关于海洋测绘技术体系化归类与专业教育思考.pdf

第43卷第3期2023年5月引文格式：暴景阳，赵建虎，王爱学.关于海洋测绘技术体系化归类与专业教育思考J.海洋测绘,2 0 2 3,43（3）：1-5.D0I:10.3969/j.issn.1671-3044.2023.03.001海洋测绘HYDROGRAPHIC SURVEYING ANDCHARTINGVol.43,No.3May.,2023关于海洋测绘技术体系化归类与专业教育思考暴景阳，赵建虎，王爱学（武汉大学测绘学院，湖北武汉430 0 7 9）摘要：为加深对海洋测绘知识、技术体系的系统化认识，在分析海洋测绘概念形成与发展、学科专业体系构成与分类现状以及海洋测绘理论和技术特征的基础上，将海洋测量各分支技术按面向要素或目标的客体认知技术、面向应用方向的服务技术，以及通用型关键支撑技术进行体系化归类论证，依此建构了立足学科交叉理论、凝聚关键技术，适应多样化服务需求的专业教育模式。将海洋测绘技术进行体系化归类，厘清了相关科学与海洋测绘各分支的关系,突出了学科的认知与描述目标，彰显了技术驱动与需求牵引的海洋测量技术与应用发展状态，也适应人才能力指标设定和灵活的专业教育课程体系构建。关键词：海洋测绘；体系化归类；客体认知；应用服务；支撑技术；专业教育中图分类号：P2291 引 言海洋测绘是实施海洋强国战略、支撑社会经济发展、维护国家海洋权益、推进自然资源陆海统筹、保护治理生态环境的基础性和先导性工作。海洋测绘具有自身鲜明的专业特色，海洋测绘人才成为涉海（涉水)业务发展的急需，而海洋测绘专业与通用性测绘专业的人才培养存在明显差别,具有不可替代性1。鉴于此，近十几年来，我国民用海洋测绘专业（方向）教育乘势起步、多点布局、快速发展1-2 。同时,更多与测绘、海洋、地质有关的高校开设海洋测绘课程以扩展学生视野,增加人生规划选项。加之有关海军院校已实施7 0 年系统完整的海洋测绘教育，并适时实现与国际教育培训体系全面接轨3-4 的基础，我国海洋测绘教育呈现出蓬勃发展势头。宽口径、大类化专业设置是普通高等学校本科基础教育发展的基本方向。海洋测绘作为特色专业，在人才培养方面需重点解决专业知识体系独立性与所依托专业相容性的矛盾,突出特色、把握重点、适度扩展是课程体系构建的基本要求，科学素养和工程素养训练与终身学习机制相统一是人才培养与成长的基本途径。因此,本文将基于对海洋测绘学科专业体系的认识，提炼其核心理论和收稿日期：2 0 2 2-0 9-2 0；修回日期：2 0 2 2-10-2 8基金项目：国家自然科学基金重大项目（42 19 2 531）。作者简介：暴景阳（19 6 5-），男，辽宁凌源人，教授，博士，主要从事海洋测绘教学与研究。文献标志码：A文章编号：16 7 1-30 44(2 0 2 3)0 3-0 0 0 1-0 5技术与应用服务知识体系，旨在为构建适应宽口径人才培养模式的海洋测绘专业培养体系，为从业人员提高对海洋测绘技术与服务的系统认识提供参考与借鉴。2海洋测绘发展及基本学科专业体系2.1海洋测绘的概念形成与发展根据众多文献和工具书对海洋测绘的定义，可对其进一步解释为：海洋测绘是描述和表达以海洋为主的地球表面水域及毗邻陆地自然与人文信息，支撑海洋学、水文学、地球物理学等基础研究，服务于航海、海洋工程、环境保护与治理等多方面应用的综合性科学技术。海洋测绘学的起源与水文学存在密切联系，曾共用同一专业术语“hydrography”,该词最早出现于16世纪的欧洲,来源于希腊文,本身指“描述水”,正像在2 30 0 多年前即出现的地理学（geography）一词,意为“描述地球”。自出现开始,hydrography就被约定俗成地特指为以水深测量为重点，辅以毗邻陆地地形测绘的航海图测量技术,是基于观测手段对水域及其应用服务的认识、描述与表达形式。数百年前,英、法、荷兰与俄国等国在海军或航运部门成立了专司河、海的测深和制图专门机构，我国在洋务运动或更早时期也曾从欧美及日本引进该概念，2当时翻译为“海图测绘（学）”。