海洋是人類發(fā)展的資源寶庫，海洋測繪是一切海洋活動的先導和基礎(chǔ)，其任務已由傳統(tǒng)的航海圖測繪發(fā)展為海洋地理空間信息保障與服務。

　　自然資源部在行使“兩統(tǒng)一”職責過程中，涉及海洋、海島、海岸帶領(lǐng)域的調(diào)查監(jiān)測、確權(quán)登記、空間規(guī)劃、用途管制、開發(fā)利用、生態(tài)修復時，各個環(huán)節(jié)都需要海洋測繪的支撐。精準的海洋地理空間信息是維護我國海洋空間安全的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　我國海洋測繪發(fā)展相對滯后，海洋測繪設(shè)備、人才和技術(shù)仍然落后于世界主要海洋國家，遠不能滿足海洋地理空間信息保障需求，發(fā)展海洋測繪任重而道遠。自然資源部海洋測繪重點實驗室（以下簡稱海洋測繪實驗室）依托山東科技大學、自然資源部海南測繪地理信息局、自然資源部第一海洋研究所等單位共建，旨在深化海洋測繪技術(shù)研究和技術(shù)實現(xiàn)，拓展海洋測繪地理信息社會化應用，培養(yǎng)海洋測繪領(lǐng)域人才，服務經(jīng)濟社會發(fā)展。

　　突破關(guān)鍵技術(shù)難題

　　近年來，對高精度和高分辨率水下地形地貌信息的需求日益加大，相關(guān)探測技術(shù)的價值不斷顯現(xiàn)。海洋測繪實驗室致力研發(fā)海底地形地貌高精度探測數(shù)據(jù)自動化處理與分析應用技術(shù)，構(gòu)建了多波束水深和海底反向散射強度精細處理技術(shù)體系，提出了高動態(tài)環(huán)境下的多波束聲吶測深精密波束歸位模型，解決了收發(fā)換能器獨立性引起系統(tǒng)性偏差的難題，解決了聲速誤差、潮位誤差對測深的顯著影響，研發(fā)了海底中央鏡面異常、波束入射角效應校正技術(shù)，實現(xiàn)了高精度海底地形地貌的精確表達。同時，針對海底底質(zhì)探測需求，實驗室依據(jù)數(shù)據(jù)預處理、特征提取和分類器構(gòu)建三個主要環(huán)節(jié)，開發(fā)了多元特征優(yōu)選、深度學習分類模型構(gòu)建和深海混合聲像元分類等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了海底底質(zhì)高精度分類和監(jiān)測。

　　基于以上技術(shù)創(chuàng)新，海洋測繪實驗室研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多波束測深精細化數(shù)據(jù)處理軟件和海底底質(zhì)分類軟件，能夠處理當前主流格式的多波束數(shù)據(jù)，滿足了高精度、高分辨率海底地形地貌三維表達的迫切需求，為島礁測繪與大洋科考等國家重大科技工程項目提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

　　隨著海洋強國建設(shè)的進一步深化，對海岸帶和海島礁區(qū)域高精度、高效率與全覆蓋的資源環(huán)境探測提出了更高的要求。為了實現(xiàn)海洋及其周邊區(qū)域的合理化管理，首先要借助測繪技術(shù)，以獲取水上水下全要素地形地貌數(shù)據(jù)。然而，海岸帶、海島礁等水體周邊地形變化劇烈、環(huán)境十分復雜，采用常規(guī)的測量方式效率低、成本高、難度大、風險高。如何快速、高精度測量復雜淺水海域，成為當前亟待解決的海洋測繪技術(shù)難題。為此，海洋測繪實驗室研制了船載水上水下一體化測量系統(tǒng)，集成多波束測深儀、三維激光掃描儀、定位定姿系統(tǒng)等，可滿足一些海岸或島礁區(qū)域測量需求，實現(xiàn)不登岸/島的水上水下無縫測量。

　　近年來，無人機激光雷達測深技術(shù)的出現(xiàn)與迅速發(fā)展，使其成為解決上述問題的一種新的有效手段。該技術(shù)同時具備水陸地形測量功能，具有測量效率高、覆蓋面廣、水陸兩用、機動性強等諸多優(yōu)勢，特別適合于復雜淺水區(qū)域地形的快速探測，能夠同時獲取淺水區(qū)海底地形及近岸水上地形，解決不易到達的島礁的地形測量、海岸帶和灘涂地形測量問題。該技術(shù)最早在國外淺水及岸線地形測量中得到應用，近幾年我國也開始重視并開展無人機激光雷達測深技術(shù)與裝備研發(fā)，獲得了一批有價值的數(shù)據(jù)。

