ARCGIS基本操作及在土地调查中的应用.ppt
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1、海洋测绘,大连九成测绘信息有限公司裴书琦2015.4.13,主要内容,1、概念2、海洋测量的特点3、任务4、测绘基准5、测绘方法6、控制测量7、深度基准面8、测深原理,9、水底信号识别技术10、测线布设11、海洋测量作业过程简述12、作业规范13、河道测量特点14、中海达测深仪操作介绍附件:RTK三维水深测量作业要求案例,1、概 念,(1)、海洋测绘学:研究海洋定位、海洋大地水准面和平均海面、海底和海面地形、海洋重力、磁力、海洋环境及海图编制的理论和技术的学科。(2)、海洋测绘:以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制工作。主要包括:海洋大地测量、海底和海面地形测量、海道测量、海洋工程测量
2、、海洋专题测量和海图编绘等。海洋测绘属于测绘学科中的二级学科。,(3)、海洋大地测量:利用人造卫星和其他导航定位系统对海洋进行的大地测量,主要包括在海洋范围内建立大地控制网、进行重力测量、海面和水下定位以及测定海洋平均海面等。(4)、海洋大地测量学:研究和确定海面地形、海底地形和海洋重力场及其变化的大地测量学分支。(5)、海面地形:平均海水面对于大地水准面的起伏。(6)、大地水准面:与平均海水面(无潮夕、海流和大气压变化引起的扰动)最密合,的重力等位面。(7)海洋大地网:由一系列布设在海洋领域的测量控制点所构成的大地网。(8)、海洋水准测量:通过测定海水密度、海面大气压、海水流速等海水物理特性
3、,确定海面地形的测量技术和方法。(9)、海底控制点:布设在海底的控制点。(10)、海上定位:确定海上船体位置的测量技术和方法。(11)、海军导航卫星系统:由美国海军研制和建立的利用多普勒频移测量技术导航和定位的卫星系统。,2、海洋测量的特点,(1)、测量工作的实时性 海洋测量的工作环境是在起伏不平的海面上,大多为动态测量。无法重复观测,精密测量施测难度较大,无法达到陆地测量的精度水平。(2)、海底地形地貌的 不可视性测量人员不能通过肉眼观测到海底,海底探测一般采用超声波等仪器进行探测,无法达到陆地测量的完整性。,(3)、测量基准的变化性海洋测量采用的深度基准面具有区域性(因为存在海面地形),无
4、法像陆地测量那样在全国范围内实行统一。(4)、测量内容的综合性海洋测量工作需要同时完成多种观测项目,需要多种仪器设备配合施测,与陆地测量相比,具有综合性的特点。,3、任务,根据海洋测绘的目的,可将海洋测绘任务划分为两类:(1)科学性任务其目的包括为研究地球形状提供更多的数据资料,为研究海底地质的构造运动提供必要的资料,为海洋环境研究工作提供测绘保证。(2)实用性任务按国家测绘法规定,由军事测绘主管部门负责管理海洋基础测绘工作。,实用性任务包括:海洋自然资源的勘探和离岸工程、航运、救援与航道、近岸工程、渔业捕捞、海底电缆铺设、输水管道架设以及其他海底工程中的测绘任务。 普通测绘单位所进行的一般都
5、是近海工程项目中的测绘工作。如大连九成测绘信息有限公司近年来承担了长兴岛经济开发区、普湾新区等处的近海扫海工程及1:500海底地形图测绘工作。控制测量方面2010年承担了大、小长山岛跨海大桥项目的施工控制网测量工作,大桥已于2014年建成通车。 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 020新建港口码头的改扩建147,、,4、测绘基准,海洋测绘基准是指测量数据所依据的基本框架,起算数据、起算面的时空位置及相关参数。包括大地测量基准、高程基准、深度基准和重力基准等。1、平面
6、基准(1)海道测量 平面基准采用2000国家大地坐标系,投影采用高斯-克吕格投影和墨卡托投影(测图比例尺1:5万时)两种。(2)近岸工程,平面基准一般采用1980西安坐标系或当地的地方坐标系。(3)海洋控制测量 采用2000国家大地坐标系。定义:大地基准-用于大地坐标计算的起算数据,包括参考椭球的大小、形状及其定位、定向参数。应说明的是:海洋测绘根据测绘目的的不同,平面控制可采用不同的基准。2、垂直基准我国的垂直基准分为陆地高程基准和海域的深度基准两部分。,定义:高程基准-由特定验潮站平均海面确定的测量高程的起算面以及依据该面所决定的水准原点高程。 深度基准-计算水体深度的起算面。 也是海图基