其后，随着作为成员国和发起国之一参加国际海道测量组织，将这一概念与自宋朝以来就习称的海道（水道）测量直接对等翻译,形成经久使用的“海道测量”术语5关于海道测量的英文解释，柯林斯英汉双解大词典韦氏新世界大学词典等工具书给出的解释虽略有不同，但基本含义可概括为：关于海洋、江河和湖泊的研究、描述、测量与制图,重视其在航海和经济应用的知识体系。值得说明,在hydrography最初应用于水域测绘学时,水文学也仍然处于萌芽时期，在形成现代科学分支后，多采用hydrology术语。有研究者将hydrography称为水文地理学或地理水文学，美籍学者周文德在其具有广泛影响力的应用水文学手册一书中,把水文地理学定义为描述地球表面所有水体的物理性质和条件的学科,还特别指出要为航运目的而进行包括内河和海洋的水体制图。当然,为强调水文地理学的地理学属性,在欧洲又出现hydrogeography一词。但海道测量除通过水深测量及毗邻陆地地形测量的手段，关心水域及周边形态信息获取与分析外，同样关心水文要素。海道测量学与水文学或更大范畴的地理学存在密切联系与交织,均关注以“图”和“志”的成果形式研究和描述地球表面水域,是一个学科化概念,包含着应用测量和制图两种手段对地球水域认识与描述的含义。与大地测量学和大地测量技术的概念区别相类似,通常后缀以测量和制图的技术类限定,并分解为海道测量和海图制图两类工作或技术分支。从信息采集获取、加工处理、质量控制，到信息产品编发的整个技术或业务流程的角度，将海洋测绘分解为测量（海道测量或海洋测量）和海图制图两个方面是自学科专业出现或行业兴起就早已形成的共识。只是关于这类特种测量，国内近年来的主流认识是因为海洋重力测量和海洋磁力测量以及海洋大地测量理论与技术的出现与相关工作的开展，表征水域地理信息获取和处理的工作由海道测量升级为海洋测量5-8 ,由于计算机与信息技术的进步和测绘成果服务保障方式的扩展，海图制图延展为海图制图与海洋地理信息工程。2.2海洋测绘学科专业分类基本体系依据文献7 ，按照国家标准GB/T13745一2009学科分类与代码分类标准，海洋测绘为隶属于测绘科学技术一级学科下,与大地测量技术、摄影测量与遥感技术、地图制图技术、工程测量技术、测绘仪器并行的二级学科。不难发现，中国测绘学会海洋测绘的专业委员会基本是按这一标准的学科专业分类而设置的，同样，传统的测绘专业人才培养同样基于这一划分依据而进行专业设置。按国标的这一分类，海洋测绘进一步分级为：海洋大地测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋跃层测量、海洋声速测量、海道测量、海底地形测量、海洋工程测量、海图制图。显然该细化分类与技术或服务的对应性存在一定背离。主要表现在：对测和绘两类技术体系不加区分，知识与技术的分解不平衡；部分测量专业内容过于细节化，如海洋跃层测量和海洋声速测量可视为海道测量的特定内容，或与本该列立的海洋水文测量相联系，同时，海底地形测量与海道测量、海洋工程测量也存在过多交叉。教育部学位授予和人才培养学科目录设置有测绘学科与技术一级学科，自2 0 世纪9 0 年代开始一直下设大地测量学与测量工程、摄影测量与遥感、地图制图学与地理信息工程二级学科。这一分类当今被作为研究生层次人才培养的学科对应标准。2 0 14年增设海洋测绘二级学科1,但并未在研究生培养单位付诸实施。而本科专业目录则做了大类归并，仅设测绘工程、地图学与地理信息工程（系统)两个专业。总体而言，测绘工程专业融合了原有大地测量、工程测量、摄影测量，以及海道测量专业。地图制图与海图制图专业均归于地图制图学与地理信息工程（系统），且更明显地与地理学相渗透。海洋测绘实际上分设于两个专业。