第四章海洋大地控制网

第四章海洋大地控制网

本章主要内容 :

§4-1 概述

§4-2 海面控制网

§4-3 海底控制点的照准标志和作用距离

§4-4 海底控制点（网）的几何图形

§4-5 海底控制点（网）坐标的测定

§4-1 概述

• 海洋大地测量的定义：为建立海洋范围的大地控制网，确定海洋重力场、平均海面及其变化所进行的测量。

• 海洋大地测量控制网的组成：海底控制网和海面控制网（如固定浮标以及海岸或岛屿上的大地控制网）。

§4-1 概述

• 海洋大地控制网的作用为大比例尺海底地形测量和海图测绘提供控制基础。对海域地壳运动及地震、火山活动进行有意义的动

态监测。


• 海面控制网的组成：海面控制网主要包括以固定浮标为控制点的控制网、海岸控制网、岛屿控制网以及岛屿 - 陆地控制网。

• 海面控制网布设时采用的几何图形与陆地上的控制网基本相同，通常采用三角网。

• 海面控制网也采取逐级控制的方法。控制点等级由高到低依次为：基本点、加密点和临时点。


• 基本点：与陆地大地网直接连接的海洋大地控制点 .

控制点间距 100-1000km 定位精度 0.5m

• 加密点：在基本点的基础上进一步加密设置的海洋大地控制点。

控制点间距 3-30km 定位精度 1-2m

• 临时点：对在测区内为满足某项具体工作要求而临时设置的，工作完成后便移至新的测区的控制点。

控制点间距 <=2km 定位精度 5-10m

• 目前，海面控制网一般采用 GPS 测量，测量和数据处理方式同陆地控制网基本相同。


加密点后的海洋控制网

基本点加密点


• 海底控制点如同陆地上的控制点一样，其位置必须有自身稳定、易识别且能长期保存的中心标石作为标志。但由于它深固于海底，因此，作为观测目标的照准标志，只能采用水声照准标志。而观测手段也只能采取水声定位技术。

• 海底控制点的结构：中心标石和水声照准标志。• 水声照准标志分主动式和被动式两种。


海洋控制点的中心标石


一、主动式水声照准标志• 主动式照准标志实际上是一个水声声标，它能主动发

射声信号；或者当接收到船台发射出的问询声信号后，能发射应答声信号被船台接收。

• 主动式水声照准标志的优点是作用距离长，一般可达15-30km 。

• 主动式水声照准标志通常由浮标、声标和锚等组成。



• 浮标可以使声标保持垂直并使它处于距离海底的一定深度处，如果具有释放装置，按照船上的指令，使声标脱离升到水面。

• 负荷使声标具有一定的稳固性。• 电子系统由接收机、译码器和发射机组成。接收机对换能器

传来的电信号进行去噪处理；译码器对去噪后的电信号进行模数转换并判断其是否合法；若合法则将定位所需信息进行数模转换传给发射机；发射机将译码器传来的电信号放大并经换能器转换后发射出去。

• 锚是由混凝土、金属或装有生铁的筒构成，它使水声声标牢固的固定在应布设的位置上。


二、被动式水声照准标志• 以自身表面反射来自船上水声设备所发射的声信号再被船台接收，这种水声照准标志称为被动式照准标志。

• 被动式水声照准标志的作用距离短，一般为 1km 。被动式水声照准标志只能布设在临时点上。



三、水声声标的有效距离• 水声声标的有效距离，即声信号的最大传播距离，对

海底控制网的布设方案起决定作用。这里的有效距离，指的是有效水平距离。

• 影响水声声标有效距离的因素声信号的发射强度和频率声信号传播路径中噪声的掩盖作用声信号传播过程中声信号的衰减声射线的折射作用地形影响


三、水声声标的有效距离•水声声标的有效距离的计算 - 图解法图解法通常用于海区声梯度为常数的情况。若初始声速、折射角、常梯度已知，此时声射线是一条以半径为

的圆弧，求出该圆弧的中心坐标，以 R 为半径，在方格纸上画出该声射线，从而在图上直接量取相应的有效水平距离。

0

0cosc

CR

G


当利用坐标已知的海底控制点来确定海面或水体中运动目标的位置时，须满足两个条件：（ 1 ）测量船必须位于作为海底控制点的水声声标的有效范围之内 - 测量船必须能接收到水声声标的信号。（ 2 ）至少需要三个这样的控制点。•海底控制点通常布设成等边三角形或正方形。


