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海底地形地貌調查導航定位技術要求

1范圍

本文件規定了海底地形地貌調查導航定位的調查內容、一般要求、調查準備、調查實

施、調查數據處理、成果、調查資料和成果歸檔等要求。

本文件適用于研究海洋沖刷、侵蝕和淤積對海岸和水下地形、地貌的影響變化等海底

地形地貌調查中的水面船舶和水下平臺的導航與定位，其它類型海洋調查的高精度導航定

位可參考使用。

2規范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日

期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包

括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T12763.10—2007海洋調查規范第10部分：海底地形地貌調查

GB/T18314—2009全球定位系統（GPS）測量規范

GJB427A—2009艦艇慣性導航系統設計定型試驗規程

DZ/T0360—2020海洋地質調查導航定位規程

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

定位系統positioningsystem

以確定空間位置為目標而構成的相互關聯的一個集合體或裝置（部件）。

注：由衛星定位系統(satellitepositioningsystem)和水下聲學定位系統(underwateracousticpositioning

system)兩部分所組成。

3.2

海底地形地貌調查submarinetopographyandgeomorphologysurvey

以測量海底起伏形態和地物為主的海洋調查工作。

3.3

1

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聲學應答器acoustictransponder/responder

安裝在水下探測載體上，用于檢測詢問聲學（或電）信號并應答定位聲學信號的裝置。

3.4

斜距slantrange

聲學基陣原點距聲學應答器的直線距離。

3.5

測距儀distancemeasuringequipment

測定聲學基陣和應答器之間斜距的設備。

3.6

超短基線定位系統ultrashortbaselinepositioningsystem

基線長度（兩個聲學換能器之間的直線距離）小于1m的聲學定位系統。

注：該系統通過測量聲學應答器到超短基線聲學基陣原點的斜距和應答器在聲學基陣坐標系統中的

方位來完成對應答器的定位。

3.7

長基線定位系統longbaselinepositioningsystem

基線長度大于100m的聲學定位系統。

注：該系統通過測量3個及以上聲學應答器到測距儀的斜距進行交匯解算來完成對測距儀的定位。

3.8

水下信標underwaterbeacon

配合長基線或超短基線進行水下定位的聲學設備。

3.9

水平轉角horizontalangle

聲學基陣原點至目標的方向線在xy水平面上投影與聲學x軸方向的夾角。

注：水平轉角在水平面上由0~360o的范圍內，按順時針方向量取。

3.10

垂直轉角verticalangle

聲學基陣原點至目標的方向線與聲學z軸方向的夾角。

4調查內容

2

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4.1調查概述

采用GNSS、姿態儀、長基線、超短基線等水面及水下導航定位及測姿系統為海底地

形地貌的調查提供準確的位置、速度、姿態等信息及服務。

4.2工作內容

海底地形地貌調查導航定位基本工作內容包括：導航設備安裝、調查導航設備參數測

定、船載GNSS導航定位、水下超短基線定位、水下超短基線聯合長基線定位、數據處理

與歸檔。

5一般要求

5.1平面坐標系

采用2000國家大地坐標系（Chinageodeticcoordinatesystem2000,CGCS2000）。采用

其他坐標系時，應當建立與CGCS2000的轉換關系。

5.2高程基準

采用1985國家高程基準。對于遠海及極地，可采用平均海平面作為高程基準。

5.3深度基準

采用理論最低潮面。采用其他深度基準時，應與理論最低潮面建立轉換關系。

5.4投影方式

主要采用墨卡托或通用橫軸墨卡托（UniversalTransverseMercator,UTM）投影，或與

測量區域相適應的投影方式。

5.5時間系統

采用北京時間和世界協調時（UniversalTimeCoordinated,UTC），當采用其他時間系

統時，應建立與北京時間和UTC的換算關系。

5.6水面導航定位系統

水面導航定位系統利用GNSS及安裝在船上的羅經，實現水面導航定位，并符合以下

要求：

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a)應具備獨立的衛星定位系統；

b)衛星信號（包括校正信號）穩定可靠，并具有不中斷作業的能力，定位信號和誤

差校正信號的作業距離應覆蓋整個作業區域；

