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船舶 GPS 可以测量水深吗?

234 2023-10-30 21:48 admin

一、船舶 GPS 可以测量水深吗?

人们如果想深入了解海洋、在海上开展科学实验,开发或保护海洋资源,都需要获得一个最基础的海洋信息——水深。地球上海洋的平均深度大约为3800米,其中最深处是太平洋马里亚纳海沟“挑战者深渊”,深度大约11000米。

那么,这11000米水深是如何测量出来的呢?

有人问,用激光可以吗?陆地上我们就常用激光测量物体间的距离。

抱歉,答案还是

因为包括激光在内的电磁波在水中传播时衰减非常快,传播几百米就没能量了,所以肯定无法用于11000米深海域探测。

又有人问,用“尺子”怎么样?我把绳子绑上重物放入水中,等重物沉到底后,通过测量绳子的长度获得水深。

绳子(测深垂线)测量(图/中科院声学所)

再次抱歉,这个方法看似直观,实则……效率又低,测量结果误差又大,而且只有特殊制作的绳子才能身负重物沉到11000米水深还不断裂,反正也是

这也不可以那也不可以,到底怎么样才可以呢?

这个测量海洋深度的问题,当然早就有人思考过,并确实有几种方法是可行的,不然咱们怎么知道的大海有多深呢~

一种方法是布放深度计(或压力计)到海底进行测量。

不过这种方法布放回收过程需要很长时间,而且水深结果是根据压力和海水特性反演出来的,结果会有一定误差。因此,这种方法虽然空间分辨能力非常高,但探测效率(单位时间所探测的面积)非常低。

深度计测量(图/中科院声学所)

还有一种方法,是根据重力影响下不同深度的海平面高度不同这一特性,利用卫星遥感测量海平面高度进而反演水深的方法。

这种方法的探测效率非常高,但是探测结果的空间分辨能力较低,无法得到精确的海底地形数据。

卫星遥感测量(图/中科院声学所)

第三种,就是目前最常用的声学方法。

因为声波在水中传播时衰减远小于电磁波,频率越低衰减越小,所以通过合理选择频率,可实现11000米深海域探测。

一开始,科学家们使用的是单波束测深仪,它安装在船底,工作时向船的正下方发射一束声波信号,声波到达海底反射回来再由单波束测深仪接收。结合声波在水中传播速度、发射到接收所用传播时间,就可以计算出海底深度。

单波束测深仪可以快速有效地测量海洋深度,但一次测量只能获得一个位置的水深结果,效率还是比较低。

单波束测深(图/中科院声学所)

为了进一步提高11000米海域的声学探测效率,满足不断提高的科研需求,科学家们搞出了一个叫“全海深多波束测深系统”的东西

全海深多波束测深(图/中科院声学所)

全海深多波束测深系统也是安装于船体,工作频率一般为12kHz,从外观上看是两条阵,第一条是发射阵,沿着船体龙骨方向安装,它发出的声波信号会形成一个“发射扇面”,“照射”到垂直船体龙骨方向的海底条带的各个位置。在“发射扇面”上,波束沿着龙骨方向张开的角度较小,为0.5至2度,当波束角度为1度时,发射阵的长度约为8米。

第二条是接收阵,垂直于船体龙骨的方向安装,用于接收从海底反射和散射回来的声波信号。利用声学信号处理方法,接收阵可以只接收来自特定方向的声波信号,形成定向的“接收扇面”。在“接收扇面”上,角度为1至2度的多个窄波束垂直龙骨方向回收,当波束角度为2度时,接收阵的阵长约为4米。

全海深多波束测深系统的发射阵列和接收阵列示意图(图/中科院声学所)

“接收扇面”与“发射扇面”相交方向“照射”到的海底就是被测区域,根据声波信号传播回来的方向与往返时间,可以计算出被测区域的水深和距离船体的水平位置。

船下方的浅色区域即被测区域(图/中科院声学所)

