【正文】 繩重錘測(cè)量到現(xiàn)今的多波束測(cè)深系統(tǒng)，甚至以后還會(huì)發(fā)展成利用遙感技術(shù)進(jìn)行水深測(cè)量。 本課題研究的內(nèi)容 本文前面主要介紹海洋水深測(cè)量的基本原理，以及 GPS 與數(shù)字測(cè)深儀相結(jié)合的無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深的基本原理及作業(yè)流 程。海道測(cè)量實(shí)踐表明，不管是長(zhǎng)期驗(yàn)潮站平均海平面的直接計(jì)算還是短期站平均海平面的傳遞都可達(dá)到較高精度。 國(guó)外一些國(guó)家所采用的深度基準(zhǔn)面也不盡相同，比如，日本 采取的基準(zhǔn)是 東京靈岸島驗(yàn)潮站多年觀測(cè)水位的平均值 ；美國(guó)采取的基準(zhǔn)是 波特蘭驗(yàn)潮站多年觀測(cè)水位的平均值 ；澳大利亞 的 大多數(shù)國(guó)家 ，比如挪威、德國(guó)等國(guó)家采用的海洋測(cè)量深度基準(zhǔn)面是 最低天文潮面。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 及 發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)通常根據(jù)驗(yàn)潮站多年的潮位觀測(cè)， 算出多年平均海水面并且 推算出深度基準(zhǔn)面的位置。 我們通常所認(rèn)知的海底深度都認(rèn)為是從海面到海底的垂直距離，然而船體所在瞬時(shí)海面受到風(fēng)浪、潮汐等各種因素的影響，海面會(huì)處于上下波動(dòng)狀態(tài)，那么我們?cè)诓?同時(shí)間 ，不同地點(diǎn)測(cè)的到的水深數(shù)據(jù)就沒(méi)有可比性，因此，我們就要構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的基起算 面， 最后的測(cè)深數(shù)據(jù)都要換算到這個(gè)基準(zhǔn)面上，這樣才以便于測(cè)深數(shù)據(jù)的處理與分析，這就是我們所說(shuō)的深度基準(zhǔn)面。 Calculation of chart height 目 錄 1 緒論 ............................................................ 1 課題研究意義 ................................................ 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .................................... 1 本課題研究的內(nèi)容 ............................................ 2 2 水深測(cè)量原理以及誤差分析 ........................................ 2 海 洋水深測(cè)量 ................................................ 2 誤差分析 ................................................... 3 3 GPS 無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深技術(shù) ............................................... 5 GPS 在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用 ..................................... 5 GPS 無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深原理及常用方法 ............................... 7 4 深度基準(zhǔn)面 ..................................................... 10 深度基準(zhǔn)面簡(jiǎn)介 ............................................ 10 深度基準(zhǔn)面發(fā)展 ............................................ 11 深度基準(zhǔn)面概況 ............................................ 12 海洋無(wú)縫垂直基準(zhǔn)的構(gòu)建 .................................... 12 5 深度基準(zhǔn)面的計(jì)算 ............................................... 13 海洋潮汐 .................................................. 13 深度基準(zhǔn)面的計(jì)算 .......................................... 15 6 無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深深度基準(zhǔn)面的確定以及誤差分析 ......................... 18 測(cè)深區(qū)域離長(zhǎng)期驗(yàn)潮站較近時(shí)深度基準(zhǔn)面的確定 ................ 19 測(cè)深區(qū)域離長(zhǎng)期驗(yàn)潮站較遠(yuǎn)時(shí)深度基準(zhǔn)面的確定 ............... 20 深度基準(zhǔn)面確定的誤差分析 .................................. 25 7 GPS 無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深圖載水深的計(jì)算 .................................... 25 8 算例分析 ........................................................ 26 結(jié) 論 ............................................................. 29 致 謝 ............................................................. 