c)衛星差分信號定位精度應優于1.0m。

5.7水下導航定位系統

水下導航定位系統利用船載GNSS系統、船載超短基線及水下長基線陣列，實現水下

導航定位，并符合以下要求：

a)衛星定位、水下定位等系統數據通信正常；

b)定位水平精度優于5.0m，當使用實時衛星差分時，定位水平精度優于1.0m；

c)超短基線的定位精度優于斜距的0.5%；

d)長基線的定位精度優于10.0m。

5.8質量控制

質量控制要求如下：

a)調查人員經崗前培訓，由專業人士對調查人員進行理論培訓、設備實操訓練、故

障應對方法以及維護保養方法，具備本專業調查能力；

b)調查儀器設備送檢或校準，在有效期內，設備校驗有效期限不大于1年；

c)調查過程符合綜合導航定位實施方案、聲學導航定位試驗大綱、超短基線定位系

統、長基線定位系統等儀器檢定/校準報告等本文件的要求；

d)按調查要求對調查數據開展精度和質量評估，精度和質量應滿足5.6、5.7節要求。

6調查準備

6.1技術設計

針對調查區域進行資料收集、明確技術要求、安全風險預判，制訂安全應急預案、質

量保證措施、進度保證措施，預期提交成果類型，技術設計包括以下內容：

a)海底調查對導航定位要求；

b)工區概況，包括：自然地理和歷史地形地貌等，潮位、助航標志、礙航物等水文

或航行相關資料；

c)導航定位采用的坐標系、投影及其參數：所有調查測線的經度、緯度和相應的投

影坐標數據；

d)測量船、導航定位、采集設備以及設備檢驗項目和技術指標；

e)施工方法、作業參數和技術要求；

4

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f)測量技術選擇。

6.2導航設備校驗

6.2.1一般要求

用于海底地形地貌調查的導航儀器，應進行檢定或校準，只有檢定或校準合格且在有

效期內，方可使用。

6.2.2GNSS校準

在作業任務實施前，應按以下步驟進行GNSS校準：

a)GNSS接收機以1s采樣率在C級以上GNSS參考點上進行校驗，靜態數據觀測

時間不少于24小時；

b)對于有GNSS衛星差分信號的測量，水平誤差優于1.0m；

c)結束后填寫海底地形地貌調查GNSS設備穩定性實驗記錄表（見附錄A的表A.1）。

6.2.3水下導航定位系統校準

在作業任務實施前，應按以下步驟進行水下導航定位系統校準：

a)測量GNSS位置與基陣位置的X、Y、Z三個方向的安裝偏差，作為測量初值；

b)在海底布放校準信標，母船與信標進行測量；

c)母船航行校準航跡，采集校準數據；

d)校準完畢后，計算校準結果，并輸入到系統中；

e)航行精度驗證航跡，統計校準后精度，評價校準結果（超短基線的定位精度優于

斜距的0.5%，長基線的定位精度優于10.0m）。

6.3導航定位聯機調試

在作業任務實施前，需要按以下步驟進行導航定位聯機調試：

a)檢驗設備是否有外觀破損、腐蝕、螺絲松動、密封圈失效等情況。

b)設備進行通電自檢，檢查各設備是否工作正常。

c)核對對外數據接口以及數據協議，并進行模擬測試。

d)水下導航定位設備還要進行吊放測試，包括定位功能、通信功能、觸發功能、傳

感器數據解析功能等。

7調查實施

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7.1導航設備安裝

7.1.1水面導航設備安裝

按照水面導航定位要求進行地形地貌調查導航設備的安裝：

a)船載GNSS設備應安裝在無衛星遮擋及無線電、雷達信號干擾的地方；

b)GNSS設備和調查船上電源、信號處理單元、接收機、顯控單元等的連接正常。

7.1.2水下導航設備安裝

按照水下導航定位要求進行地形地貌調查導航設備的安裝：

a)聲學換能器基陣剛性固定到調查母船的升降裝置上，要求艏向朝船頭，誤差不大

于1.5°，升降裝置保證基陣能伸出船底不小于1m；

b)信號處理機安裝到實驗室安裝柜中，保持設備良好的接地；

c)水下聲信標剛性固定在待測設備上，保證換能器伸出設備本體四周±90°無遮擋。

7.2作業測試

7.2.1水面導航定位測試要求

根據安裝好的水面導航定位設備進行以下相關測試：

a)GNSS采集數據是否正常；

b)信號處理單元、接收機和顯控單元接收導航定位數據是否正常。

7.2.2水下導航定位測試要求

根據安裝好的水下導航定位設備進行以下相關測試：

a)超短基線定位、長基線定位系統測試：開啟超短基線、長基線定位系統，對信標

進行應答定位測試；

b)測試應答信標與同步發射信標是否正常。

7.3海上測量實施

7.3.1衛星定位系統

在設備測試正常后，衛星定位系統操作應注意以下幾點：

a)衛星定位作業執行GB/T18314—2009和DZ/T0360—2020中6.3.1相關規定；

b)作業期間保證能觀測到的GPS衛星數大于等于4顆，衛星高度角大于10°；

c)衛星位置幾何圖形強度因子（PositionDilutionofPrecision,PDOP）值統計小于5；

6

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d)填寫海底地形地貌調查導航工作日志（見附錄B的表B.1），其它設備可以參考此

