1、现代海洋测绘赵建虎第十二章第十二章海洋工程测量海洋工程测量Marine Engineering Survey赵建虎赵建虎本本章章内内容容V港口工程测量V地球物理测量V水下工程测量V思考题海洋工程测量是为海洋工程建设、设计施工和监测进行的测量。海洋工程是与开发利用海洋直接相关的有关活动的总称。它可分为海岸工程、近岸工程、深海工程、水下工程等。按照用途又可分为港口工程（海港工程）、堤坝工程、管道工程、隧道工程等、疏浚工程、救捞工程，以及采矿、能源、综合利用等工程。港口工程测量指港口工程设计、施工和管理阶段的测量工程。设计阶段的测量内容有：控制测量、底质探测、水文观测和港口资料调查等。施工阶段的测量
2、包括：施工控制网的布设，建筑物设计位置和高度的放样测量，竣工测量和施工中的形变观测等。管理阶段的测量是港口工程建成后的测量工作，内容包括：沉降观测，位移观测和倾斜观测等。13 1 港口工程测量z 港口工程勘测设计阶段的测量工作港口工程设计一般分为三个阶段：1. 在规划选址阶段需要1 ： 50001 10000的海湾地形图2. 初步设计需要1 1000 1 2000的地形图3. 在施工设计时，需要1 5001 1000的地形图水下地形测量通常采用断面法。测深断面和测深点间距定义如表：测图比例尺与测深断面、测深点间距关系测图比例尺与测深断面、测深点间距关系测图比例尺测深断面间距/m测深点间距/m等
3、高距/m11000 1525 1215 0.512000 2050 1520 115000 80130 4080 1110000 200250 60100 1海洋水文观测包括有波浪观测，潮流观测和潮位观测等。（1）波浪观测方法波浪观测主要观察波浪的波高、波向和波速的变化。通常采用的仪器是测波仪。测波仪主要用于测量波浪时空分布特征的仪器。根据工作原理可分为：1. 视距测波仪2. 测波杆3. 压力测波仪4. 声学测波仪5. 重力测波仪及遥感测波仪（2）潮流观测方法潮流一般利用海流计测定流速和流向。海流计主要用于测量潮流流速和流向的仪器。由机体、流速感受部件和记录系统等组成。根据感受元件的不同，可分
4、为：1. 印刷海流计2. 厄克曼海流计3. 电磁海流计4. 声学海流计等（3）海岸泥沙运动和底质调查海岸泥沙运动可以通过观测海流的特征并结合海底地形、底质情况来综合判定。为了了解底质的情况，多在海上进行地质调查，其方法是在海上进行钻孔，从钻进阻力、钻进速度、泥浆情况和取土样等方面来判断底质和掌握其分层情况。其他调查方法有弹性波探测法和音波探测法。z 码头施工中的定线放样工作码头是停靠船舶、上下旅客及装卸货物的场所，码头的前沿线是指港口水域和陆域的交接线。码头的结构形式般可分为：（）高桩板梁式码头高桩码头要用打桩船打桩（）重力式码头重力式码头需用挖泥船挖掘水下基槽，并且利用抛填船只运载沙石料到指
5、定地点填筑基床，还要有潜水员配合检查水下施工的情况。码头施工基线的定义有两种：一种位置相互垂直的基线，另一种为两条任意夹角的基线。相互垂直和任意夹角的施工基线布设图相互垂直和任意夹角的施工基线布设图1、高桩板梁式码头的施工测量高桩板梁式码头剖面图高桩板梁式码头剖面图（1）直角交会法打桩定位。该法是根据桩位布置图事先在基线上标出各桩的定位控制点，施工时在控制点上安置经纬仪进行各桩的打桩定位。直桩与基线的关系直桩与基线的关系斜桩定位时，基线上定位控制点的计算应考虑斜桩的倾斜度 n：1和水平扭角 斜桩平面定位斜桩平面定位（2）前方交会法打桩定位当设置侧面基线有困难时，可利用岸上的测量控制点进行前方交
6、会打桩定位。在打桩定位之前，需要将控制点的测量坐标换算为施工坐标，然后，计算放样角度。打桩时，为了控制打桩船停泊的方向，需要在岸上确定点3的位置。前方交会法定位前方交会法定位2、重力式码头的施工测量重力式码头主要由墙身、基床、墙后抛石棱体和上部结构四部分组成。按形式可分为方块码头（见下图）、沉箱码头和扶壁码头。方块码头示意图方块码头示意图重力式码头的施工测量主要有施工基线的测设，设置挖泥和抛填导标，基床整平和预制件安装等。基槽开挖示意图基槽开挖示意图z 港口工程建筑物的变形观测1、码头的垂直位移（沉降）观测沉降观测是观察码头在垂直方向上的变动。码头的沉降观测采用水准测量方法，通过观测布设在建筑