中国大百科全书（第三版)和相关工具书在条目设置上对海洋测绘的术语细化更为明显，如海洋测量的次一级条目设定有：海洋大地测量、海道测量、海岸带地形测量、海底地形测量、水深测量、水位控制、水文观测、海洋工程测量、海洋军事工程测量、水运工程测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋测量定位、海洋专题测量、江河湖泊测量、海洋遥感测量。从海洋测绘相关概念科学普及和从业人员对基本知识构成系统认识的角度,这种细分结构也具有一定的合理性。3基于特征与应用的海洋测量技术归类体系海洋测绘之下的大类专业划分为海洋测量和海图制图（及海洋地理信息工程）两个主要分支。因为海洋测量涉及的技术与服务领域更为广泛,在此，仅对其按不同划分原则的细化分支构成做相关分析论述。3.1面向要素的客体认知技术体系从面向水域乃至整个地球的地理（含水文）及第43卷第3期地球物理要素的认知和描述的角度,即面向要素客体的海洋测量主要包括海底地形测量、海洋水文测量、海洋重力测量和海洋磁力测量。水下地形反映为水陆交界面或水体的下边界与侧边界拓扑结构，水下地形是水域的最基本空间信息，原则上，水域包括海洋和内陆水域，但作为海洋测量的子集，在申明海洋测量也包括内陆水域测量的前提下，水下地形测量常被海底地形测量所替代。海底地形测量在海道测量技术领域，常称为水深测量，但本质仍指对一定范围水底形态的综合测定与表达，而不是狭义的深度测量。在技术层面上，海底地形测量不仅经历了从传统人工器具的点采样测量模式，到启用水声技术后的单波束回声测量测线采样模式，进而到以多波束测深系统为代表的具有一定分辨率特征的条带覆盖测量模式的转变，以及从模拟时代过渡到自动化、数字化时代。更基于声学探测系统的技术发展及其性能挖掘,实现海底地貌及浅层地质探测与认知,加强了与海洋地质学的交叉与渗透，从而扩展为海底地形地貌测量学。水文特征是水体物理性质的重要体现，学科化海洋测绘的重点研究和描述内容之一,关注的是一组水文参数的测量和分析，包括水的温度、盐度等物理属性参数、潮汐（水位）、流（海流和潮流）、海浪等动力参数，海水透明度、水色等光学要素，以及海冰等的认识和观测。这类参数的系统观测现通常属于海洋调查体系的海洋水文观测工作。但对海洋测绘，特别是就海底地形测量和水下位置服务而言，尤其关注水位、盐度观测,以及利用透明度的知识,分析论证激光测深技术的适用性，通过海浪参数认识海况，把握相关海洋观测的现场环境条件。在江河或河口海岸带认知方面，还关心河流比降、水动力因素对泥沙运动和海底沉积的影响等。尽管海洋测绘所做的海洋水文观测参数覆盖面没有海洋调查的广泛，但水文观测的重要性却日益凸显。重力场和地磁场两类地球物理场特征参数,是相关大地测量和地球物理学研究的基础资料，海洋重力测量和海洋磁力测量（合称海洋地球物理测量)则主要是顾及海洋区域所必须倚重的移动测量及其数据处理的基础测量分支，重点在于面向海洋区域的地球重力场和磁场要素,基于海、空载体平台的动态观测技术,以及基于所对应物理场基本理论的数据处理技术。与海洋地球物理调查技术手段具有相通性,因其在航天和物探等领域服务的重要性，成为海洋测量的重要组成部分，并取得一系列重大暴景阳，等：关于海洋测绘技术体系化归类与专业教育思考3进展9 3.2面向应用的服务技术体系海道测量从概念本源上既关注水的空间分布形态也关心水体的物理性质，也就是既侧重水体边界的几何场特征测定，也重视水文参数获取与表达。传统的服务目标重点在于但不限于航海。就服务舰船航行的这一主要目标看，它更指向一个特定行业，为航海图和航海图书资料编制提供包括沿岸（及岛礁)地形和助航信息、水域的水深、水下障碍物及底质类型，以及潮汐、潮流等多类型数据。这一实用任务实际对应于航海图测量的狭义海道测量理解。就包含的技术看，海道测量工作不仅应用海底（水下）地形（水深)测量、水文测量、水底采样和探测等技术，还包括控制测量、海岸带（及海岛礁）地形测量技术。除航海服务外，海道测量成果还应用于海洋科学研究、开发利用的多个方面。