表同步進行記錄。

7.3.2水下導航系統

7.3.2.1水下超短基線定位

設備測試正常后，超短基線定位實施按如下步驟進行：

a)校準信標錨系布放入水；

b)開啟超短基線定位系統，按規定航線航行，保存數據，利用保存的數據完成超短

基線定位系統的校準計算，并導入系統；

c)收回錨系信標，完成系統標校；

d)作業設備搭載水下聲信標入水，超短基線定位系統實時定位跟蹤作業設備的位置；

e)填寫水下導航定位記錄表（見附錄C的表C.1）及水下導航定位設備校準記錄表（見

附錄B的B.3和附錄D的表D.1、表D.2、表D.3），其它設備可以參考此表同步進行

記錄。

7.3.2.2水下超短基線和長基線聯合定位

設備測試正常后，水下超短基線和長基線定位實施按如下步驟進行：

a)逐個完成長基線信標陣的布設；

b)開啟超短基線定位系統，逐個繞長基線信標規定航線航行，保存數據，利用保存

的數據完成水下信標陣絕對位置的計算；

c)將水下信標陣絕對位置計算結果輸入作業設備長基線定位系統；

d)水下作業設備入水，到達長基線信標陣附近按照測線航行，進行長基線定位；水

下超短基線同時對水下作業設備的水下活動進行定位跟蹤；

e)填寫水下導航定位記錄表（見附錄C的表C.1）及水下導航定位設備校準記錄表（見

附錄D的表D.1、表D.2、表D.3），其它設備可以參考此表同步進行記錄。

7.4現場整理

7.4.1資料整理

根據以下幾點進行資料整理，資料齊備即滿足要求：

a)綜合導航定位實施方案；

b)超短基線定位系統、長基線定位系統等儀器檢定/校準報告；

c)聲學導航定位試驗大綱；

d)數據采集記錄存儲介質；

e)調查區基本參數；

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f)調查航跡圖；

g)操作和作業記錄；

h)綜合導航定位班報表（見附錄B的表B.2）；

i)導航定位作業總結報告。

7.4.2設備整理

根據以下幾點進行設備整理，資料齊備即滿足要求：

a)數據備份與存儲；

b)資料檢查；

c)導航設備檢查、回收、清潔、保養和裝箱；

d)編寫導航定位工作報告與地形地貌測量工作報告。

8調查數據處理

數據處理內容包括：

a)水下信標絕對位置標定

母船圍繞水下聲信標航行標校航跡，標校設備與水下聲信標進行交互，并記錄測距結

果和實時GNSS以及姿態信息。融合各測量數據獲取水下信標的絕對位置。

b)水下信標相對陣型標定

水下長基線信標陣各測元之間分別進行相對距離測量，獲得幾何陣型的測邊結果，結

合信標絕對位置標定結果和深度測量結果，進行基陣網整體平差，實現水下信標相對陣型

標定。

c)超短基線定位系統安裝偏差校準

水下布放聲信標，母船圍繞水下聲信標航行校準航跡，航行期間對超短基線定位系統

與水下聲信標進行實時定位，并記錄定位結果和實時GNSS以及姿態信息。融合各測量數

據，獲取超短基線基陣與GNSS以及姿態傳感器的安裝偏差，并對安裝偏差進行校準。

d)水平定位誤差統計

水平定位誤差統計執行GJB427A—2009中6.1相關規定。

e)格拉布斯準則野值剔除

格拉布斯準則野值剔除執行GJB427A—2009中“格拉布斯準則剔除可疑數據方法”