30 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................ 31 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 共 31 頁(yè) 1 緒論 課題研究意義 海洋水深測(cè)量是 繪制海圖 最基本的工作。 analysis the monly used method to calculate depth datum。 目前，隨著 GPS 與海洋測(cè)深技術(shù)的不斷發(fā)展， GPS 與數(shù)字測(cè)深儀相結(jié)合的 無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海洋測(cè)量中。 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的觀點(diǎn)和參考資料均加以注釋和說(shuō)明。 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）選題和研究過(guò)程中沒(méi)有抄襲他人研究成果和偽造相關(guān)數(shù)據(jù)等行為。本文論述 GPS 無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深技術(shù)的 基本 原理 及 常用方法 ； 考慮到無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深區(qū)域與長(zhǎng)期驗(yàn)潮站的高程異常差距，分兩種情況論述了無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深深度基準(zhǔn)面的確定方法 ：當(dāng)測(cè)深在長(zhǎng)期站附近時(shí)，直接求取該驗(yàn)潮站的深度基準(zhǔn)面大地高并采用；當(dāng)測(cè)深離長(zhǎng)期站較遠(yuǎn)時(shí)，測(cè)深區(qū)域附近布設(shè)短期驗(yàn)潮站，兩站利用 CORS 進(jìn)行同步水位觀測(cè)，確定短期站深度基準(zhǔn)面值， 測(cè)深區(qū)域則采用該深度基準(zhǔn)面 。 we first calculate the depth datum in the tide station for a long time and pass it to temporary tide station, so we can have a unity depth datum, and we should research the relationship between vertical benchmark. Under no tide sounding ,we must design an algorithm with which we can transform ellipsoid height to chart height. Keywords: No tide sounding。近年來(lái)隨著 GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)的不斷發(fā)展，由 GPS 定位系統(tǒng)跟數(shù)字測(cè)深儀結(jié)合的無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深方法已在海洋測(cè)繪工作中取得廣泛的應(yīng)用。由于我國(guó)沿岸長(zhǎng)期驗(yàn)潮站數(shù)量的有限性，每個(gè)驗(yàn)潮站潮位觀測(cè)的方法可能不相同，以及計(jì)算深度基準(zhǔn)面所采用的方法也不盡相同，因此，每個(gè)驗(yàn)潮站的深度基準(zhǔn)面可能略有差異。 一九五六 年以后， 我國(guó)統(tǒng)一將長(zhǎng)期驗(yàn)潮站的出現(xiàn)的理論最低潮面作為我國(guó)的海圖深度基準(zhǔn)面 。 由于我國(guó)各個(gè)驗(yàn)潮站進(jìn)行潮汐觀測(cè)時(shí)所采用的觀測(cè)手段不一致，導(dǎo)致各個(gè)驗(yàn)潮站算 出的基準(zhǔn)面可能有差異，這就會(huì)導(dǎo)淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 共 31 頁(yè) 致我們每個(gè)地方的海洋測(cè)深數(shù)據(jù)不能共享。因此我們?nèi)舭旬?dāng)?shù)氐钠骄Ｆ矫孀鳛榇怪被鶞?zhǔn)，就可以獲得用該基準(zhǔn)起算的平均水深。闡述深度基準(zhǔn)面的定義以及理論深度基準(zhǔn)面的算法。 常用的測(cè)深方法 隨著人們對(duì)海洋測(cè)深技術(shù)的不斷研究發(fā)展，海洋測(cè)深技術(shù)越來(lái)越變得高效率、高精度，從以前的測(cè)深繩、測(cè)深桿等點(diǎn)測(cè)深發(fā)展到現(xiàn)在的激光測(cè)深，遙感測(cè)深等面測(cè)深。 圖 21 單波束測(cè)深與多波束測(cè)深 海面 海底 單波束測(cè)深 多波束測(cè)深 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 共 31 頁(yè) 水深測(cè)量原理 在海洋水深測(cè)量中，我們通常采用回聲測(cè)深儀進(jìn)行水深測(cè)量，回聲測(cè)深儀是由 安裝在 船底 的 換能器、發(fā)射裝置、接收裝置、顯示屏等部分組成 。那么我們就可以得出對(duì)于深度基準(zhǔn)面的海圖高 Z 的 計(jì)算公式： Z=21 CT+Dd (22) 誤差 分析 波浪引起的水深測(cè)量誤差 測(cè)深船 在海上進(jìn)行作業(yè)時(shí)， 有很大的概率會(huì)遇到波浪，在海面上的分布也比較廣，波浪很容易使得船體姿態(tài)發(fā)生一些變化，比如使船體產(chǎn)生上下左右的搖晃，還能使得船體不斷的升沉，那么這些很顯然都會(huì)對(duì)我們的測(cè)深作業(yè)產(chǎn)生一定的影響。 圖 23 船體橫搖產(chǎn)生的測(cè)深誤差 同理， 如圖 24 所示，波浪對(duì)船體造成縱搖時(shí)，產(chǎn)生偏角度 ? ，使得理論的水深 PB 與實(shí)測(cè)水深 PB1 有一定誤差。 水位 觀測(cè)引起的 誤差 由瞬時(shí)海面實(shí)測(cè)的水深換算到以深度基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的海圖高需要進(jìn)行水位X 垂直 于測(cè)深線(xiàn)的海底 ? P A A1 換能器底部 Y 平行于測(cè)深線(xiàn)的海底 船底換能器 P B B1 ? 