　　海洋測繪實驗室在無人機激光雷達測深技術(shù)與裝備研發(fā)方面取得了進展。該技術(shù)以數(shù)字為基礎(chǔ)，以模型為載體，將有效解決海洋測繪水陸一體化測量關(guān)鍵技術(shù)難題，助力海洋實景三維建設(shè)，提升海洋測繪數(shù)據(jù)精細化處理及應用水平。

　　瞄準國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)化

　　海洋測繪實驗室的海洋智能導航與感知團隊面向海洋工程、海洋探測、油氣管道安全等應用領(lǐng)域，研究海洋聲學定位、水聲探測和管道安全監(jiān)測等關(guān)鍵技術(shù)，致力于推動高端海洋測量與定位導航裝備的國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。

　　從2018年開始，該科研團隊圍繞水下智能導航與感知關(guān)鍵技術(shù)，展開了高端海洋測繪裝備關(guān)鍵技術(shù)研究。主要研究成果包括：獨立研制了淺地層剖面儀，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)品化推廣；與中國科學院聲學研究所（以下簡稱聲學所）聯(lián)合研制了深海近底多波束測深儀，解決了近底多波束的海底水聲地形測量、聲學信號處理等關(guān)鍵技術(shù)，并成功應用到多個國家深遠海潛器重大項目中；參與聲學所中深水多波束測深儀研發(fā)項目等。此外，團隊正在開展全海深三維成像聲吶、全海深混合基線水下定位系統(tǒng)和水下組合導航系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。團隊已申請30多項發(fā)明專利和10多項軟件著作權(quán)。

　　針對海底基準站“放得穩(wěn)”關(guān)鍵技術(shù)問題，海洋測繪實驗室提出了“流線錐型”海底基準方艙整體結(jié)構(gòu)，采用了穩(wěn)定著底、穩(wěn)固重心、防淤積、防沖擊、防拖網(wǎng)等創(chuàng)新設(shè)計，模擬真實海洋場景，優(yōu)化確定了海底基準站方艙參數(shù)；針對海底基準站“待得久”長期駐留服務問題，設(shè)計了6000米深海抗壓、防腐、防附著海底基準站方艙；針對海底基準站核心測量單元的“可回收、可維護”難題，提出了海底基準站方艙分體式框架設(shè)計，并采用雙釋放器等提高系統(tǒng)分體回收的可靠性。在海底基準站方艙設(shè)計方案基礎(chǔ)上，海洋測繪實驗室研制了我國首批淺海/深海海底基準站方艙，并成功實現(xiàn)了海底基準站布放、回收、標校等全流程技術(shù)驗證。

　　與此同時，海洋測繪實驗室構(gòu)建了“粗勘”和“精勘”海底基準站址勘選技術(shù)，提出了海底基準站址可用性評價5級指標體系，解決了海底基準勘選成本控制問題和穩(wěn)定性評價難題。受復雜海洋水文環(huán)境、海底地形、地質(zhì)構(gòu)造條件和海底沉積物等因素影響，海底基準站布放和建設(shè)面臨巨大技術(shù)挑戰(zhàn)和風險。海洋測繪實驗室構(gòu)建了影響海底基準點穩(wěn)定布放與長期工作的海洋環(huán)境特征指標集，涵蓋了海底起伏度、海底坡度、沉積物類型分布、構(gòu)造穩(wěn)定性、工程地質(zhì)力學性質(zhì)、地層沖淤特征與地層穩(wěn)定性等20余項指標因子。構(gòu)建了海底基準站址勘選與綜合評價的三層五級技術(shù)體系，有效降低了海底控制網(wǎng)勘選建設(shè)成本。

　　此外，海洋智能導航與感知團隊提出了融合洋底壓力和海面高的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)-聲學定位方法，推導了基準點標定的最優(yōu)走航軌跡，揭示了聲速水平梯度特性及其影響，構(gòu)建了聲速三維時變模型，大幅提高了海底基準點的定位精度；研制了自主知識產(chǎn)權(quán)的水下精密導航定位軟件，并成功應用于我國首個3000米水深海底大地基準點定位，獲得厘米級精度坐標值，這是目前國際上同等水深的最好精度之一。此成果可為我國下一代綜合導航、定位和授時系統(tǒng)建設(shè)（海洋部分）提供重要技術(shù)支撐，可廣泛應用于海底精密工程建設(shè)、海底板塊邊界及內(nèi)部的位移形變監(jiān)測，以及斷層、地震、火山研究和地震海嘯的實時觀測網(wǎng)高精度數(shù)據(jù)處理預警等。

