海洋空间信息基准技术进展与发展方向

简要分析了海洋空间信息基准的基本发展历程和当前的技术状态,梳理和评述了近年来关于验潮站垂直基准确定方法的改进与完善、验潮站控制下的垂直基准的实现形式、长期验潮站在维持垂直基准方面的作用、海洋潮汐模型构建、特征潮面模型构建与转换等有关海洋垂直基准及与其相关的海洋潮汐研究的主要进展,预测了海洋空间信息基准在海上高精度位置服务、垂直基准面及转换模型精化、空间基准应用等重点发展方向。     

关于我国海域无缝垂直基准构建方法的讨论

本文系统分析了海洋测绘垂直基准在海洋勘测、海洋开发海洋权益维护中的迫切性,提出我国海域无缝垂直基准构建的方法、实施的具体流程及需要解决的关键技术,目的是推动现代海洋测绘垂直基准框架体系的建设。     

关于海洋无缝垂直基准体系建立的思考

探讨海洋无缝垂直基准体系建立的重要意义,提出了建立该体系的总体思想与关键环节,进而针对性地总结了现有的相应研究成果,分析了所存在的主要问题与不足,提出根据各海域潮汐特点分别选取适宜的无缝垂直基准面,在不同垂直基准间建立转换模型,在临界海域建立过渡模型,最终确定适用于全部海域的海洋无缝垂直基准体系的思路,可望为海洋无缝垂直基准体系的最终建立提供指导作用。     

关于我国区域海洋无缝垂直基准建模及其转换方法的探讨

随着全球导航卫星系统(GNSS)的完善,以及海洋工程的日趋增多,对于区域海洋无缝垂直基准建模及其转换精度的要求也不断提高。本文针对建立我国区域海洋无缝垂直基准体系的现状进行探讨,概要性地介绍了有关模型的建立和海洋垂直基准间的转换方法,并配案例,为相关领域的研究者提供了技术参考。     

海洋垂直基准及转换的技术途径分析

分析了不同海洋垂直基准面的含义及相互转换关系,研究了在高程基准和地球椭球面上表示深度基准面的实现途径,利用长期验潮站观测数据验证了不同时段平均水位和深度基准的确定精度水平。以南海为例,构建了深度基准面(L值)模型、正常高模型和大地高模型。分析和验证表明,长期验潮站的垂直基准可以实现cm级精度确定。更新和统一验潮站垂直基准确定,为海域垂直基准及转换模型提供了必要的基础条件。     

海洋测绘和内陆水域监测的卫星大地测量关键技术及应用

<正>海洋测绘是维护海洋权益和发展海洋经济的重要保障,能为我国建设海洋强国和实施"一带一路"战略提供基础支撑信息。我国是海洋大国,但全球海洋测绘信息相对缺乏且建设能力不足,特别是全球平均海面高、海底地形等数值模型精度和分辨率低,全球海洋重力观测数据稀疏,陆海垂直基准难以无缝转换。     

构建广东省统一深度基准的设想

根据广东省基础测绘"十三五"规划陆海统一空间定位基准框架建设的目标,广东省深度基准建设的总体设想是整合已有长期验潮站成果,并在沿海东西两翼潮汐资料缺乏的地区补充完善若干长期验潮站,同时采用CORS站与长期验潮站并置技术完善深度基准面模型,建立广东省统一的深度基准。构建广东陆海统一的海洋测绘大地基准(高程基准与深度基准),是构建广东省海洋地理信息公共服务平台,实现广东省海洋测绘地理信息资源共享,提升广东海洋立体监测和预报服务能力,以及粤港澳大湾区建设的基础和先行工作。根据深度基准的理论,通过分析广东省海洋测绘工作的现状,提出了构建广东省统一深度基准的方法。     

