近岸海洋水深测量中几个问题的探讨

吴春节，王智明，吕楚男

(宁波市测绘设计研究院，浙江宁波 315042)

近岸海洋水深测量中几个问题的探讨

吴春节∗，王智明，吕楚男

(宁波市测绘设计研究院，浙江宁波 315042)

从海洋测绘的实际生产出发，阐述了测线布设、无验潮模式测深、与潮位改正精度评定三种提高测量精度与效率的方法和技术，为今后的海洋测绘技术设计以及数据处理提供方法和技术参考。

单波束测深；潮位外推精度；无验潮

1 引 言

海洋勘察测绘是建设海洋强国的基础性工作，也是开发利用海洋自然资源于空间资源的保障工作。宁波市域海洋测绘是浙江省海洋测绘工作的重要组成部分，也是宁波市建设海洋经济强市的基础保障工作。海洋测绘与陆地测绘相比有诸多特点:①陆地测量是测量某一物体的空间位置，海洋水深图测绘是定位与测深的结合。在水面以上，位置的测量是用无线电定位方法；在水下，水深的测量是通过超声波的方法。②海洋测量是在测量船上这一动态环境下进行施测的，受风浪、涌浪和潮汐等因素的影响，没有严格意义上的重复观测，精确测量难度大，由于海洋测量的特点，要从前期准备和技术设计以及后期数据处理上要考虑多方面因素才可以有效地削弱测量错误。本文从浙江省宁波市域海洋测绘工程项目作为实例，对野外施测的测线布设方向对测深精度的影响、无验潮测深模式的精度分析以及潮位改正精度的评定方法三方面进行了分析和阐述。

2 测深线布设方向

测深线方向是海洋测绘所要考虑的一个比较重要的因素，测深线布设的合理与否会直接影响测量数据的准确度。测深线方向的选取要考虑以下几个因素:①测区季风以及涌浪和波浪的方向；②涨潮落潮的潮水流动引起的测船吃水的变化；③测量船行驶过程中在船底产生气泡，声波遇到气泡后反射形成错误的回波信号，对测深数据质量有严重的影响，用平底船作为测量船时气泡的影响尤为严重。测量船受涌浪影响而横摇纵摇和上下升沉的大小与船速、波向角、波高和波周期有关。在波向角为90°时(即横浪)，是影响值大小曲线的拐点；并且波向角为0°(随浪)与波向角为180°(迎浪)的影响不完全一致。测船迎浪的影响相对要小一些[1]。这要求我们在布设测深线的时候收集当地涌浪方向的资料，测线方向与涌浪垂直、在条件允许的情况下尽量用大船。

图1 等深线图

如图1所示是测区内某一段的等深线，北面等深线比较平滑的4条测线是同一天测量的，南面等深线有规律的弯曲是另一天涌浪比较大、横浪时候施测的。比较两天测量的水下地形图等深线，横浪、涌浪比较大的一天的测量值比涌浪较小的误差大3 cm左右。这是由于测深仪采用便携式安装方式安置在船舷一侧，受涌浪持续作用力的影响，测量船的左右摇摆的平衡位置与静态时的平衡位置有偏移，测量船背向涌浪方向倾斜，导致吃水与静态时测量的吃水有差异，在测量船沿测线来回测量时测量数据经过平滑处理成图，等深线会呈波浪形弯曲。虽然误差大小并不大，但是在平坦的海域很小的误差就会引起等深线较大的弯曲，如果不仔细观察会以为测量数据有很大的质量问题，必须对数据进行一定的处理。所以对于换能器船舷安装时，测线布设应该尽量垂直波向与涌向，在测量时很有必要记录当时的海况，包括当时的波向涌向以及波高和涌高。

3 无验潮模式与潮位改正模式的优缺点与误差分析

随着全球定位技术以及RTK技术的发展，RTK测量技术在沿海近岸以及内河航道的水深测量中的优越性日益凸显。RTK高程信号和Heave信号融合还可以提高最终测量成果的精度[2]。RTK用于海洋测绘有两种方式:架设基站方法和网络RTK方法，架设基站发射功率高、信号强，一般不会发生信号中断的情况，但是需要多一台GPS接收机作为基准站，还需要有专人看守，比较麻烦；NBCORS网络RTK高程测量的中误差为0.022m[3]，只需要一张手机卡，在手机有信号的地方就可以实现测量，缺点是:有时会因为网络原因导致信号中断，信号一旦中断就会造成数据的丢失，必须及时发现，测量船掉头重新测量，这样严重影响了施测效率。潮位改正模式一般是用信标机定位验潮仪采集水面高程。定位精度较低但对于海洋测绘精度足够，网络稳定。

