更新时间:2022-08-25 16:24
海洋水准测量(oceanographic leveling)是通过测定海水密度、海面大气压、海水流速等海水物理特性,确定海面地形的测量技术和方法。
主要用于测定深海海域的海面地形。包括:①位差一距水准测量,是将海面的等压面视作等位面,通过测定海水分层的温度、密度,用基本流体静力方程计算平均海面相对于等位面的力高;②地转流水准测量,是通过测定海面的流速,用地转平衡方程(表征水平方向的科氏力与压力的水平分量之间平衡关系的方程,当此方程被满足时海水将稳定且均匀流动)确定两点之间的海面地形之差的;③连通管水准测量。
海底控制网是各种海洋测量和航海定位工作的基础。 海底控制网中的控制点是安置在海底的一些声应答器,它们的三维位置是以统一的大地基准为参考,利用声学测距技术测定的。当以海底控制网为依据测定一点的位置时,必须由这点至少向3个已知点测量距离。因此,海底控制网要以阵列的形式来布设,每一阵列至少有3个应答器T1、T2、T3。测定海底控制点U 的方法是借助于海面上的测量,建立已知点同海底控制点之间的联系。已知点可以是陆地上的大地控制点,也可以是空间控制点──已知位置的人造卫星。从海面测量船上,用声学方法根据声波经历的时间测量至海底控制点的距离,同时用电磁波测距技术(测量距离),或用摄影测量方法(测量方向),或用多普勒技术(测量距离差)测定相对于(陆地上的、卫星上的)已知点的位置。
岸海域的定位可用常规陆地大地测量方法和电磁波测距技术解决。较远海域的定位需要利用人造卫星、声呐(声学导航和测距系统)和各种无线电定位系统,其中卫星技术对于海面定位有重要意义。它的优点是可以全天候作业,作用范围不受限制。利用声呐技术进行海面定位,是以海底控制网为依据,由海面船舰向其中一个阵列的各控制点测距,确定船舰的位置。
定水下运载体的位置,主要采用船载惯性导航系统。它是利用质量的惯性来测量运载体的加速度,然后由电子计算机对它进行两次时间积分,求得运载体的位置。这种方法的主要问题是会产生系统的漂移,因此每隔一定时间,需要利用其他定位方法进行订正。
平均海面不是一个重力等位面,它相对于一个与之接近的等位面(大地水准面)的起伏称为海面地形。也有人把海面地形定义为海面相对于大地水准面的高,这里有瞬间海面地形和似平静海面地形之分。瞬间地面地形消除了海面随时间的一些变化之后,得到似平静海面地形。
测定近岸海域的海面地形,可采用大地水准测量法,即在沿岸设置若干个验潮站测定当地平均海面。以某一站的平均海面作为高程起算的重力等位面(大地水准面),再以精密水准测量联测其他各站的平均海面高程。若平均海面是一个等位面,则联测的高程都为零。实际上它们并不为零,所出现的差值就是海面地形。
测定深海域的海面地形,可以采用海洋水准测量法。这种方法是把大洋深处(1000~4000米)的等压面看成是一个等位面,通过测定海水分层的温度、密度,再利用基本的流体静力方程,计算出平均海面相对于这个等位面的力高。
理论上来说,如果有了充分的重力测量数据,就可以利用斯托克斯积分公式求定大地水准面至地球椭球面的差距,从许多个点上的这种差距便可得出大地水准面的形状。实际上,已有的重力数据不能满足斯托克斯公式全球积分的要求,特别是海洋上的重力测量还有很多空白。因此,测定海洋大地水准面最有效的手段是卫星雷达测高技术。卫星上的雷达测高仪向海面发射脉冲波,返回信号用快速反应仪器监测,从得出的信号时间延迟,可以推算由测高仪至瞬间海面的垂直距离ΔH。由于散射,雷达波束在海面上的射迹是一个圆。“测地卫星”3号(Geos-3)的雷达波束在海面上的射迹的直径约为 3000米。ΔH是由这个圆内所有反射波加以平均后求得的,从而消除了海面短波长特征(海浪)的影响。已知卫星轨道参数,可以算出卫星对地球椭球面的高H。H -ΔH=Nm是瞬间海面对于椭球面的高。如果ΔH 中加入海面随时间的变化的改正,则Nm为似平静海面对于椭球面的高。如果采用大地水准测量或海洋水准测量得到海面地形ΔN,则由Nm减去ΔN,就得出大地水准面至椭球面的差距N。