海洋时空基准网的进展与趋势

全球时空基准网是获取地球时空信息的基础设施，它包括地基时空基准网、空间时空基准网和海洋时空基准网3个部分，其中海洋时空基准网的建设尚属起步阶段。先就海洋时空基准网的概念及内涵进行了分析，并从海洋定位导航基准、高精度海洋水平及垂直定位基准等角度介绍并分析了其发展现状及未来趋势。海洋时空基准网的主要构建方式是综合运用GNSS（Global Navigation Satellite System）卫星定位、水下声学定位以及压力传感器等技术将全球统一的时空基准传递到海洋表层、内部和底部。它的建设在我国还属于空白，故需结合国情、配合国家战略规划大力推进；指出当前全球和各国海洋环境监测的需求普遍甚旺，而现有海洋环境监测网多为局域网络，未与时空基准网融合，故海洋环境缓变或快变的时空位置不清楚或不精确，因此，将海洋时空基准网与海洋环境监测网融合起来建设，实现效益、效率和功能的互补提升，显得尤为重要和紧迫。在此基础上还认为，融合后的海洋时空基准网与环境监测网加上通信和数据交换功能，以实现海洋环境精准监测并进行海洋信息传输的目的，进而逐渐推进以形成具有时空位置属性的全球性海洋环境感知认知网络，即为海洋物联网。进一步探讨设想:将海洋物联网与海底通信光缆链接起来，同时通过海面浮标观测舱与通信卫星链接起来，就构成了有时空位置属性的海洋互联网。最后认为，我国应加快建立以中国周边海域为主的精密动态海洋时空基准和环境监测网，并通过国际合作开展全球性海洋时空基准与环境监测网的布设。     

联合大地水准面、海面地形和潮波运动数值模拟的长江口陆海垂直基准转换关系

长江口水域地形地貌研究对河道治理建设、水上交通运输等人类社会经济活动具有重要意义,而建立高精度的无缝深度基准面及其与其他垂直基准间转换模型将直接影响到水陆交界区高精度地形地貌数据的获取及统一综合管理与分析。为此着重研究了基于三维潮波运动数值模拟、海面地形和大地水准面3种手段联合的河口水域无缝深度基准面构建及其与其他垂直基准间转换模型,并在长江口南支这一典型河口水域进行了建模实验和模型精度评估分析。结果显示,垂直基准转换模型中误差为12.4 cm,与现场长期潮位站实际观测结果比对分析得垂直基准转换模型误差绝对值均值为24.2 cm,尽管大于模型中误差估值,但仍满足国际水道测量规范对测深中垂向最大不确定度的要求。     

我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展与展望

领海是国家主权的重要组成部分,国家空间基准和位置服务应该覆盖陆地和海洋。以2000国家大地坐标系和2000国家重力基准为代表,我国已在陆地建成了较为完善的大地测量基准。然而,现有国家空间基准和重力基准未能有效覆盖海洋,海洋大地测量基准和海洋导航技术已严重滞后于国家社会经济发展新形势和国防战略需求。本文主要论述了我国海洋大地测量基准与海洋导航技术的研究现状,梳理了我国海洋大地测量基准所涉及的关键技术,分析了近期及未来我国自主发展海洋大地测量基准与海洋导航技术的主要方向。     

海洋渔业遥感地理信息系统应用服务技术和方法

全面概要地介绍具有自主知识产权、可业务化运行的海洋渔业遥感、地理信息系统技术应用服务系统的研制技术方法和功能特点。     

区域与全球高程基准差异的确定

全球高程基准统一是继全球大地测量坐标系及其参考基准统一之后,大地测量学科面临和亟待解决的一个重要问题,也是全球空间信息共享与交换的基础。本文针对区域高程基准与全球高程基准间基准差异确定的理论、方法及实际问题开展研究。利用物理大地测量高程系统的经典理论方法,给出了高程基准差异的定义,并推导了计算基准差异的严密公式,该公式可将高程基准差异确定的现有3种方法统一起来。在此基础上,分析顾及了不同椭球参数对于计算基准差异的影响及量级,同时,高程异常差法还需考虑全球高程基准重力位与模型计算大地水准面位值不一致引起的零阶项改正。利用青岛原点附近152个GPS水准点数据,分别选择GRS80、WGS-84、CGCS2000参考椭球以及EGM2008、EIGEN-6C4、SGG-UGM-1模型,采用位差法和高程异常差法,确定了我国1985高程基准与全球高程基准的差异。其中,EIGEN-6C4模型计算的我国高程基准与WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准之间的差异约为-23.1cm。也就是说,我国高程基准低于采用WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准,当选取基于平均海面确定的Gauss-Listing大地水准面作为全球高程基准时,我国1985高程基准高于全球基准约21.0cm。从计算结果还可看出,当前重力场模型在青岛周边不同GPS/水准点的精度差别依然较大,这会导致选择不同数据对确定我国85国家高程基准与全球基准之间的差异影响较大,因此,若要实现厘米级精度区域高程基准与全球高程基准的统一,全球重力场模型的精度和可靠性还需要进一步提高。     