集成多类技术、服务于多任务的,以获取水域（包括内陆水域）水下地形和水文要素信息为重点内容的海道测量工作构成基础海洋测绘的主体,因此，国际海道测量标准和国标海道测量规范是整个海洋测绘的基础性技术标准。海洋工程测量是一个大的服务门类，包括对港口航道施工与运行维护、海上道桥交通基础设施建设施工与运行维护、海洋风电和其清洁能源开发利用场址勘选和施工运维、海底管线路由勘测与检测、以及海洋牧场建设等多种类型的测绘保障工作，与海道测量行业服务有一定相似性,均以海底地形地貌及特征物探测、海洋水文观测和精密定位等基本技术实现,更因任务的拓展性和灵活性,具有更多定制化特征。近年来，自然资源管理、环境保护与减灾服务等也不断对海洋测绘提出新需求，海域使用权认证、海洋划界,以及海洋测绘技术与海洋观测技术相结合的海洋立体观测监测网和智慧海洋建设等构成海洋测绘的新兴服务方向。此外需要说明，海洋大地测量是海洋测量较为年轻的学科分支,重点在于顾及海洋区域特点，支撑地球形状和外部重力场的研究，关注水下大地测量控制网建立的有关理论与方法（海洋大地测量出现初期的主要任务），海洋区域其他地理信息和地球物理信息基准建立与维持，以及关于海平面变化等全球问题研究。特点是与海洋科学、水声技术、卫星对地观测技术等理论和技术高度交叉融合，实现大地测量学理论和技术在海洋区域的延伸和扩展,是近年来研究和发展的重点方向之一，特别是在海洋4大地控制网研究方面较为活跃10 。该分支对海洋测绘相关技术或业务具有底层服务特征，但总体不是大众化的理论技术，而是较为理论化和高技术化的研究和应用主题。3.3通用型关键支撑技术体系无论何种要素测定和海上何种类型测绘服务，精密定位是测量实施的基础，水声技术渗透于海洋水体、水底观测和探测，以及水下定位的全方位应用。因此,高精度导航定位技术和水声技术是海洋测量最关键的通用技术。海洋遥感测量当今在国内外都已列为海洋测量的重要分支与方向，反映出遥感技术在海洋测绘领域的重要性和发展前景。但这类技术主要是通过对海洋要素测量、应用保障服务的特点而发挥其效能，同样具有多方位广泛渗透的特点。从海洋遥感技术对海洋地理和地球物理信息的认知与描述角度，除关注海岸带和海岛礁测图、监测与演变分析外,重点在于海洋水文观测中的应用。3.4海洋测绘的多学科交叉与多技术融合特征从海洋测绘的形成与发展，学科内涵看,具有多学科交叉的边缘学科特征。首先是鲜明的水文地理学烙印。从概念上海洋测绘学与水文地理学同源，是关于水的地理分布、性质及变化的科学。因此从属于水文学，也进一步从属于广义的地理学；其次是与海洋科学部分分支或海洋技术的深层次交叉渗透,部分内容与描述性海洋学密不可分，又由物理海洋学等现代学科分支提供理论基础；再次与地球物理学和海洋地质学的联系日益密切，特别是在海洋重力测量、海洋磁力测量服务及海底磁法探测、海底地貌认知方面。因此，国际上海洋测绘研究、教学等多设于海洋科学、地球物理学乃至地球科学学科领域。就海洋测绘的观测和探测技术而言，则是集空间定位技术、水声（和电子）技术、地球物理勘探技术、传感器技术、平台（运载)技术等特色类而成的服务海洋及地球其他水域认知与利用的综合类技术群，以海洋测量术语替代海道测量术语正是这种技术群的体现。从特色技术群的角度看，海洋测量具有海洋技术属性。4海洋测绘人才能力标准与培养4.1专业人才知识能力基本架构人类认知和开发利用海洋的日益旺盛需求是海洋测绘发展和拓展的显著需求牵引。科学技术水平的整体进步是海洋测绘技术进步的强力驱动。正是海洋测绘在需求牵引和技术驱动双重作用下，海洋测绘特别是海洋测量技术在相关学科理论的支撑下，不断更新对以海洋为主体的地球表面水域认知深度与广度，扩展着应用服务范围。专业化的海洋测量复合型人才应该在熟悉海洋科学、地球物理学、水声学和通用测绘科学技术等基本知识及相关法律法规的基础上，全面掌握面向要素的特色核心技术,系统把握一个或多个服务方向的技术综合集成与应用。国际海道测量师和国际海图制图师的能力标准,在2 0 17 年更新后，主要规定专业教育训练的核心技术要求，允许或鼓励专业化的灵活扩展，即不限定服务方向。