器放置在相长干涉处。
与单波束回声测深仪相比，多波束测深系统具有测量 范围大、速度快、精度和效率高、记录数字化和实时自 动绘图等优点。
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7．4．1 多波束的系统组成
多波束系统是由多个子系统组成的综合系统。对于不同的多波束 系统，虽然单元组成不同，但大体上可将系统分为多波束声学系统 （MBES）、多波束数据采集系统（MCS）、数据处理系统和外围辅 助传感器。
思考题
7.1 概 述
海底地形测量是测量海底起伏形态和地物的工作。是陆 地地形测量在海域的延伸。按照测量区域可分为海岸带、大 陆架和大洋三种海底地形。特点是测量内容多，精度要求高， 显示内容详细。
水深测量经历了如下几个发展阶段： 测绳重锤测量（点测量） 单频单波束测深（点测量） 双频单波束测深（点测量） 多波束测深（面测量） 机载激光测深（面测量）
水下地形测量的发展与其测深手段的不断完善是 紧密相关的。
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7.2 回声测深原理
单频单波束测深（点测量）
安装在测量船下的发射机换能器， 垂直向水下发射一定频率的声波 脉冲，以声速C在水中传播到水底， 经反射或散射返回，被接收机换 能器所接收。设经历时间为t，换 能器的吃水深度D，则换能器表面 至水底的距离(水深)H为：
基阵束控通常采用相位加权和幅度加权两种方法， 相位加权是利用基元间距的不同排列来改变基元相位 响应，而幅度加权则通过控制基阵中各基元的灵敏度 响应实现束控。
目前，我国各单位使用的四波束扫海测深仪，主要
有日本产的MS—10型、PS—20R型及PS—600型。
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7.4 多波束测深系统
多波束测深系统是从单波束测深系统发展起来，能 一次给出与航线相垂直的平面内的几十个甚至上百个深 度。它能够精确地、快速地测定沿航线一定宽度内水下 目标的大小、形状、最高点和最低点，从而较可靠地描 绘出水下地形的精细特征，从真正意义上实现了海底地 形的面测量。
第七章
水深测量及海底地形测量
Sounding & Underwater Topographic Survey
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概述
回声测深原理
Hale Waihona Puke 本多波束测深系统高分辨率测深侧扫声纳
章
基于水下机器人的水下地形测量 机载激光测深（LIDAR）
测线布设
内
测深精度
水位改正
容
测量数据质量与管理
海底地形成图