7、准面, 海图及各种水深资料的深度起算面。(1)陆地高程基准 1985国家高程基准,起算水准原点高程为72.260 m。(2)海域深度基准采用理论最低潮面,深度基准面的高度从当地海面起算,一般应与国家高程基准联测,(实际很难进行水准联测,只能同GPS拟合高程、三角高程计算结果进行比较)。对远离大陆的岛礁,其高程基准可采用当地平均海面。例如,在上述的大小长山岛跨海大桥建设项目中,高程基准就采用了当地验潮站的平均海面数据,依此起算,进行了二等水准测量。跨海高程传递采用徕卡TCA 2003全站仪进行了三角高程测量。 以下为海测的两大任务:定位和测深,5、测绘方法,1、定位海洋定位主要有天文定位、光学定
8、位、无线电定位、卫星定位和水声定位等手段。(1)天文定位:借助于天文观测,确定船只的航向及经纬度,目前已很少应用。(2)光学定位:借助于光学仪器,如经纬仪、六分仪、全站仪等实施海上定位,主要有前方交会、后方交会、侧方交会和极坐标法。(3)无线电定位:通过在岸上控制点安置无线电收发机(电台),在船上设置无线电收发,、测距、控制、显示,测量出无线电波的相位差,求出船台至岸台的距离差,从而计算船位。(4)卫星定位:卫星定位属于空基无线电定位方式,为目前海上定位的主要手段。包括GPS、 GLONASS、 Galileo和北斗系统。(5)声学定位(水声定位):采用水下声学技术利用水下声标作为海底控制点。
9、通过精确联测其坐标,可直接为船舶、潜艇和各种海洋工程提供导航定位服务,对水下工程具有重要的应用价值。下面详述水下声学定位的原理和方法。,水下定位主要采用声学定位手段。光线在海水中传播的距离不远,通常只有几米到几十米。而声波在水中的表现要比光波优秀得多,通过频率的变换,无论是几米、几十米的浅海、还是几千上万米的深海,声波都可以穿透,因此海洋中以声信号为主。声速同水的状况(温度、盐度和压力)有关,在海水中为1500m/s左右。在传播过程中,声波速在介质常数不相同的两个水层界面处将产生反射、折射和某种程度的反向散射,并导致声线弯曲和传播速度发生改变,折射遵循Snell法则。 通过声波的传播路径推求目
10、标的坐标(位置),这就是水下目标的声学定位。用于水下目标,定位的声学系统称为水声定位系统,通常由船台设备和若干水下设备组成。船台设备包括一套具有发射、接收和测距功能的控制、显示设备和安装在船底或船后“拖鱼”内的换能器及水听器阵。水下设备主要是声学应答器阵列,即固定设置在海底的位置已准确测定的一组应答器阵列。换能器:是一种水声转换器,能根据需要使声振荡和电声振荡相互转换,为发射(或接收)信号服务,起着水声天线的作用。最常使用的是磁致伸缩换能器和电致伸缩换能器。水听器:本身不发射信号,只能接收声信号。,通过换能器将接收的声信号转换为电信号,输入到船台或岸台的接收机中。应答器:既能接收声信号,还能发
11、射不同于所接收声信号频率的应答信号。它是水声定位系统的主要水下设备,也可作为海底控制点的照准标志(即水声声标)。 水声定位系统通常有测距和测向两种定位方式。测距定位方式水声测距定位由船台发射机通过安置于船底的换能器向水下应答器(位置已知)发射声脉冲信号(询问信号),应答器接收该信号,后随即发回一个应答声脉冲信号,船台接收机记录发射询问信号和接受应答信号的时间间隔,即可计算出测船至水下应答器之间的距离。测向定位方式 测向定位船台上除安置换能器外,还在船的两侧各安置一个水听器,利用它们接收到的信号相位差可确定船台与水下应答器的方向。 水声定位系统按声基线的距离或激发的声学单元的距离进行分类,可分为
12、3种主要类型:长基线定位系统、短基线定位系统和超短基线定位系统。应答器之间的距离构成了“基线”。长基线定位系统的基线长度往往长达数百米至几千米,,短基线和超短基线系统的基线距离分别在20 50m之间及10cm以下。长基线系统(图A)包含两部分,一部分是安装在船只上或水下机器人上的收发器,另一部分是一系列已知位置的固定在海底的应答器。通过测量收发器与应答器之间的距离,采用测量中的前方或后方交会对目标定位,所以系统与深度无关,也不必安装姿态、电罗经设备,系统的工作方式是距离测量。短基线系统(图B)的水下部分仅需要一个应答器,而船上部分是安置于船底部分的一个水听器基阵。换能器之间的距离一般超过10m