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 共 31 頁(yè) 觀測(cè)，也就是我們所說(shuō)的驗(yàn)潮。 3 GPS 無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深技術(shù) GPS 在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用 GPS 應(yīng)用于海洋測(cè)繪 一切與海洋有關(guān)的活動(dòng)，比如說(shuō)海洋工程的建設(shè)，海洋環(huán)境的研究等都離不開(kāi)海洋測(cè)繪單位提供的各種數(shù)據(jù)以及圖文。 全球定位系統(tǒng) 簡(jiǎn)稱(chēng) 為 GPS。 GPS 是現(xiàn)代全新的 定位方法， 由于其定位精度較高，尤其是 RTK 定位精度可達(dá)厘米級(jí)。 每一臺(tái)信標(biāo)機(jī)都在不斷的發(fā)送差分?jǐn)?shù)據(jù)，這樣，用戶(hù)一旦擁有了 GPS 跟信標(biāo)二合一接收機(jī) ， 就可以得到相對(duì)精度的定位結(jié)果。 現(xiàn)在 RTK 在海洋測(cè)繪上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，圖 32 表示了 GPS 技術(shù)跟數(shù)字測(cè)深儀結(jié)合的無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深技術(shù)。 海洋視野開(kāi)闊 ： GPS 作業(yè)時(shí)要求周?chē)曇跋鄬?duì)開(kāi)闊 ， 這樣就很快的能夠進(jìn)入換能器 GPS 天線(xiàn) 前拉繩 后拉繩 水面 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 共 31 頁(yè) 固定解。另外， 其 定位結(jié)果是在全球唯一 的 WGS84 坐標(biāo)系統(tǒng)中 解算 的，因此全球不同地點(diǎn)的測(cè)量成果是相互關(guān)聯(lián)的。 除此之外，還可以用覆蓋范圍較廣的 CORS 系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量，近年來(lái)，我國(guó)沿岸也設(shè)立了不少信標(biāo)機(jī)，作業(yè)時(shí)，通過(guò)接收差分改正信號(hào)也可實(shí)現(xiàn)無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量。 岸上基準(zhǔn)站連續(xù)地觀測(cè) GPS 衛(wèi)星 ，流動(dòng)站的GPS 接收機(jī)安置在數(shù) 字測(cè)深儀 換能器 的上端，要求在同一垂線(xiàn)上。當(dāng)測(cè)深點(diǎn)與長(zhǎng)期驗(yàn)潮站在 20 公里范圍之內(nèi)時(shí)，我們無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深就采用該基準(zhǔn)面。 CORS 用于 無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深 考慮到 RTK 差分信號(hào)改正受到距離的限制，假 設(shè)海面測(cè)深區(qū)域與長(zhǎng)期驗(yàn)潮站的距離大于 30 公里時(shí)， RTK 可能不能正常工作，對(duì)測(cè)深結(jié)果造成一定影響。將一臺(tái) GPS 接收機(jī)架設(shè)在已知的基準(zhǔn)點(diǎn)上，叫做信標(biāo)臺(tái)站接收機(jī)，在測(cè)深點(diǎn)的船上安置 GPS 以及信標(biāo)差分二合一接收機(jī)，就可以進(jìn)行獲取具有相當(dāng)精度的三維坐標(biāo)。而且還可以全天候進(jìn)行作業(yè)，除特殊天氣外。并且這些潮位數(shù)據(jù)都是來(lái)自岸邊長(zhǎng)期驗(yàn)潮站的潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)，這與我們無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深點(diǎn)的潮位數(shù)據(jù)可能有點(diǎn)差異，導(dǎo)致測(cè)深結(jié) 果的精度 不夠，且人工很難捕捉到一個(gè)精確的瞬時(shí)潮位數(shù)據(jù)。 隨著 GPS 技術(shù)與海洋測(cè)深技術(shù)的不斷發(fā)展，利用 GPS 與數(shù)字測(cè)深儀相結(jié)合的無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深技術(shù)將在海洋測(cè)量中擁有廣闊的前景。深度基準(zhǔn)面就是海圖基準(zhǔn)面，它位于 多年平均 海平面以下 L 的地方 。 求算深度基準(zhǔn)面 時(shí)既要考慮到海面上 艦船 的 航行安全 ,也要考慮 水深的 利用率 。 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 41 深度基準(zhǔn)面示意圖 深度基準(zhǔn)面發(fā)展 特大潮低潮面：三十年代初期，國(guó)家政府，海軍，和美國(guó)海軍在海洋事務(wù)的數(shù)據(jù)，是 以 特大潮 低潮面 為深度基準(zhǔn)面 。 與吳淞零點(diǎn)相比較，尋常大潮低潮面高于吳淞零點(diǎn) 米。 最低低水位： 宣統(tǒng)三年，上海 浚浦工程總局 即上海航道局 根據(jù) 江口各個(gè)驗(yàn)潮站歷年的水位觀測(cè)資料，將最低低水位作為深度基準(zhǔn)面 。 1958 年，長(zhǎng)江口 海洋測(cè)繪時(shí)首次采用了理論深度基準(zhǔn)面 理論深度基準(zhǔn)面，1959 年 在測(cè) 量 杭州灣的時(shí)候也是采 用理論深度基準(zhǔn)面 。這 一 次 的 調(diào)整 范圍 比較 廣，資料 很完善 ， 計(jì)算出的結(jié)果也很合理 。 1990 年 12 月 起開(kāi)始 實(shí)施 的海道測(cè)量規(guī)范 指明 ， 將之前海洋測(cè)繪中的理論深度基準(zhǔn)面進(jìn)行改名， 改過(guò)后叫 理論最低潮位 。 1956 年以前我國(guó)也采用它。 平均大潮