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    浅谈现代测绘科学技术与海洋研究

    2014-03-11 19:45:45来源: 百度文库作者
    聊聊
    浅谈现代测绘科学技术与海洋研究
     
    摘要
    人类对于海洋研究的历史由来已久但在18世纪之前的几千年中收获颇微直到18世纪随着现代测绘科学技术等的发展并致力于海洋研究才开启了这一领域的新纪元尤其是鉴于海域宽广变化复杂频繁且相对于陆地无法或很难采用传统测绘研究手段等原因以3S技术为代表的现代测绘科学技术发挥了巨大作用并有着更为长远的发展前景
     
    关键词
    现代测绘科学技术,  海洋研究,  海洋卫星,  海洋测绘
     
    Abstract:
    There has been such a long time that human bagan marine research but got poor achievement till 1700s. Until the 18th century, with the development of science and commitment to modern surveying and mapping technology, the marine research came in a new era. Especially the 3S technology, which solves the preblom that waters wide, complex and frequently changing, and relative to land surveying and mapping can not or difficult to study using traditional methods and other reasons, played a big role, and has a more long-term development prospects.
     
    Keywords:
    scienvce and commitment to modern survying and mapping technology,   marine reseach,   sea sat,   marine charting
     
    一引言
    海洋覆盖着地球表面积的71%容纳了全球97%的水量为人类提供了丰富的?#35797;?#21644;广阔的活动空间随着人口的增加和陆地非再生?#35797;?#30340;大量消耗开发利用海洋对人类与发展的意义日显重要据统计全世界海洋经济年总产值到1985年为3500亿美元如今已突破1万亿美元随着地球上化石燃料的濒临枯竭寻找新的能源代替品成了关乎人类生存的迫切话题而人们的目光则纷纷投向了广袤的海洋向海洋要空间要?#35797;?#24050;经成了解决人类未来生存与发展问题的共识然而与此同时关乎人类明天的另一个问题——环境却又在制约这人们对海洋无节制不科学的开发利用海洋对全球自然环境和自然灾害的发生起着举足轻重的影响而人类活动?#22336;?#20316;用于环?#24120;?#20504;若破坏了自然界的平衡那么最后吃苦果的将不光是人类?#32422;?/span>
    由此可见海洋对人类?#27973;?#37325;要所以国内外多年来投入了大量的人力和物力利用先进的科学技术以求全面而深入地认识和了解海洋指导人们科学合理地开发海洋?#32435;?#29615;境质量减少损失然而常规的海洋观测手段时空尺度有局限性因此不可能全面深刻地认识海洋现象产生的原因也不可能掌握洋盆尺度或全球大洋尺度的过程和变化规律因此利用现代测绘科学技术尤其是3S技术研究海洋成为了关乎人类生存与发展的重大课题也是时代进程的必然产物
     
    二海洋研究的历史
    人类研究海洋的历史?#27973;?#24736;久从海洋科学发展的历程看可以划分为三个历史时期
    从史前到18世纪末尾海洋学建立以前的时期是海洋知识逐步获取和积累的时期这一时期经历了漫长的岁月在其早期中国和希腊的学者做出了一定贡献随着十五世纪?#20998;?#36164;?#23616;?#20041;的产生和发展刺激了海洋航海探险活动在其后期的海洋探险中科学考察的成分逐渐增多但直到英国的库克四次块余额大洋进行海洋地理考察在海上精确地测量经纬度取得了大量表层水温海流大洋测深及珊瑚礁等科学考察资料后才真正来开了海洋科学考察的序幕
    海洋学建立和发展时期19~20世纪50年代这个时期世界性的海洋考察活动日益增多海洋学领域的研究在深度和广度上都获得了较大的发展并独立发展成为一门学科这个时期可以分为两个大的发展阶段“挑战者”号阶段和“流星”号阶段“挑战者”号航行时间三年半里程12万多公里在太平洋大西洋印度洋和南极还数百个站位进行了测深测温采水取样拖网等采集到大量海洋生物标本地质标本海水样品以及海洋测量数据开创了海洋综合调查的时代1925~1927年“流星“号考察船对南大西洋进行了历时两年零三个月的调查首次应用电子回声测深仪获得了七万个以上的海洋深度数据首次清晰地揭示了大洋底?#31185;?#20239;不平的轮廓揭示了海洋环流和大洋热量水?#31185;?#34913;的基本概况也开启了海洋测绘的历史1
    现代海洋科学时期20世纪50年代以来海洋调查研究工作进入了一个全新的历史时期大量先进的技术推动了海洋研究的大力发展其中在60年代初开始利用气象卫星开始从太空检测海洋1978年美国发射专用海洋卫星从空中对海洋资料的系统收集遥感技术开始对海洋研?#31185;?#21040;巨大的推动作用至如今现代测绘科学技术已经深入到海洋研究的多个领域成为了最基础最不可或缺的一部分为海洋研究以及其背后更为广泛的科学生产提供了巨大帮助
     