多波束测深系统的接收阵可以同时接收成百上千个特定方向上的回波,也就是说,一次测量就可以获得成百上千个位置的水深。

因此,全海深多波束测深是目前既高效又准确的11000米海域(包括深海海域)水深测量方法,其空间分辨能力显著高于卫星遥感测量方法。

通常情况下,船一边向前航行,一边测量水深,这样一次又一次的测量结果拼接起来,就能够得到一片区域的水深图,也就是海底地形图。

而在实际测量中,全海深多波束测深系统必须面临的难题是波束稳定技术。

众所周知,大部分时间里海洋不会风平浪静。

不光海面上波涛翻滚,有时看似平静的海面下也不平静

海水中的声速约为1500米/秒,探测11000米海域时,全海深多波束一次测量过程(从开始发射声波到接收完最远端返回的声波)需要几十秒,在这段时间里船的姿态始终随着风浪变化,此时声波的发射方向和回波接收方向可能都不再是预设的方向,得到的水深结果就会存在误差,拼接起来的水深图可能会发生扭曲。

风浪导致船体姿态变化,测深的波束难以稳定(图/中科院声学所)

这时候就要放大招了!

通过预测船体的姿态,全海深多波束测深系统采取相应的补偿措施,无论船的姿态如何变化,最终发射和接收的声波都能稳定在预定的方向上,获得更加均匀的探测结果。

为了使声波条带尽可能与船航行方向垂直,发射时采用向不同方向分别发射多个声波扇面拼成整个声波条带的策略,此时各个扇面“照射”海底区域的中心的连线垂直于船行方向。

波束稳定效果(图/中科院声学所)

此外,为更好地实现11000米海域水深探测,全海深多波束测量还采取多种消除误差和偏差的措施,包括选择合理的发射信号,进行姿态、位置、声速偏差修正以及多普勒效应修正等。

全海深多波束测深系统可实现波束实时稳定(图/中科院声学所)
多种测深手段的比较(图/中科院声学所)

在实现11000米深海域高效准确探测的同时,全海深多波束测深系统还具备最浅在20米深海域进行探测的能力,并利用声波探测海底地貌与水中目标,为深海海域探测提供更丰富的探测信息。

全海深多波束测深系统绘制的海底地形图(图/中科院声学所)

而且近期,以中科院声学所为核心的科研团队,经过十年的艰苦研制与技术攻关,成功研制出了我国首套具有自主知识产权的全海深多波束测深系统,并且已安装于科学考察船开展了6000多公里测线应用示范,使我国成为继挪威、德国和丹麦之后第四个研制出现代全海深多波束测深系统的国家!

良器在手,深海地图我有(图/中科院声学所)

作者:中国科学院声学研究所 海洋声学技术中心 王舒文 刘晓东

出品:科普中国 科普融合创作与传播项目

监制:中国科学院计算机网络信息中心

科普融合创作与传播项目是中国科普博览团队在做的科普中国子项目,欢迎投稿(原创科普),邮箱yddzptj@cnic.cn,稿费多,平台广,速来~

二、工程测量测绘类

工程测量测绘类 - 专业知识与趋势分析

工程测量测绘类 - 专业知识与趋势分析

引言

工程测量测绘类是现代工程领域中不可或缺的一环。随着科技的不断发展,工程测量测绘技术也在不断革新与进步。本文将介绍工程测量测绘类的相关知识和行业的最新趋势。

什么是工程测量测绘类?