以海道测量教育训练为例,除规定必要的数学、物理学、地球科学、信息与通信技术等基础科学或技术知识外,在B级标准中,将水声学、遥感、水位与流、定位技术、海洋环境、海道测量实践与海道测量数据管理等作为专业核心技术要求。而A类标准除科学基础知识外，则仅列有专业类教育训练模块，主要在B级标准基础上做适度扩展,更注重数据获取、处理和应用,并认为A类专业知识模块更适合于研究生教育层次12 。可见,国际标准所强调的主要是前文所归类的关键支撑技术和部分面向要素测定的核心技术。4.2基于技术归类的海洋测绘教学与实践国内海洋测绘本科学历教育当今分别依托测绘工程、地图制图学与地理信息工程、海洋技术、地球信息科学与技术等专业，设立海洋测绘方向及海图制图方向，开设特色专业课程。不同人才培养单位或以覆盖国际海道测量师和国际海图制图师能力标准为目标，保持与国际教育培训接轨3-4,或构建起兼顾相关科学和技术,海洋测绘分支技术和应用服务的课程体系1-2 ，保证了专业人才培养质量。武汉大学在原仅开设一门名为海洋测绘的宽覆盖度课程的基础上，自2 0 16 年起设立海洋测绘专业方向，设有海洋大地测量、海洋导航与定位技术、物理海洋学、卫星海洋学、水声学、海底地形测量及数据处理、水下声纳图像测量与处理、海洋水文测量、海洋工程测量、海道测量等10 门课程。总体而言顾及了相关学科理论或新技术的基础支撑作用,突出了海底地形测量的重要地位，海洋工程测量和海道测量则以选修课和讲座课形式,强调海洋测绘的专业服务保障功能。随着宽口径人才培养模式的推进，当今将海洋测绘教育设定为测绘工程专业的一个选修模块，由第43卷第3期海洋测绘、海洋水文测量、海洋潮汐学、海底地形地貌测量4门课程构成。按统分相济、突出重点、覆盖适中的原则,协调安排了相应的知识和技术点,基本做法是：以海洋测绘课程为通识课，保证知识覆盖面；以海底地形地貌测量学为核心，融合水声学、海底地形及图像数据获取与处理测量等内容,形成海底观测技术体系；突出海洋水文观测作为海洋测绘独立分支的重要性，融合物理海洋学、海洋水文观测和海洋遥感知识而形成整体，并作为水文环境知识基础支撑海底地形地貌测量数据处理；强调海洋潮汐对海洋测绘的重要作用,将基本理论自物理海洋学中提取出来,与水位观测方法和水位控制技术相结合而构成特色课程，进一步支撑海底地形地貌测量这一核心和其他相关应用方向。当然,这一模式的主要任务已从专业人才培养转变为扩充必要的知识面。5结束语海洋测绘特别是海洋测量专业领域所属分支庞杂，一方面反映出多学科交叉渗透、多技术集成、多目标服务的特点，另一方面也体现了专业技术其不断演进与发展的活力。本文将各分支技术按面向要素或目标认知属性、面向应用服务方向,以及通用型关键支撑技术进行归类，加深了对海洋测绘知识、技术体系的系统化认识，突出了不同分支的特点和作用,并应用于特定的宽口径人才培养模式的课程设计。希望在技术快速发展、需求日益旺盛的背景下，对海洋测绘理论技术体系的深层次把握和专业教育模式改进有所启示。暴景阳，等：关于海洋测绘技术体系化归类与专业教育思考绘,2 0 0 9,2 9(4):7 4-8 1.7申家双，翟国君，黄辰虎，等海洋测绘学科体系研究（一）：总论J,海洋测绘,2 0 2 1,41（1)：1-7.8申家双，翟国君,陆秀平，等海洋测绘学科体系研究（二）：海洋测量学J.海洋测绘,2 0 2 1,41(2)：1-11.9黄谟涛，邓凯亮，欧阳永忠，等海空重力测量及应用技术研究若干进展J武汉大学学报（信息科学版),2 0 2 2,47(10):16 35-16 50.10 杨元喜，徐天河，薛树强我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展J.测绘学报,2 0 17,46(1)：1-8.【11暴景阳为建设海洋强国提供基础技术支撑一海洋测绘发展状况与方向N.