    三海洋卫星
    所谓海洋卫星就是专门为观测海洋研究海洋以及海洋环境调查和?#35797;?#24320;发利用而设计发射的一种人造地球卫星
    海洋卫星有如下特点?#28023;? 海洋环境要素探测要求大面积连续同步或?#32426;?#27493;探测2 海洋卫星可见光传感器要求波段多而窄灵敏度和信噪比高高出陆地卫星一个数?#32771;? 为与海洋环境要素变化周期相匹配海洋卫星的地面覆盖周期要求2~3天空间分辨率为250~1000m4 由于水体的辐射强度微弱而要使辐射强度均匀具有可对比性则要求水色卫星的?#21040;坏?#22320;方时发射窗口选择在正午前后5 某些海洋要素的测量例如海面粗糙的测量海面风场的测量除海洋卫星探测技术外尚无其他办法
    以下为一些主要的海洋卫星
    1978年6月28日美国发射了世界第一科海洋卫星Seasat 1为观察海况研究海面形态海面温度风场冰海大气含水量等开辟了新途径
    2002年5月15日9时50分海洋一号A卫星在太原卫星发射中心成功发射升空海洋一号A卫星是我国的第一颗海洋卫星卫星重368千克运行在高798千米的太阳同步近圆轨道设计寿命2年配置了十通道海洋水色扫描仪和四通道CCD?#19978;?#20202;获取1100米和250米多谱段?#19978;?#25968;据用于观测海水光学特征叶绿素浓度海表温度悬浮泥沙含量可溶有机物和海洋污染物质并兼顾观测海水浅海地形海流特征和海面上大气气溶胶等要素掌握海洋初级生产力分布海洋渔业及养殖业?#35797;?#29366;况和环境质量了解重点河口港湾的悬浮泥沙分布规律为海洋生物?#35797;?#21512;理开发利用沿岸海洋工程河口港湾治理海洋环境监测环境保护和执法管理等提供科学依据和基础数据 
    日本海洋观测卫星MOS-1号于1978年2月在日?#23616;?#23376;岛用N一n火箭发射重70公斤该卫星采用太阳同步准回归轨道,这是一种特殊的圆形轨道,距地面约900公里设计寿命2年携带三种传感器,其中两种是光学传感器,即可见光与近红外辐射计(MESsR)和可见光与热红外辐射其目的是获取大陆架浅海的海洋数据为生物?#35797;?#24320;发海洋环境保护提供海洋学方面的资料
    ERS-1 ERS-2 欧空?#22336;直?#20110;1991年和1995年发射携带有多种?#34892;?#36733;荷包括侧视合成孔?#29420;状PSAR和风向散射计等装置采用全天候测量?#32479;上?#30340;微波技术提供全球重复性观测数据观测领域包括海况洋面风海洋循环及海洋冰层等卫星?#38382;和?#22278;形太阳同步轨道?#36824;?#36947;高度780公里?#35805;?#38271;轴7153.135公里?#36824;?#36947;倾角98.52°?#29615;?#34892;周期100.465分钟每天运行轨道数14 -1/3?#21040;坏?#30340;当地太阳时1030空间分辨率方位方向<30米距离方向<26.3米?#29615;?#23485;100公里
    RADARSAT卫星是加拿大于95年11月4日发射的它具有7种模式25种波束不同入射角因而具有多?#22336;直?#29575;不同幅宽和多?#20013;?#24687;特征适用于全球环境和土地利用自然?#35797;?#30417;测等卫星?#38382;?#22826;阳同步轨道晨昏?#36824;?#36947;高度796公里倾角98.6°运行周期100.7分钟重复周期24天每天轨道数14卫星过境的当地时间约为早6点晚6点重量2750kg
    Nimbus-7雨云7号卫星于1978年10月24日发射为太阳同步极地轨道虽为气象卫星但在监测大气的同时带有专测海洋信息的传感器携带有扫描多通道微波辐射仪平流层和中层探测器平流层临边红外探测器臭氧总含量探测仪地球辐射平衡探测仪海岸带彩色扫描仪平流层大气微粒测量仪温湿红外辐射仪
     