相關規定。

f)非線性內插

針對傳感器測量數據缺失點，融合歷史測量數據和實際測量情況，對缺失點的數據進

行合理估計。

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9成果

9.1數據要求

成果數據要求如下：

a)導航定位數據符合GB/T18314—2009中第13章和DZ/T0360—2020中第7章的要

求，各類數據如實記錄；

b)導航定位數據包括：船舶測線名、水下作業平臺測線名、UTC時間、定位系統天

線位置坐標、超短基線聲學基陣位置坐標、長基線信標布陣點坐標、水下作業平

臺位置坐標。

9.2圖件要求

圖件主要為船舶航線和水下作業平臺測線航跡圖，圖件繪制按照GB/T12763.10的第9

章執行。

9.3報告要求

報告主要為海底地形地貌調查航次概況、設備介紹、數據處理流程及質量評估、存在

的問題與建議，報告應包括以下內容：

a)航次概況；

b)衛星導航定位設備介紹；

c)聲學導航定位設備介紹；

d)衛星導航定位數據處理流程及質量評估；

e)聲學導航定位數據處理流程及質量評估；

f)存在的問題與建議。

10調查資料和成果歸檔

10.1歸檔要求

調查資料和成果歸檔與上交的一般要求如下：

a)上交的各種資料和成果的內容必須真實、準確，裝訂整齊有序，標示清晰；

b)各級檢查應形成相應的質量檢查報告，與成果資料一并歸檔；

c)上交的紙質文檔、圖件應與電子成果一致；

d)各類數據應提供格式說明，并提交文本格式的數據文件。

10.2歸檔內容

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調查資料和成果歸檔與上交的內容如下：

a)技術設計書、實施方案及任務合同書等相關文件；

b)超短基線定位系統、長基線定位系統等儀器檢定/校準報告（含自校或送檢報告）；

c)船配置參數文件（含船型、各設備相對位置及校準參數）；

d)定位及姿態改正資料；

e)聲速改正資料（含聲速剖面或溫度、鹽度和深度等調查資料）；

f)處理過程數據；

g)現場記錄班報及航次報告；

h)后處理班報及技術總結報告（即資料處理報告）；

i)質量評價報告；

j)測線航跡圖；

k)資料清單。

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附錄A

(資料性)

海底地形地貌調查GNSS設備穩定性實驗記錄表

海底地形地貌調查GNSS設備穩定性實驗記錄表見表A.1。

表A.1海底地形地貌調查GNSS設備穩定性實驗記錄表

儀器型號日期年月日

參數設置例如，采樣間隔、高度角、PDOP因子等。

檢驗持續時間

（h）

點位分布圖

備注（說明觀測

的衛星類型、點

位穩定性評價

等）

填寫人審核人

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附錄B

(資料性)

海底地形地貌調查導航工作日志及班報

海底地形地貌調查導航工作日志見表B.1，導航定位班報見表B.2。水下導航定位信

標站位記錄見表B.3。

表B.1海底地形地貌調查導航工作日志

任務名稱任務編號

調查船儀器型號

日期年月日調查海區

天氣海況主要記錄包括：氣溫、風速、風向、流速流向、海面狀況等

儀器狀況主要記錄包括：導航定位設備的工作狀況

測線完成主要記錄包括：已完成的測線編號及測線長度

質量評價導航定位調查設備的數據質量

備注說明安全生產、特殊情況等

填寫人審核人

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表B.2綜合導航定位班報表

測區調查船航次測線日期海況

水下探測器平面位置精

測線長度

時間測線號航向（°）載體速度緯度（°′″）經度（°′″）度因子文件名操作者備注

（km）

（kn）（HDOP）

技術負責班組長

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表B.3水下導航定位信標站位記錄表

測區調查船航次日期海況

深度標定精度

時間信標編號緯度（°′″）經度（°′″）操作者備注

（m）（m）

技術負責班組長

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附錄C

(資料性)

水下導航定位記錄表

水下導航定位記錄表見表C.1。

表C.1水下導航定位記錄表

站位號

站位任務

裝備使用前狀態

作業起始時間作業起始經緯度（°′″）

作業深度（m）

測量時間（h）測量方式

作業結束時間作業結束經緯度（°′″）

裝備使用后狀態

使用情況概述

聲速數據

數

據

姿態測量數據

匯

總

GNSS測量數據

任務完成情況

記錄人日期

負責人日期

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附錄D

(資料性)

水下導航定位設備校準記錄表

水下導航定位設備校準記錄表（超短基線定位系統）見表D.1，水下導航定位設備校

準記錄表（水下聲信標）見表D.2，水下導航定位設備校準記錄表（長基線定位系統）見

表D.3。

表D.1水下導航定位設備校準記錄表（超短基線定位系統）

設備名稱規格型號

設備編號校準日期

校準環境

外觀檢查

分系統組成檢查

校準項目校準設備技術要求實測值校準結果

定位功能

融合外接傳感器數據功能

定位導航顯示功能

數據處理軟件功能

斜距準確度（m）

角度準確度（°）

斜距重復性

水平轉角重復性

垂直轉角重復性

電氣性能

抗干擾性能

備注

校準校核日期

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表D.2水下導航定位設備校準記錄表（水下聲信標）

設備名稱規格型號

設備編號校準日期

校準環境

外觀檢查

分系統組成檢查

校準項目校準設備技術要求實測值校準結果

應答功能

最大靜水耐壓（Mpa）

通信指令檢測功能

聲源級（dB）

最小檢測聲級準確度

（dB）

轉發時延準確度（ms）

最小檢測聲級重復性

轉發時延重復性

電氣性能

抗干擾性能

備注