中国国土资源报，2 0 18-0 5-0 3(第5版）.12 MILLERK，,A RM ST RO NG A,FU M ESS R,e t a l.Maintainingthe Standardsof CompetenceforHydrographic Surveyors and Nautical Cartographers:AModern ApproachJ.International Hydrographic Review,2017,18:7-22.5参考文献：1阳凡林，卢秀山，于胜文，等海洋测绘专业教育的发展现状J海洋测绘,2 0 17,37(2：7 8-8 2.2郭立新，沈蔚，邱振戈海洋测绘学科体系及其专业建设的探讨J.测绘通报，2 0 15（4）：12 9-132.3殷晓冬，刘雁春，张立华，等.海洋测绘专业通科人才培养模式的探讨J海洋测绘,2 0 0 4,2 4(2：59-6 2.4李树军,郑义东，殷晓冬.国际海洋测绘教育培训特点及发展对策J.海洋测绘,2 0 12,32(4)：7 4-7 7.5翟国君，黄谟涛，欧阳永忠，等.关于海道测量与海洋测量的定义问题J海洋测绘，2 0 12,32（3）：6 5-7 2.6翟国君，黄谟涛我国海洋测绘发展历程J海洋测Thoughts on the systematic category and professional education of hydrographyBAO Jingyang,ZHAO Jianhu,WANG Aixue(School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,Wuhan 430079,China)Abstract:In order to deeply understand the knowledge and technical systems of hydrography,the subdivisions ofmarine surveying are categorized with those groups focused on objective descriptions,applications and supporttechnologies respectively,based on the analyzation of the concept formulation,discipline and characteristics ofhydrography.A professional education mode which supported by interdisciplinary theories,key technologiesintegration and diversified services is constructed.The new categorization will clarify the internal connectionsamong subdivisions,highlight the objective properties description,manifest the present situations oftechnologies and their applications of hydrography,and also adapt to the design of competence for hydrographicsurveyor and of flexible professional education mode.Key words:hydrography;systematic categorization;objective description;application service;supportingtechnology;professional education