Determination of Geoid over South China Sea and Philippine Sea from Multi-satellite Altimetry Data

A new computational procedure for derivation of marine geoid on a 2.5′×2.5′grid in a non-tidal system over the South China Sea and the Philippine Sea from multi-satellite altimeter sea surface heights is discussed. Single-and dual-satellite crossovers were performed, and components of deflections of the vertical were determined at the crossover positions using Sand-well's computational theory, and gridded onto a 2.5′×2.5′resolution grid by employing the Shepard's interpolation procedure. 2.5′×2.5′grid of EGM96-derived components of deflections of the vertical and geoid heights were then used as reference global geopotential model quantities in a remove-restore procedure to implement the Molodensky-like formula via 1D-FFT technique to predict the geoid heights over the South China Sea and the Philippine Sea from the gridded altimeter-derived components of deflec-tions of the vertical. Statistical comparisons between the altimeter-and the EGM96- derived geoid heights showed that there was a root-mean-square agreement of ±0.35 m between them in a region of less tectonically active geological structures. However, over areas of tectonically active structures such as the Philippine trench, differences of about -19.9 m were obtained.     

Realization of a consistent set of vertical reference surfaces in coastal areas

We present a combined approach for the realization of the (quasi-)geoid as a height reference surface and the vertical reference surface at sea (chart datum). This approach, specifically designed for shallow seas and coastal waters, provides the relation between the two vertical reference surfaces without gaps down to the coast. It uses a regional hydrodynamic model, which, after vertical referencing, provides water levels relative to a given (quasi-)geoid. Conversely, the hydrodynamic model is also used to realize a (quasi-)geoid by providing corrections to the dynamic sea surface topography, which are used to reduce radar altimeter-derived sea surface heights to the (quasi-)geoid. The coupled problem of vertically referencing the hydrodynamic model and computing the (quasi-)geoid is solved iteratively. After convergence of the iteration process, the vertically referenced hydrodynamic model is used to realize the chart datum. In this way, consistency between the chart datum and (quasi-)geoid is ensured. We demonstrate the feasibility and performance of this approach for the Dutch mainland and North Sea. We show that in the Dutch part of the North Sea, the differences between modeled and observed instantaneous and mean dynamic sea surface topography is 8–10 and 5.8 cm, respectively. On land, we show that the methodology provides a quasi-geoid which has a lower standard deviation (SD) than the European Gravimetric Geoid 2008 (EGG08) and the official Netherlands quasi-geoid NLGEO2004-grav when compared to GPS-levelling data. The root mean square at 81 GPS-levelling points is below 1.4 cm; no correction surface is needed. Finally, we show that the chart datum (lowest astronomical tide, LAT) agrees with the observed chart datum at 92 onshore tide gauges to within 21.5 cm (SD).     

联合GRACE/GOCE重力场模型和GPS/水准数据确定我国85高程基准重力位

GRACE、GOCE卫星重力计划的实施,对确定高精度重力场模型具有重要贡献。联合GRACE、GOCE卫星数据建立的重力场模型和我国均匀分布的649个GPS/水准数据可以确定我国高程基准重力位,但我国高程基准对应的参考面为似大地水准面,是非等位面,将似大地水准面转化为大地水准面后确定的大地水准面重力位为62 636 854.395 3m~2s~(-2),为提高高阶项对确定大地水准面的贡献,利用高分辨率重力场模型EGM2008扩展GRACE/GOCE模型至2190阶,同时将重力场模型和GPS/水准数据统一到同一参考框架和潮汐系统,最后利用扩展后的模型确定的我国大地水准面重力位为62 636 852.751 8m~2s~(-2)。其中组合模型TIM_R4+EGM2008确定的我国85高程基准重力位值62 636 852.704 5m~2s~(-2)精度最高。重力场模型截断误差对确定我国大地水准面的影响约16cm,潮汐系统影响约4~6cm。