图2 受涌浪影响的测深示意图

测量船在海上受涌浪的影响会发生倾斜，由于无验潮模式用来计算水下高程的测量值是GPS椭球高经过似大地水准面精化后推算的85高程，而潮位改正模式使用的是海水面，二者受测船倾斜影响而产生的高程误差不同，如图2所示:测船受涌浪的影响而倾斜，图上三角形的斜边是声线，根据相似三角形原理有:

其中H水:水面到海底的垂直高度，S水:测量水深记录值，HG:GPS接收机到海底的高度，SG:GPS接收机到海底的测量记录值。接收机为了得到良好的信号需要离开测船一定高度，所以SG＞S水。

从以上分析可知:记录值与真实值的差距(误差)，无验潮模式大于潮位改正模式，无验潮模式测深对于船舶横摇纵摇的影响更大。

4 验证潮位改正精度的一种方法

海洋测绘是测量船在海面上测量海底相对于海水面的深度，而海水面由于日月引力的影响周而复始地做固定周期的升降运动，因此必须确定一个固定的深度基准作为参考(如85高程基准)，将瞬时测量的水深值归算到85高程基准的高程值就需要设立验潮站测量海面的瞬时高程值进行潮位改正。潮位改正的目的是尽可能地消除测深数据中的海洋潮汐影响，将测深数据转化为以当地深度基准面为基准的水深数据。在实际测量中不可能观测测区内每一点的潮汐变化值，所以，水位观测通常以“点”代“面”的改正方法[4]。潮位改正方法主要有单站潮位改正法、线性内插法、水位分带法、时差法和参数法等，每种方法都有自己的假设条件，所以在潮位改正时一定会存在误差。目前，我国对于水位改正的精度还没有给出具体的规定，但是GB12327-1998《海道测量规范》给出了“相邻验潮站之间的距离应满足最大潮高差不大于1m，最大潮时差不大于2 h，且潮汐性质基本相同”的规定。考虑到现在高速发展的海洋测绘技术以及仪器条件比1998年颁布《海道测量规范》时要高许多，可以用外推法或者内插法对潮位数据的精度进行一定的评估，具体方法是:在确立验潮站布设方案之后，在呈三角形设置的验潮站中间位置投放一自容式验潮仪(或者人工在测区内的几个小岛上不同时间不同位置分别观测7 h)与水位分带法计算的该位置的潮位值比较计算分带法潮位改正的精度。

5 结论和建议

海洋测绘是一门多传感器协同作业的数据采集与处理技术，集GPS空间定位、海洋声学测深、声速测量、潮位测量等于一体。提高海洋测绘数据精度须从施测的每一个环节入手分析。换能器船舷安装时测线方向应该尽量设计与波向涌向一致；测船横摇纵摇对无验潮测深模式的影响较验潮模式更大；潮位的内插改正精度是可以通过多余观测来实现评定的。

[1] 刘雁春.海洋测深空间结构及其数据处理[M].北京:测绘出版社，2003.

[2] 阳凡林，赵建虎，张红梅等.RTK高程和Heave信号的融合及精度分析[J].武汉大学学报·信息科学版，2007 (3):225～228.

[3] 施立群，张旭东.基于NBCORS的宁波市现代测绘基准建设成果融合应用研究[J].城市勘测，2012(4).

[4] 赵建虎.现代海洋测绘[M].武汉:武汉大学出版社，2007.

[5] GB 12327-1998.海道测量规范[S].

Research on Some Problem s in Offshore Echosounding

Wu Chunjie，Wang Zhiming，Lv Chunan
(Ningbo Institute of Surveying and Mapping，Ningbo 315042，China)

Based on the practice of hydrographic survey，discussed surveying line designing，non-tide sounding and tide correction accuracy evaluate threemethods to improve the accuracy or efficiency of echosounding.It can actas a reference for hydrographic survey technological design and data processing.

singlebeam echosounding；tide extrapolated accuracy；non-tide sounding

1672-8262(2013)05-135-02

P229

B

2013—03—20

王智明(1985—)，男，助理工程师，主要从事海洋测绘及测深数据处理方面的研究。