海洋测绘数据的质量控制与误差分析

海洋测绘数据的质量控制与误差分析

刘凯

广东南油服务有限公司天津分公司

摘要：当今，我国经济发展十分迅速，随着我国各个行业领域的发展和进步，人们对水上和水下的测量工作需求越来越高，不仅包含内河和水库，还包含海域的一些海洋测绘工作，都已经成为国家战略层面的任务。测深技术是海洋测绘中必不可少的应用技术，其主要应用于水下地形测量任务，目前应用较多的有多波束测深技术、激光测深技术和侧扫声呐技术等，其中不同的测深技术，其基本原理和应用特点有所不同。本文将结合当前海洋测绘应用的测深技术进展，分析不同测深技术的特点和精度改善策略，为海洋测绘工作的开展提供一定的选择参照，从而有效提高海洋测绘工作的测量精度。

关键词：海洋测绘数据;质量控制;误差分析

引言

在经济全球化逐步推进的过程中，我国的战略利益日益拓展，国家利益逐渐超过传统意义中的领土和领空范畴，并不断向海洋和太空等新领域延伸。但由于我国的发展起步较晚，相对于发达国家来看，我国在人力和财力以及技术发展的限制下，对海洋测绘成果的建设较为滞后，无论是成果种类还是现实性差，均与我国的大国地位不匹配，更是难以满足国民经济建设的保证需求。随着近年来国内卫星资源的分布，获取卫星遥感数据的手段越来越多，并在现代化技术的帮助下，遥感数据因其获取方便和更新较快的优势，成为越来越重要的数据来源。在海洋测绘过程中也利用遥感技术来获取影像数据，包括海岸带测图以及海图陆部要素等数据，极大地提高了海洋地理环境的快速感知能力。而海洋测绘环境具有不确定性，并且测绘数据的传输量较大，对数据采集与处理的要求，既要保证实时性和稳定性，也要保证数据的质量。但过高地追求实时性会导致稳定性降低，主要是大量数据传输时会产生负载，一旦测绘数据的负载过大时，可能会发生中断现象，从而影响数据的处理效果，为此需要在系统具有稳定性的前提下保证数据处理的实时性。该文以自动化技术为研究前提，设计一个新的数据采集处理与数据质量控制系统，为海洋测绘的数据管理提供技术支持。

1.海洋滩涂

我国海岸线是比较长的，很多沿海地区的地形情况比较复杂，无法进行控制点的测量，使用传统航拍方式很难完成测绘工作。与此同时，沿海浅滩的水位比较浅，不具备船只航行条件，导致很多海洋测绘技术都无法得到较好应用。在这种情况下，使用主动式遥感技术就可以取得较好的测绘效果。主动式遥感技术使用了激光测绘的原理，能够在薄雾、夜间等多种天气条件下完成测绘作业，同时也能够根据海洋潮汐情况选择航测时间。特别是在无地面基站的情况下，可以较好满足大部分沿海地区浅海测量的相关要求，同时测绘精度也有所保证。特别是在海岸线、堤坝的动态变化监测活动中，主动式遥感技术可以发挥较好的作用，在保证动态数据分析成果的同时，也能够提供高精度的数字高程模型（DEM）断面数据，给浅海地区海洋测绘工作提供较好的基础支撑。

2.数据中心架构优化

数据中心是海洋测绘信息保障网络系统的核心架构之一。建立数据备份机制：建立数据备份机制可以确保数据在丢失、破坏等情况下仍能够保持完整，进而确保数据的安全性。网络负载均衡：网络负载均衡可以将网络流量分配到不同的服务器上，提高系统的性能和稳定性。引入虚拟化技术：虚拟化技术可以将一台物理服务器虚拟出多台虚拟服务器，提高硬件资源的利用率，降低系统维护成本。

3.海洋要素观测

海洋要素观测也是海洋测绘领域的重要工作，可以明确海洋要素的变化情况。在具体使用遥感技术时，结合需要观测的海洋要素选择合适的传感器，通过远程感应探索的方式，可以获得相对完整的海洋要素数据。接着通过对这些数据的深层次处理，再使用高质量的人机交互方式，就能够使用图表直观呈现这些信息。海洋本身就会朝着四周辐射电磁波，根据这个原理就可以引入一些特定的传感器，配合空中载体，接受这些电磁波信号。接着使用特定软件对这些数据进行加工处理，得到高质量的海洋图像与数据资料。海洋要素观测的内容比较多，测绘人员需要明确不同海洋要素所对应的测绘工具与方式，同时还要使用一些高精度的测绘设备。与此同时，测绘人员还要充分保证传感器设备的智能化水平，能够自动处理多种海洋元素数据，充分保证海洋要素的丰富性与整体质量。

4.波束测深技术

多波束测深系统是一种效率较高的测绘设备，由一种大型的组合设备完成，其除了多波束测深声呐本身系统之外，还包含着船舶姿态传感器、定位、声速剖面仪、罗经、数据采集工作站及绘图仪等设备。多波束测深系统是由多个子系统组成的综合系统，一般由声学子系统、数据采集子系统、数据处理子系统和外围辅助设备4部分组成。其中，以换能器为核心的声学子系统主要负责波束的发射和接收；数据采集子系统完成波束的形成，将接收到的声波信号转换为数字信号，记录声波往返换能器面和海底的时间；外围设备主要包括定位传感器、姿态传感器和声速剖面仪和电罗经，其主要功能是实现测量船瞬时位置、姿态和航向的测定及海水中声速传播特性的测定；以工作站为核心的数据处理子系统，主要负责声波信号、定位、船舶姿态、声速剖面和潮位等观测位信息的综合处理，最终完成测点波束脚印坐标和深度值的计算。与传统的单波束测深系统相比，多波束测深系统的原理本质上并无区别，但多波束测深系统的换能器由多个换能器单元构成，工作过程中可以发射或接受多个波束，从而对海底进行条带式测量。在多波束测深系统使用过程中，首先是利用安装在船龙骨方向的长发射阵向海底发射超宽声波束，声波束一般垂直于船舶龙骨方向，然后利用船底安装的接收阵，其与发射阵垂直，发射波束与接收阵经适当处理后形成许多预成接收波束，在这样一个完整的发射—接收波束的过程中，在船只正下方形成波束测点构成的测深剖面。这种振幅检测法虽然具有一定的效果，但当多波束的指向角较大时，反射波的信号会在背景噪声中显得比较微弱，很难保证检测结果，故多波束测深系统还有一种检测方法———相位检测法。相位检测法是根据相干原理来检测的，换能器的2个给定接收单元之间存在相位差，通过比较其相位差来检测波束的到达角，从而得到检测数据。

结语

大区域获取海洋测绘数据正在成为现实，但与此相适应的数据采集与处理能力却相对之后，仍是在一定程度上制约了海洋测绘的发展，为此，需要通过各种技术手段来提高海洋测绘的信息化水平。该文设计了新的数据采集处理与质量控制系统，并通过测试论证了其有效性，但由于时间有限，在研究中仍存在不足之处，如在硬件设计中只分析了采集线路，对设备的选型过于单一，后续会针对不足之处进行改进，设计更加全面的采集处理与质量控制系统。

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