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高分辨率海底地形地貌学是海洋地质与海洋测绘的一个前沿分支，为了解地球外部形状、海底构造运动、海底演化提供了直接依据。近20 年来，以高精度多波束测深、侧扫声呐和浅地层剖面等为主要技术手段的高分辨率海底地形地貌探测得到快速发展，是国际海洋地学研究的前沿和方向之一，促进了传统海底地貌学向高分辨率和定量化方向的发展，在大陆架划界、海底资源调查、海洋工程建设和海洋军事应用等方面得到了广泛应用。

海底是水圈、生物圈和岩石圈的重要地质界面，其不仅记录了水圈、生物圈和岩石圈相互作用的详细信息，还记录了海陆相互作用的过程和海陆变迁的历史，气候演化旋回和沉积过程，板块裂离产生、运动和俯冲消亡的历史，因此，海底为研究古气候、古环境、地貌和板块构造等提供了重要的素材。同时，海底还蕴藏着丰富的烃类资源( 石油、天然气和天然气水合物等)、热液硫化物、富钴结壳、多金属结核和深海生物基因等资源，是世界海洋科学研究的重要对象。

海底地形是了解地球外部形状、海底构造运动、海底演化的直接依据，也是海洋经济开发、海洋科学研究和海洋军事应用等方面的重要基础数据。海底地貌是自然作用过程孕育的记录，是一部海岸与海底发展历史过程的“天书”。调查研究海洋地貌类型、物质结构与组合特征的过程，就是判读“天书”，解译海洋地貌的成因、变化状态与发展趋势的过程。中国传统管辖海域面积超过300 万km，包括“四海一洋”：渤海、黄海、东海、南海和台湾以东的太平洋海域。中国海海底地貌类型多样、成因复杂，是一部名副其实的“天书”。研究中国海海底地形地貌特征、沉积结构及发育演变趋势，具有极其重要的科学意义。

近20 多年来，人类作用已经成为地球系统中的第三驱动力并广受关注，对于人类活动背景下的河口与海岸地形地貌演变规律的研究，既有重要的科学意义，更有重要的工程实际应用意义。大陆架上的自然资源主权属沿海国所有，但在相邻和相对沿海国间，存在具体划界问题。近十余年来，大陆架划界因关系到国家海洋主权权益、资源利益和国家安全，已成为全球沿海国海洋权益争夺的新焦点，海底地形地貌是确定大陆架划界界限必不可少的证据；中国“四海一洋”海疆广阔，但与周边邻国存在诸多划界争议，亟须深化海域划界研究。因此，开展海底地形地貌学的划界应用研究对于维护中国海洋权益更具有重要价值。

20 世纪20 年代，回声测深技术的出现促进了海底地形地貌学研究的第一次飞跃。基于大量测深数据编绘的大西洋、太平洋和印度洋图集，揭示了绵延数万千米的大洋中脊和转换断层等巨大地貌单元，为板块构造学说的诞生与发展奠定了重要基础。当前，以多波束测深系统为代表的先进的海底探测技术正在促进海底地形地貌学研究的第二次飞跃。多波束测深系统具有全覆盖、高分辨率和高精度的优点，将海底地形地貌的空间分辨率从单波束测深时代的10～1km 级提升至现在的10～1m 级。多波束测深系统能分析过去单波束资料难以揭示的海底地形地貌精细特征，将促进海底地形地貌学从定性研究向高分辨率与数字化研究发展。

多波束测深系统、浅地层剖面仪和侧扫声呐系统等地形地貌探测设备已经在当代海洋工程、海洋开发、海洋研究、海底资源环境调查中发挥着极其重要的作用。从航道维护与疏竣到海洋工程的勘测和施工，从边缘海大陆架的勘测到大洋多金属结核及富钴结壳资源的调查，均是这些设备的用武之地。因此，我们有必要对这些技术的国内外研究现状进行总结、分析和对比，了解目前国内在这些领域的研究水平及其与国际研究间的差距，发现存在的问题，为后续的海底探测和研究探明方向。

通过新中国成立以来数十年的发展，尤其是近20 年来，在国家重大科技项目的支撑下，中国的海洋探测设备研制取得了长足的进步。例如，在多波束测深系统研制方面，哈尔滨工程大学、中国科学院声学研究所、浙江大学等分别研制了不同型号的浅水多波束系统，中国科学院声学研究所牵头研制了全海深多波束测深系统，其中有些产品已经商业化。在运载平台方面，中国已经研制了ROV、AUV、无人艇和无人机等多种产品，有些产品可与国际产品媲美，“蛟龙号”更是其中的佼佼者。此外，海底原位观测仪器、海底观测网、深海工作站研究等方面也取得了优异成果。这些自主研制的海洋技术装备已改善了中国海洋环境的监测能力，提高了中国综合开发、利用海洋资源和海洋灾害防治的能力，还为海域划界和海洋权益维护提供了有力支撑。但需要指出，目前的海底探测技术还远未形成体系，在中国海洋调查中还在大量使用国外设备，国产设备更少有走出国门销往国外的，因此，中国急需发展生产海洋探测技术装备的民族产业。