工程测量测绘类是一门应用科学,用于测量和描述地球上各类对象的位置和形状。它使用各种测量技术和设备,如全站仪、GPS、激光扫描仪等,对建筑物、道路、桥梁等工程结构物进行精确的测量和记录。

工程测量测绘类的主要任务包括地形测量、建筑物测量、线路测量、控制测量等。通过对地球表面的测量,工程测量测绘类可以为工程设计、环境评估和土地规划等提供准确的数据和图形支持。

工程测量测绘类的重要性

工程测量测绘类在现代工程领域中起着至关重要的作用。无论是建设一座大桥、开发一片土地,还是进行城市规划和环境保护,都需要工程测量测绘类提供的准确数据和专业支持。

工程测量测绘类可以帮助工程师和设计师了解地形和地貌的特征,分析地质情况,确定工程建设的可行性,并进行有效的规划和设计。这些准确的测量数据可以减少工程施工的风险,提高工程质量和效率。

工程测量测绘类的应用

工程测量测绘类的应用非常广泛,几乎涉及到所有工程领域。以下是工程测量测绘类的一些典型应用:

  • 建筑工程:工程测量测绘类可以用于建筑物的设计和施工过程中,包括土地勘测、基础测量、结构测量等。
  • 道路和桥梁工程:工程测量测绘类可以帮助确定道路和桥梁的最佳位置、设计和施工方案。
  • 水利工程:工程测量测绘类可以用于水利工程的规划、设计和施工过程中,包括河流测量、水库测量等。
  • 矿产资源开发:工程测量测绘类可以帮助确定矿产资源的位置和分布,并进行矿产资源的勘探和开发。
  • 城市规划:工程测量测绘类可以为城市规划提供准确的地理数据和土地利用信息。

通过工程测量测绘类的应用,可以实现工程建设的精细化管理和可持续发展,为社会经济的进步和环境保护做出贡献。

工程测量测绘类的趋势

随着科技的不断发展,工程测量测绘类也在不断创新和进步。以下是工程测量测绘类的一些趋势和发展方向:

  • 无人机测量:无人机技术的发展正在改变工程测量测绘的方式。无人机可以搭载各种传感器和摄影设备,实现对大范围区域的高精度测量和影像获取。
  • 激光扫描技术:激光扫描技术可以快速获取复杂环境的三维数据,为工程设计和施工提供更准确的信息。
  • 虚拟现实:虚拟现实技术可以将测量测绘数据转化为虚拟环境,帮助工程师和设计师进行更真实的感知和判断。
  • 大数据分析:随着大数据时代的到来,工程测量测绘类将更多地利用大数据技术进行数据处理和分析,挖掘出更多有用的信息和知识。

这些趋势和技术的发展将进一步推动工程测量测绘类的进步,提高工程测量的效率和精确度,为工程建设和社会发展带来更大的便利和贡献。

结论

工程测量测绘类作为现代工程领域中不可或缺的一部分,具有重要的意义和应用价值。通过工程测量测绘类的专业知识和技术,可以为工程建设、环境保护和城市规划等提供准确的数据和图形支持。随着技术的不断创新和进步,工程测量测绘类将呈现出更多的发展趋势和前景,为工程建设和社会发展带来更大的便利和贡献。

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三、根据海拔怎么测量水深?

1、在已知点上设置测距测角仪器,测定目标船的方位及到船的水平距离,确定船的平面位置,将测深杆,测深仪安装在船头,工作人员在船头司尺,并且将测得的水深数据通过对讲机传给岸上施测人员,观测员求出测得的静水深之差,即为该地形点的高程,再绘出等深线得到水下地形图,得到水中各区域水深;

2、运用激光测距仪,经纬仪,测深仪,电脑自动测量水深;

3、采用GPS动态定位技术配合数字化测深仪直接测量水深。

四、河水深度测量尺寸?

  在航道水深测量中,我们经常采用的方法为横断面法。

  断面间距一般设置为50米,测量断面位置要求与原有断面一致,以便于用于回淤研究,测点间距为2.0米。 近岸处2.5m范围内点距加密至1m,岸上15m范围内点距不能小于5m,水中点与岸上点在平面图中分图层显示;

  另外主要航道(河道)交汇口应设置扇形断面,断面数量不少于三对,并至少有一对交叉断面;

  交汇航道直线段设两个断面;跨航道桥梁下布置测线,测线的测量范围除桥墩位置外与其他测线一致。

  当采用无人船测量时,测量的断面及监测点数同样需要满足上述要求。

五、马路测绘主要测量什么?