一、以等边三角形构成的海底控制网若海底是平坦的，且声标的有效距离相同，则等边三角形海底控制网网形如图


如果布设成网，如图所示，为了确保三角形的三个声标具有较大的有效面积场，边线的长度不应超过声标的有效距离，否则，处在某一声标上方的船只，可能仅仅只能测到其中一个声标（船只下方的声标），而所有邻近的声标，则处在有效距离之外。在三角形边长为 D 的情况下，可同时有 3-7 个声标可供使用。


二、以正方形构成的海底控制网由四个声标构成的海底控制网如图。 E 、 F 、 G 、 H 所包围的区域即为四个声标的有效面积场。若采用其中三个声标，则斜线加空白区域为相应的有效面积场。


如果布设成网，则如图所示。声标均设置在正方形的顶角处，为了确保正方形的四个声标具有较大的有效面积场， P3 和 P4 到P1P2 连线中点的距离应为 D 。在此情况下，网内任何地方可保证有 3-6 个声标可用。


三、三角形布网与正方形布网的比较

• 三角形构成的菱形面积 =D2sin60°=0.866D2

• 正方形构成的面积 =0.800D2

可见，在声标数目相同的情况下，三角形网比正方形网覆盖的面积大。


海底控制点坐标的测定一般分两步进行；一是海底控制点的定标；二是海底控制点坐标的测定。一、海底控制点的定标当水声声标按照布网设计方案投放到海底后，要对控制点的深度、相互间距离以及方位进行测定，这项工作称为海底控制点的定标。它既可验证是否符合布网方案要求，同时也得出了控制点之间的相对位置。


1 、海底控制点深度的测定• 深度基准面：海图所载水深的起算面。在近岸和大

陆架海区通常采用大地水准面，在其他情况下采用平均海面以下的某个面或平均海水面。

• 为了提高海底控制点观测深度值的精度，通常采用三叶法来测定海底控制点的深度。


• 三叶法测定海底控制点的深度三叶法指的是测量船在进行深度测量时的航行路线，如图所示，船只按箭头指示方向航行，图中 1 、 2 和 3表示海底控制点 P1 、 P2 和 P3投影到海面的位置。当测量船沿航线接近 1 时，就不断测量对 P1 点的超声波距离，当所测距离最小时，所测距离应是最接近 P1 点的真正深度。



• 采用三叶法测定海底控制点的深度，由于测量船航行上的偏差，不可能正好通过 P1 点的投影位置 1 ，所以实际上采用测量船通过控制点上方多次，取其多次测量的平均值作为该点的最或然深度。• 按照三叶法航行，一个航次穿越每个控制点上方两次，算一个测回，每穿越一次都需同时记录所测得最小声距和时刻。记录时刻是为了计算水位改正。每个控制点需要测量三个测回，共计 6 个深度值。这 6 个深度值分别经过改正后，在满足限差的情况下，取平均值作为控制点的深度。


• 当海底控制点按四边形布设时，测量船可按图所示航线航行。


• 三叶法测深的可靠性可按下式进行检验：

2 2 2 2 0ik k ki iS Z S Z

i k

Zi Zk

P2P1

SikSki


2 、海底控制点间距离的测量—垂直穿线法 M 、 P1 、 P2 位于一竖直平面内，如图

z

o y

M

P2P1

S1S2

zm

z1

z2

深度基准面


测量船航行路线如图

1 2

3

C23

C12

C13


3 、海底控制点（网）方位的测定如图，使船沿已知航向K 航行 ,在航行过程中不断对P1和 P2 进行测距，当在某船位，如 B1和 B2 处获得两声距的最小值，那么就可以求出两声距在海平面上的投影 DB1和 DB2 ，又两声标间距离已知，则有


二、海底控制点坐标的测定由于定标工作已求得各控制点间的深度、距离和方位，因此，往往只需求得海底控制网中的某几个点在绝对坐标系下的坐标，网中其他控制点的坐标也就能通过计算求得。1 、两点交会法2 、三点交会法


3 、最近路径点测定法

4 、短基线定位法

利用安置在船底的一组（如 4个）听音器和埋设在海底的一个信号标或应答器进行定位。基线长度为 20-50m。

短基线系统


4 、短基线定位法


5 、超短基线系统

与短基线系统基本相同，其区别仅在于船底的水听器阵，以彼此很短的距离按直角三角形布设且装在一个很小的壳体内。基线长度小于 10cm 。


重点掌握

• 海洋大地测量的定义、海洋大地控制网的组成及作用• 海面控制网的组成、布网形式、测量方法和控制点的等级。• 水声照准标志的分类、主动式照准标志的组成、水声声标

有效距离的定义。• 海底控制点（网）的布网形式• 海底控制点（网）坐标的测定 - 定标、测定• 定标 - 测深、测距和测方位• 测定 - 测绝对坐标，最近路径点测定法、短基线法

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第四章 海洋大地控制网

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