海洋探测技术正从单一性能仪器向综合性能仪器发展，如中国已经开始研制集多波束、浅地层剖面和侧扫声呐功能于一体的新型装备。随着传感器技术向“小、精、尖”方向发展，可预见有更多“瑞士军刀”式的多功能海洋仪器设备涌现，既能节省设备购置成本，又能降低调查成本。海洋探测正由传统船载走航式向“自主航行”式及海底原位长期观测方向发展，无人船、无人机、AUV、Glider 等自主航行器已经开始出现在现代海洋调查中，把传统的船载设备无缝移植到这些自主航行器中，在近岸岛礁、复杂浅滩、陆坡峡谷和深海极端环境中进行精密探测，建立“空、天、陆、海”一体的海洋立体探测与观测技术体系，对海洋进行长期实时在线观测必将是全球未来发展的大趋势。

无论是多波束测深系统、侧扫声呐系统，还是浅地层剖面仪，由于受仪器自噪声、海况因素、声呐参数设置和声速剖面等因素的影响，测量资料不可避免地存在假信号，因此，对这些设备采集的资料进行精细处理是必不可少的一环，也是进行深层次开发、应用的基础，一套好的勘测设备还应该有与之匹配的后处理软件。多波束测深系统使用最为广泛，一般的商用多波束系统都附带一套相应的后处理成图软件，用于处理自身系统勘测的多波束数据。在笔者导师金翔龙院士的领导下，中国启动了首期海洋863 重点项目“海底地形地貌与地质构造探测技术”（820-01-01），开启了中国自主海底地形地貌处理技术的研究。

在海底地形地貌探测与研究方面，中国也取得了诸多成果。中国先后在中国海域执行了多个重大国家海洋专项，如国家海洋勘测专项（2000～2003年）、西北太平洋专项（2004～2006 年）、外大陆架专项（2006～2008 年）、中国近海海洋环境调查专项（2008～2010 年）、海洋地质保障工程（2010 年至今）、全球海气相互作用专项（2012 年至今）等，通过这些专项任务，中国完成了中国海大部分海域的全覆盖探测，地形地貌测线超过200 万千米。在此基础上，先后编制了系列图件，获得了一批高质量的研究成果，如《南海海洋图集——地质地球物理》（2007 年）、《东海区域地质》（2008 年）、《中国近海海洋图集——海底地形地貌》（2013 年）、《中国近海海洋——海底地形地貌》（2013 年）、《中国近海自然环境与资源基本状况》（2015 年）。

系统总结近20 年来中国在海底地形地貌学科中所取得的成果，揭示存在的问题，进一步促进中国海洋科学的发展，也是编写《高分辨率海底地形地貌》的目的之一。首先，要提升理论研究水平，理论研究是进行海洋仪器研制和软件开发的基础，没有高水平的理论研究作为后盾很难研制出高精度的海洋仪器，也不能开发出满足海洋调查研究需求的数据处理软件。目前，中国在多波束和侧扫数据处理方面已经进行了一些理论探索，但在海底声探测技术原创性探索方面仍有较广阔的发展空间。其次，要加强数据利用，通过数十年的海洋调查，中国已经积累了一批高质量的海底声探测数据资料，包括单波束测深、多波束测深、侧扫声呐图像和浅地层剖面等，这些数据资料涉及的海区包括近海海岸带、大陆架专属经济区、边缘海盆地和国际海底区域等。在调查资料的基础上进行深层次的理论研究，发现并解决存在的海底科学问题，从而为海洋资源的开发利用和海洋权益维护提供及时服务。

吴自银等著．北京：科学出版社，2017.12

ISBN 978-7-03-052902-2

探测处理理论与技术分册系统论述了海底地形地貌探测与数据处理等方面的内容。

吴自银等著．北京：科学出版社，2017.9

ISBN 978-7-03-052904-6

责任编辑：张井飞韩 鹏 白 丹

可视计算与科学应用分册系统论述了成图技术和科学应用研究等方面的内容。

本书体现了系统性和全面性的特点，按照海底地形地貌学科的特点，囊括了海底地形地貌探测、处理、成图和应用研究等方面；还体现了创新性和前瞻性的特点，尤其是在处理技术和成图技术方面，其是著作团队多年研究成果的总结，其中一些技术还申请了国内和国际发明专利；为便于广大读者了解如何基于地形地貌数据进行科学研究，还特别突出了实用性和应用性，这在同类著作中是少见的。

吴自银研究员长期从事海底地形地貌探测与研究工作，我见证了他从一个青年学子向中年科技工作者成长的历程，他领导的海底地形地貌团队取得了诸多科研成果，这些成果已经服务于国家军事、外交、科研和划界等多方面。《高分辨率海底地形地貌》从学科发展和从业需求的角度，对海底地形地貌信息的获取、处理、分析和应用等进行了系统的论述，可作为海底探测行业的技术参考书，期待其在我国海底探测技术的发展中发挥更大作用。

中国工程院院士

本文摘编自《高分辨率海底地形地貌：探测处理理论与技术》（ 吴自银等著．北京：科学出版社，2017.12）一书“前言”“序言”，有删减，标题为编者所加。

（本文编辑：刘四旦）

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