2015年海洋监检测人员三期培训班讲义

国家海洋局第一海洋The Institute

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Oceanography,

SOA基础知识（基准、坐标系转换、投影、控制测量等）内

容国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA—

前言国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOA海洋测绘的涵义•海洋测量

海洋制图•国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOA海洋测绘的特点••••••国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOA海洋测绘的内容1.用海边界测量（海籍测量）2.3.4.5.国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOA海洋测绘的内容6.7.8.9.国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA参照的规范标准1.2.GB

12327-1998GB/T

18314-2009GB/T

12898-20096.7.

HY/T

124-20098.9.海道测量规范全球

（GPS）测量规范国家三、四等水准测量规范海籍

规范国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOA海洋测绘的发展趋势1.测量船平台国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOA海洋测绘的发展趋势2.–

测量范围由近海扩展到深远海。国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA••••••小结国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA坐标系及转换垂直基准地图投影二、基础知识国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA二

基础知识-测绘基准

测绘基准包括：国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA二

基础知识（坐标系）•･坐标（位置）原点、基本平面和坐标轴的指向•･、地心坐标系、参心坐标系密与合区的域参大考地椭水球准面与合全的球总大地地球水椭准球面密国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA空空间大地坐标系（地理坐标）平站二维坐标系、三维坐标系、坐标系表现形式国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA空间直角坐标系原点位于参考椭球的

心Z轴指向参考椭球的北极

X轴指向起始子午面与赤道的交点且按右手系与X轴Y轴位于赤道面呈90°夹角某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA空间大地坐标系大地高赤道面起始子午面法线国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA平面直角坐标系•国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA1954年

坐标系（BJ541980西安坐标系（XiAn80参心坐标系参心坐标系新1954年

坐标系（参心坐标系）国际地球参考框架（ITRF97

ITRF2005等）WGS-84坐标系（WGS84地心坐标系2000

国家大地坐标系(CGCS2000，地心坐标系)二

基础知识（坐标系）国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA1954坐标系（1）1942年普尔科沃大地坐标系相联结后该坐标系的要点是将我国大地控制网与前建立的我国过渡性大地坐标系属参心大地坐标系采用

斯基椭球参数:

长半轴a=6378245米，扁率f=1:298.3多点定位（900个重力测量点

43天文大地点）；大地原点是

的普尔科沃大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海(水)面为基准；高程异常是以

1955年大地水准面重新平差结果为起算值

按我国天文水准路线推算出来的提供的大地点成果是局部平差结果。国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA1954

坐标系（2）缺陷理论研究和实斯基椭球参数精度低；只涉及两个几何性质的椭球参数

(a,

f)

满足不了际工作中所需的描述地球椭球的四个基本参数的要求；大地测量计算中采用

斯基椭球，而处理重力数据时采用的是赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与

斯基椭球是不一致的；坐标系所对应的参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜

在东部地区高程异常最大达65米，

范围平均为29米椭球定向不明确；1954年

坐标系坐标是局部平差值，与新的坐标系转换不方便。国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA1980西安坐标系（1）第16届大会上的的四个

属参心大地坐标系;

采用1975年国际大地测量与地球物理椭球基本参数值

多点定位:在我国按1˚*1˚间隔，均匀选取922天文大地点;

定向明确

地球椭球的短轴平行于由地球质心指向JYD1968.0的方向

起始大地子午面平行

我国起始天文子午面;

大地原点在我国中部地区

位

陕西省泾阳县永乐镇

推算坐标的精度比较均匀

大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海(水)面为基准;

整体平差，椭球水准面

平均差值由1954年

坐标系29米减至10米。国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA1980西安坐标系（2）缺陷仍然为参心坐标系所采用的坐标系原点息现代化服务；坐标轴的方向等由于当时科技水平的限制，与现代科技

测定的结果存在较大差异只能提供二维的点位坐标；与BJ54坐标转换无法采用

的

转换参数，采用的局部转换不仅工作量大且易造成测绘成果的精度损失。国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA••ITRF97CGCS2000为ITRF97框架2000.0历元的区域实现。国际地球参考框架（ITRF）国家海洋局第一海洋The Institute

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SOAWGS

84坐标系•••地心坐标系•国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOA2000国家大地坐标系地心坐标系

简称CGCS2000，坐标原点在地球质心（包括海洋和大气的整个地球质量的中心）

Z

轴指向由19840时BIH所定义协议地极方向

X轴指向BIH所定义的零子午面与协议地极赤道的交点

Y轴按右手坐标系确定。椭球参数：有长半轴a(=637,8137m)扁率f(＝

1

／298.257222101)地球自转角速度ω

（=7292115×10-11rads-1GM（=3986004.418×108m3s-2）国际地球参考框架：ITRF97;历元：2000.0•国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA•城市坐标系

施工坐标系••相对独立的平面坐标系

坐标系统转换

不同坐标系统之间的转换；三参数（三个平移量）、七参数（3个平移量、3个旋转角度、1个尺度参数）；布尔沙/沃尔夫（Bursa/Wolfe）、

(Molodensky)国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA二、基础知识（垂直基准）大地水准面••理论深度基准面当地平均海面•国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOA高程系统（水准面与大地水准面国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA•･旧的高程基准