马路测绘主要测量马路的几何形状、位置、长度和宽度,并得出详细的地图和技术数据。

马路的几何形状包括马路中央线、车道线、交叉口和转弯处的半径和角度等,这些数据有助于设计和规划道路,确定车道数量和宽度。

马路测绘还可以测量马路的垂直力量、水平曲率、颜色和标志等,以确保道路符合交通规则和标准。此外,马路测绘还可为道路修建、改建和维护提供基础数据,增加道路安全性,改善公共交通运输。

六、测绘和测量的区别?

答:测绘一般在设计规划部门,测量就是实地操作。区别:

1、特点不同测绘字面理解为测量和绘图,是以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础,以全球导航卫星定位系统、遥感、地理信息系统为技术核心,选取地面已有的特征点和界线并通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息,供工程建设、规划设计和行政管理之用。测量是按照某种规律,用数据来描述观察到的现象,即对事物作出量化描述。测量是对非量化实物的量化过程。2、功能不同测绘,是指对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集并绘制成图。在机械工程里面,测量指将被测量与具有计量单位的标准量在数值上进行比较,从而确定二者比值的实验认识过程。

3、实用工具不同测绘仪器为三维激光扫描仪、水准仪、经纬仪、全站仪、GPS接收机、GPS手持机、超站仪、陀螺仪、求积仪、钢尺、秒表等。测量仪器为游标式测量仪器、微动螺旋副式测量仪器、机械式测量仪器、光学机械式测量仪器。

七、怎样使用手机测量水深?

目前手机没有软件可以探测水深,但是手机本身就可以探测到水深的,前提你要准备细绳子,尺子,你把手机用细绳子绑好,丢到水里,等沉到底部了,拉起来,测量绳子的长度,就得出水深了。

八、新手钓鱼怎样测量水深浅?

先要确定铅皮重量大于漂的吃铅量沉底,然后上调漂至水面,然后就知道水深了

九、测量井水深度的方法?

有不同的方法可以测量井水深度,以下是其中的一些方法:

1. 手动下放测绳法:使用测绳和重物的组合,将重物降入井中,直到触及水面,再记录测绳长度。这个方法简单易行,但是需要一个较长的测绳来适用于较深的井。

2. 水平尺法:首先要确定井的底部,然后将一个水平尺平放在井口上,直到它靠在井边上。记录水平尺头部与井口边缘的距离。然后,将水平尺再次放在井边缘,但这次要将水平尺朝下。水平尺下端与水平尺上端之间的距离就是井水的深度。这个方法对测量较深井的水位来说可能不适用。

3. 水压力法:通过压缩空气推水到井底的方式来测量井水深度。将一个压缩空气容器连接到喷水嘴上,并打开喷水嘴,将水冲出井口。当水开始喷出后,需要将喷水嘴封闭,在短时间内,可以测量压缩空气容器中看到的压力来确定井水的深度。

4. 水位计法:将水位计降入井中,所测量到的是水位到井口的绝对高度,高度减去井底垂深即为井水深度。这个方法需要较为精确的水位计进行测量,适用于深井。

十、水深测量的国家标准?

《中华人民共和国国家标准(GB/T 50138-2010):水位观测标准》是根据原建设部《关于印发(2006年工程建设标准规范制订、修订计划(第一批)的通知)》(建标[2006]77号)的要求,由水利部长江水利委员会水文局会同有关单位,在原《水位观测标准》GBJl38—90的基础上修订完成的。 本标准共分8章和5个附录.主要技术内容包括:总则、水位站、水位观测基本设施布设、水位观测设备、水位的人工观测、水位的自动监测、水位观测结果的计算与订正、水位观测的误差控制等。 本标准修订的主要技术内容是:

(1)特殊情况下水位观测设施的布设;

(2)水位自动监测的相关内容。

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