　　建設(shè)海洋實景三維

　　海洋實景三維建設(shè)是實景三維中國建設(shè)的一個重要組成部分。近年來，海洋測繪實驗室在海洋實景三維建設(shè)中取得了多項重要成果。該實驗室建立起海南島及近海島嶼比較完備的空間基準基礎(chǔ)設(shè)施，以及海南島似大地水準面模型等，獲取了我國南海區(qū)域衛(wèi)星遙感影像成果，主要涵蓋西沙群島以及南沙群島的部分島礁和礁盤。依托自然資源海南省衛(wèi)星應用技術(shù)中心，該實驗室可接收自然資源部國土衛(wèi)星遙感應用中心、國家衛(wèi)星海洋應用中心的高分、資源和海洋系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

　　此外，海洋測繪實驗室開展了海洋實景三維建設(shè)，獲取了陸海一體化采集數(shù)據(jù)。海洋實景三維精細模型數(shù)據(jù)包括海南海口主城區(qū)、三亞主城區(qū)、儋州主城區(qū)、澄邁主城區(qū)、五指山主城區(qū)以及博鰲地區(qū)等，面積約800平方公里。

　　該實驗室初步建成實景三維海南基礎(chǔ)平臺，集成海南島數(shù)字高程模型、遙感影像、傾斜攝影、精細模型、建筑信息模型等數(shù)據(jù)類型，依托實驗室技術(shù)成果，開展海洋環(huán)境數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)的整合集成。同時集成國土空間規(guī)劃、土地利用現(xiàn)狀等專題數(shù)據(jù)，平臺已支撐海南省國土空間基礎(chǔ)信息平臺建設(shè)，以及海南省重大項目選址、工程建設(shè)項目審批等業(yè)務。

　　面向海陸一體化應用需求，海洋測繪實驗室開展了海圖與陸圖融合的技術(shù)研究，克服了海圖與陸圖重疊區(qū)域地物不一致的矛盾，實現(xiàn)海陸多尺度數(shù)據(jù)的融合制圖。通過該項技術(shù)，實驗室完成海南島周邊陸圖、海圖空間數(shù)據(jù)融合，制作完成海陸一體電子地圖，范圍涵蓋海南島及南海區(qū)域。相關(guān)成果已應用于海南省社會管理信息化平臺、海南省“多規(guī)合一”信息綜合管理平臺等，并與平臺業(yè)務相結(jié)合，提供陸圖海圖數(shù)據(jù)展示、業(yè)務上圖及地圖繪制等技術(shù)支持，在相關(guān)業(yè)務運行中發(fā)揮了重要地理底圖支撐作用。

　　服務海洋強國建設(shè)

　　山東科技大學作為海洋測繪實驗室依托單位，帶動和促進了測繪學科、海洋技術(shù)學科的發(fā)展。

　　實驗室另一共建單位——自然資源部海南測繪地理信息局拓展地理信息中心業(yè)務向海洋信息發(fā)展，構(gòu)建了海洋信息中心。在實驗室科技支撐下，打造自然資源部海南測繪地理信息局國際海洋測繪專業(yè)隊伍，形成特色優(yōu)勢。

　　實驗室共建單位——自然資源部第一海洋研究所基于國家海洋測繪業(yè)務，承擔國家海洋測繪重大工程，在實驗室海洋測繪科技支撐下，形成國際海洋測繪技術(shù)體系和標準體系；研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋測繪裝備，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；逐步形成國際知名的海洋測繪科研機構(gòu)。

　　“十四五”期間，海洋測繪實驗室將發(fā)展新型海洋測繪關(guān)鍵技術(shù)，達到國際一流海洋測繪技術(shù)水平，支撐海洋測繪“十四五”業(yè)務的開展，重點支持海洋基礎(chǔ)測繪專項的技術(shù)需求；組建國內(nèi)和國際海洋測繪信息聯(lián)絡(luò)站點，交流海洋測繪技術(shù)信息；開展海洋測繪科技發(fā)展動態(tài)研究，形成年報機制，打造國家海洋測繪科學研究基地；針對海洋測繪儀器設(shè)備國產(chǎn)化短板，開展海洋測繪相關(guān)軟硬件設(shè)備研發(fā)，為測繪儀器設(shè)備國產(chǎn)化助力；積極開展實驗室與產(chǎn)業(yè)合作，推動海洋測繪技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

　　海洋測繪重點實驗室聚焦國家戰(zhàn)略，肩負引領(lǐng)海洋測繪科技發(fā)展重任。下一步，實驗室將聚焦國家戰(zhàn)略和社會需求，加強一流人才培養(yǎng)，與國內(nèi)外海洋科研機構(gòu)共同推進海洋測繪科技創(chuàng)新步伐，力爭在前沿探索中取得更具影響力的標志性成果，為建設(shè)海洋強國貢獻新的力量。