大沽高程基准

废 高程基准

榆林高程基准等；1956黄海高程基准

以青岛验潮站1950-1956年验潮资料计算的平均海面为零的高程系统。水准原点高程为72.289m•･

1985国家高程基准：以青岛验潮站1952年-1979年验潮数据确定的平均海水面所定义的高程基准。其水准原点起算高程为72.260m。深度基准面

深度测量及海图所载深度的起算面

我国在海洋、港湾、河口采用理论最低潮面作为深度基准面由潮汐调和常数计算得到在内河及湖泊采最低水位、均低水位设计水位或航行基准面作为深度基准面二、基础知识-高程基准深度基准国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA••高斯投影•墨卡托投影二、基础知识-地图投影2y

F

(L,

B)•x

F1

(L,

B)国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA高斯投影（Transverse

Meorctor，TM投影）假想有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面并与某一条子午线（此子午线称为中央子午线或轴子午线）相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心然后用定投影方法将子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面再将此柱面展开即成为投影面，此投影为高斯 (Gauss

Kruger)投影于是一个等角横切椭圆柱投影 又叫横轴墨卡托投影简称高斯投影

由Mercator)•大国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOA高斯平面投影分带••N6=(LO+3)

/

6

；N3=LO

/

3。其中，L0为

经线。国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA高斯平面直角坐标系定义19国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA墨卡托投影（

Mercator

）•••••赤道+B0-B0国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA墨卡托投影的特点•••国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA•••••由整体到局部、由高级到低级逐级控制、基础知识控制测量国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA•GPS）。其中，GPS是最常用的设备。距离（基线）测量••CORS单平面控制测量国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA•垂直角、距离高差大地高。•高程控制测量国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA••单程往返 单程双转点水准测量国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA四等水准测量，采用数字水准仪时，测站上观测顺序四等水准测量，采用数字水准仪时，测站上的操作程序如下水准测量国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA••••••小结国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA三

定位•••GPS、GLONASS、北斗国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOAGNSS定位以GPS为例••轨道距离地面约20200km。•

误差的分类

偶然误差（观测噪声）

-Noise

一般优于波长/码元长度的1/100。

偏差（系统误差）

-Bias

与

有关的误差

星历（轨道）误差

钟差

相对论效应

与

途径有关的误差

电离层延迟误差

对流层延迟误差

多路径效应

与接收设备有关的误差

钟差

天线相位中心偏差和变化

不同通道间的信号延迟误差

其它

–模型误差;地球潮汐影响；

GPS控制系统国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA误差的解决双频改正国家海洋局第一海洋The Institute

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SOAGPS（控制测量）

绝对定位

相对定位（RTK、CORS站）••••国家海洋局第一海洋The Institute

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Oceanography,SOAGPS的定位方式暨基本原理

GPS工作的基本原理–距离后方交会(绝对定位)

已知点：GPS

待定点： （天线）国家海洋局第一海洋The Institute

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SOAGPS相对定位••国家海洋局第一海洋The Institute

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SOAGPS相对动态定位••国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOADGPS类型-------RTK

–

Real

Time

Kinematic简单：参考站、流动站、数据链–

精度：厘米级，作用距离10km应用：图根控制、放样、陆地管线测量、海上大比例尺测量、海洋设备校准等…局限：作用范围限制。国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA连续运行参考站系统•定位精度：厘米级-非常适合于海籍工作！国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA广域差分-差分国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA我国沿岸信标台站（单）国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA沿岸信标DGPS特点国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA三、定位水下定位•••••国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA声学的分类超短基线（USBL）长基线（LBL）国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA简要介绍国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA小结••••国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA••四

水深测量国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA发展历史原始测深—绳索测深。当水深较大时，测量精度难以保证。常规测深系统—单波束回声测深仪测深常规测深系统由于波束角大，测点稀疏、扫幅小不再适应海洋和研究领域内的各种新的要求。多波束测深系统产生于20世纪七十年代它正在朝着宽扫幅、全海深、高精度、高集成化模块化和高分辨率方向发展机载激光测深已经成为近海水深地形地貌的尖端技术;测量载体由水面船只到飞机、AUV、ROV等国家海洋局第一海洋The Institute

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Oceanography,SOA单波束测深回声测深仪的工作原理是利用换能器在水中发出声波，当声波遇到海底而反射回换能器时，根据声波往返的时间和所测水域中声波的速度，就可以求得物与换能器之间的距离。mC

tz

12水面换能器吃水记录器发射标记回声痕迹T/R开关控制国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA多波束系统及其组成GPS声速断面罗经姿态传感器换能器Transceiver器导航器后处理实时数据处理工作站操作和检测单元数据绘图仪声纳影像记录数据国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA1.2.3.4.5.6.水深测量实施一般流程国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA•1.5º带3º带6º带纬度•回声测深仪水深测量基本要求国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA•工作水准点和主要水准点四等水准等外水准•观测误差不大于2cm1

cm10min10min30min水深测量实施-水位观测国家海洋局第一海洋TheInstitute

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SOA水深地形测量实施•1cm5%••••国家海洋局第一海洋The Institute

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SOA参考点所在平面纵摇横摇垂直参考单元（VRU）GPS天线参考点右弦左弦偏航XYZ船尾GPS天线：提供X，Y数据VRU：提供纵摇，横摇，动态吃水数据换能器：提供测深信号的时间/角度数据电罗经：提供航向数据换能器罗经：提供船艏向（偏航）多波束安装校准：横摇、纵摇、时间延迟、艏向校准国家海洋局第一海洋The Institute

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SOARTK应用无验潮模式水深测量GPSabcd国家海洋局第一海洋The I