7、物上的沉降观测点与水准基点之间的高差变化值来确定的。沉降观测的主要方法是几何水准测量，观测时间应与水平位移观测相配合。2、码头的水平位移观测（1）方向线法测定水平位移（2）支距法测定水平位移（3）前方交会法测定水平位移3、码头的垂直和水平位移综合观测目前，随着高精度全站仪尤其是全自动全站仪（也称测量机器人）的发展，码头的垂直和水平位移测量可以一次完成。TCA1800/2003测量机器人测量机器人采用测量机器人进行码头形变和沉降测量中，用于沉降监测和形变监测的照准标准合二为一。一次监测完成后，可直接获得各个点的三维坐标。利用利用TCA2003测量机器人获得的某码头监测点的三维变化测量机器人获得的
8、某码头监测点的三维变化目前，通常采用的测量机器人有Leica TCA110、TCA1800和TCA2003。各系统的测量指标如下表所示。不同型号测量机器人的精度指标不同型号测量机器人的精度指标指标仪器测角精度测距精度(mm+ppm)跟踪精度(mm+ppm)跟踪范围（m）跟踪速度(m/s)测程（km）补偿范围TCA1101.5/2/3/52+2 25 1.5347TCA1800 1 1+2 1 1.2347TCA2003 5 1+1 1 1.23475+2 100013 2 海上地球物理测量z 地球物理测量方法海洋地球物理测量是对海洋底部地球物理场性质的测量 。应用物理学的测量手段，可调查海洋的
9、地质构造和矿产分布。第二次世界大战以后，它的成果为创建和验证海底扩张说和板块构造说提供了依据。海洋地球物理测量采用的方法有：海洋地震测量。海洋重力测量。海洋磁力测量。海底热流测量。海洋电法测量。海洋放射性测量。声学测量。目前，海洋石油工业部门几乎完全依赖于地球物理方法以确定钻井勘探地区，具体钻井位置以及油区范围。下面先简单介绍重、磁测量方法和地震测量方法，然后再讨论测线布置方式。1、重、磁测量海洋磁力测量是最简单和最容易实施的种地球物理勘探方法，特别是航空地磁测量。作业时一般是在飞机下拖一个磁力测量装置，飞机在一定高度上沿着预定的测量线飞行，连续地测量地磁场的变化。也可利用拖曳于工作船后的质子
10、旋进式磁力仪或磁力梯度仪，对海洋地区的地磁场强度作数据采集，进行海洋磁力观测。将观测值减去正常磁场值并作地磁日变校正后，即得磁异常。将重力仪 安放在船上（动态）或经过密封后放置于海底（静态）进行观测，以确定海底地壳各种岩层质量分布的不均匀性。由于海底存在着具有不同密度的地层分界面，这种界面的起伏都会导致海面重力的变化。海洋重力和磁力测量在海底地质勘探工作中是应用最为广泛的两种普查手段。2、地震测量目前在寻找海底石油构造方面应用最广、成效最高的方法是地震测量法。与重、磁测量相比，地震测量是作为精查的手段。海洋地震测量根据震源产生的形式分为： 天然地震 人工地震海洋地区的天然地震测量，是通过布设在
11、岛屿上或海底的地震台站，观测天然地震所产生的体波、面波和微震，来研究海洋底部的构造活动、地壳厚度和低速层的展布等。海洋地区的人工地震测量，是利用炸药或非炸药震源激发地震波 ，观测在不同波阻抗界面上反射，或在不同速度界面上折射的地震波。地震测量按照波束路径的不同又可分为反射式和折射式两类。反射式地震测量反射式地震测量折射式地震测量折射式地震测量海底地震观测的主要仪器是海底地震仪。它的主体包括拾震器(亦称传感器、地震检波器)、放大器、记录器、石英钟和电源等。海底地震仪分为单分量和三分量两种。单分量地震仪记录垂直分量,频率范围为220赫，动态范围可达65分贝，石英钟精度为 10-6秒，功率为0.5瓦/小时，记录时间为30天。三分量(两个水平分量和一个垂直分量)地震仪，一般是由三个方向安置的单分量地震仪和一个水听器组成。前者在海底直接测量地震波的纵波和横波，后者测量水中传播的地震波（纵波）。