    四遥感技术与海洋研究
    海洋卫星遥感技术是基于遥感技术对海洋进行观测研究以其常规海洋调查手段所?#25381;?#30340;优越性从海洋?#21050;?#27874;谱分析到海洋现象判读等一整套完整的理论与方法在海洋研究中起着巨大的作用也是现代测绘科学技术在海洋研究方面做出贡献的体现
    目前常用的海洋卫星遥感仪器主要有?#29366;?#25955;射计星载?#29366;?#39640;度计合成孔径侧视?#29366;?SAR)微波辐射计及可见光/红外辐射计海洋水色扫描仪等2
    ?#29366;?#25955;射计是一种主动式斜视观测微波的装置可以演算出海面风速风向风应力以及海面波浪场用于研究海洋工程和预报海浪风暴
    星载?#29366;?#39640;度计也是一种主动式微波传感器可用于测量大地水准面海冰潮汐水深海面风强度和?#34892;?#27874;高厄尔尼诺现象和海洋大中尺度环流对地质深测和海洋测绘全球海平面和气候变化研究大洋环境监测等有着重大意义
    合成孔径侧视?#29366;PSAR可以用于研究波浪谱及海表面波影响国民经?#23186;?#35774;和军事应用可以提取到海冰相关信息发现海洋中较大面积的石油污染还可进行浅海水深和水下地形测绘对环境监控海洋勘探开发海上交通运输与军事活动等具有重大意义
    微波辐射计是被动微波传感器根据海面发射的?#30830;?#23556;温度来遥感海面的温度而海面温度则是海洋学研究必测的最基本?#38382;?#20043;一划分水团分析海洋峰和流系海水凝絮沉积热污染等无一不和海面温度息息相关
    可见光/近红外波段中的多光谱扫描仪和海岸带水色扫描仪均为被动式传感器能测量海水水色悬浮泥?#24120;?#27700;质等在海洋渔业海洋污染检测海岸带开发全球尺度海洋科学研究等方面发挥重要作用
     
    五GPS技术在海洋测绘领域的应用
    海洋测绘测量海洋底部的地球物理场的?#28798;?#21450;其变化特征绘制成不同比例尺的海图和专题海图海洋测绘大致可分3个阶段20世纪3050年代中期开始对海洋进行地球物理测量包括海洋地震测量海洋重力测量等这阶?#21355;?#29992;回声探测数据绘制海底地形图揭示了海洋底部的地形地貌利用双折射地震法获取大洋地壳的各种地球物理?#28798;ʣ?#35777;明大洋地壳与大陆地壳有显著的差异19571970年实施了国际地球物理年19571958国际印度洋考察19591965上地幔计划19621970等国际科学考察活动发现了大洋中条带磁异常为海底扩张说提供了强有力的证据揭示了大洋地壳向大陆地壳下面俯冲的现象观测了岛弧海沟系地震震源机制70年代以后广泛应用电子技术和计算机技术于海洋测绘中3
    海洋测绘主要包括海上定位海洋大地测量和水下地形测量在海上定位和水下地形测量中都有GPS技术的应用船在航行时通常将GPS接收机与船上的?#24049;较?#32479;组合起来以获?#23186;?#39640;的海上定位精度如在GPS?#26412;?#27861;定位的同时用船上的计程仪或多普勒声纳陀螺仪的观测值联合推求船位对于近海海域还可在岸上设立基准站采用差分技术或动态相对定位技术进行高精度海上定位而在船上安装差分GPS接收机和测深仪按预定航线利用差分GPS?#24049;?#21644;定位测深?#21069;?#19968;定距离或一定时间按照事先设定?#36828;?#21521;海底发射超声波并接受海底的反射波同时记录GPS的定位结果和测深数据之后就可以利用这些数据和计算机绘图仪等组?#19978;?#32479;测绘水深图和水下地形图等45
     
    现代测绘科学技术在海洋研究方面的应用远不止这些而因其自身的优越性以及海洋研究的需要及发展趋势其在这一领域发挥的作用也必将与日俱增
     
    参考文献
    世界海洋研究史  百度文库
    摄影测量与遥感概论  李德仁 王树根 周月琴 著  测绘出版社
    海洋测绘  百度百科
    浅析GPS测量的误差及应?#28304;?#26045;  朱道璋  江西省水利规划设计院
    GPS RTK技术在海洋测绘中的应用  谢荣安  广东省地质测绘院

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