13、,,换能器之间的距离已精确测定,并组成声基阵坐标系。测量方式是由一个换能器发射,所有换能器接收,得到一个斜距观测值和不同于这个观测值的多个斜距值。基阵坐标系与船坐标系的相互关系由常规测量方式确定。系统根据基阵相对船坐标系的固定关系,结合外部传感器观测值,如GPS、动态传感器单元MRU、罗经Gyro提供船的船位、姿态和船艏向值,计算得到海底点的大地坐标。系统的工作方式是距离测量。,长、短基线定位系统声学原理图,超短基线系统(图C)的所有声单元( 3)集中安装在一个收发器中(探头/声头/换能器),组成声基阵。声基阵中的声单元之间的相互位置精确测定,组成声基阵坐标系。声基坐标系与船坐标系之间的关系要
14、在基阵安装时精确测定,包括二者X、Y、Z偏差和姿态偏差角度(横摇Roll、纵摇Pitch、水平旋转Yaw/Gear)。为了得到目标的绝对位置(地理坐标),水面船只/声基阵的位置、姿态以及船的艏向必须知道。系统的工作方式是距离和角度测量。,超短基线定位系统声学原理图,2、测深海洋测深的本质是确定海底表面至某一基准面的距离。目前世界上常用的基准面为深度基准面、平均海面和海洋大地水准面。前一种是指按潮汐性质确定的一种特定深度基准面,即狭义上的深度基准面,这也是海洋测深实际用到的基准面。 实际工作中应注意测区的不同,规定使用的基准面也不同。例如采用当地基准面、或仍采用1985国家高程基准。测量基准面的
15、采用应与项目设计要求一致,涉及到工程建设各阶段的使用,例如工程地质勘察、土方量计算等。,海洋测深的方法和手段主要有测深杆、测深锤(水铊)、回声探测仪、多波速测深系统、机载激光测深系统。(1)测深杆:适用于水深浅于5m的水域。为木质和竹质,直径35cm,长35m,底部设有直径58cm的铁质圆盘。(2)测深锤(水铊):适用于810m水深且流速不大的水域测深。是由铅砣和砣绳组成,其重量视流速而定,砣绳一般长1020m,以10cm为间隔。(3)回声探测仪(测深仪):是根据回声测深原理设计的水深测量仪器,分为单波速、,多波速、单频或双频测深仪。其中多波速测深系统又称“声呐列阵测深系统”或“条带测深系统”
16、,是一种可同时获得测线垂直方向上连续多个水深数据的“回声测深系统”。(4)机载激光测深系统:又称“机载主动遥感测深系统”,是由飞机发射激光脉冲测量水深的系统。机载部分由激光测深仪、定位与姿态设备组成,用于采集水深数据;而地面部分进行数据处理,由计算机、磁带机等软硬件系统设备组成,并对采集数据进行数据处理和综合分析。(5)RTK三维水深测量,定义: RTK三维水深测量-采用RTK三维定位技术实时获得测点平面坐标及RTK水位模式下的水深测量。 RTK水位-利用RTK定位设备所获得的测点处的实时水位。RTK三维水深测量是在陆岸已知点(四等水准点精度)上架设基准站,船上采用三脚架架设天线,流动站安装后
17、应量测确定GPS天线、姿态传感器、换能器在船体坐标系中的相对位置(坐标差)。作业前应在测区附近的控制点上对RTK测量结果进行检查比对,限差平面坐标互差不应大于50mm,高程互差不大于30 D mm。作业要求 见附件,作业中应严格控制船速,避免突然加速、减速和大角度转弯。在气象、海况恶劣,影响RTK解算时应停止作业。测量后还要将RTK测得的水位与长期水位站、测区远端验潮仪的水位进行比较,求得水位差值,并对RTK水位进行修正。在数据处理中应首先进行粗差剔除。RTK三维水深测量适合于近岸水运工程测量。(6)侧扫声呐:利用海底地物对入射声波反向散射的原理探测海底形态和目标。,6、控制测量,海洋测量中的
18、控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。是在国家大地网和水准网的基础上发展的,海控点的密度应以满足水深测量、海岸地形测量为原则。水深测量一般使用回声探测仪。 平面控制测量1、平面控制点等级按海道测量规范GB 12327-1998中关于平面控制精度的规定,海洋测量控制点分为3个等级。,(1)海控一级点(以H1以表示);(2)海控二级点(以H2以表示);(3)测图点(以Hc以表示)。2、起算点要求其中海控一级点的起算点不低于国家四等点精度,海控二级点的起算精度不低于海控一级点。3、控制点精度相对邻近起算点的点位中误差:H1为0.2m,H2为0.5m。4、测量方法,常规大地测量、卫星定位测量等方法。
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