【正文】 可以作為統(tǒng)一的垂直基準(zhǔn)，可以將測的大地高轉(zhuǎn)換為海圖高。后面論述兩大種 確定無驗(yàn)潮測深深度基準(zhǔn)面的方法，并進(jìn)行分析比較，給出無驗(yàn)潮測深圖載水深的計(jì)算方法， 并且舉例說明確定深度基準(zhǔn)面的方法，最后得出結(jié)論。由單波束測深發(fā)展成為多波束測深， 大大的提高了測深效率 。 換能器 垂直向下 發(fā)射聲波，傳到海底再反射回來接收，從而算出船到水底的深度。我們就得對(duì)船體各種姿態(tài)的變化進(jìn)行分析，以便于減弱波浪對(duì)海洋測深的影響。 圖 24 船體縱搖產(chǎn)生的測深誤差 船速引起的水深測量誤差 在海洋水深測量中，船速是一個(gè)很重要的因素。 常規(guī) 人工驗(yàn)潮很難捕捉到準(zhǔn)確的瞬時(shí)的潮高， 潮位觀測 時(shí)人為因素等 會(huì)造成水位改正誤差。所以，我們進(jìn)行的海洋測繪工作是相當(dāng)基礎(chǔ)而又甚是重要的。 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)是 基于全球 24 顆衛(wèi)星進(jìn)行工作的，它能夠隨時(shí)隨地的向全國擁有 GPS接收機(jī)的用戶提供他們所在的地理位置信息。 已經(jīng)取代了很多傳統(tǒng)的 測繪儀器 。 CORS： 基準(zhǔn)站通過網(wǎng)絡(luò)模式發(fā)送差分?jǐn)?shù)據(jù)，用戶接收差分?jǐn)?shù)據(jù)的同時(shí)，也接收 GPS 衛(wèi)星信號(hào)，就能進(jìn)行實(shí)時(shí)的定位。 圖 32 GPS 用于無驗(yàn)潮測深 GPS 應(yīng)用在海洋測繪中的優(yōu)勢 全球全天候 實(shí)時(shí) 定位 ： 由于 GPS 的 24 顆衛(wèi)星 分布 相對(duì) 均勻， 這就使得無論用戶在哪個(gè)地方， 接收機(jī)都能至少接收 到 4 顆衛(wèi)星 的信號(hào) ，且海洋上視野開闊，能 觀測到更多的衛(wèi)星，能更快的給出定位結(jié)果。恰好海洋上視野相當(dāng)開闊，為 GPS 的無驗(yàn)潮測深作業(yè)提供了一個(gè)良好的作業(yè)環(huán)境。 GPS 無驗(yàn)潮測深 原理及常用方法 目前， 傳統(tǒng)海洋水深測量中，我們都是通過人工驗(yàn)潮的方式確定圖載水深，然而，水位改正又恰恰是影響水深測量精度最重要的因素，因此，傳統(tǒng) 人工 驗(yàn)潮測深方法 誤差可能相對(duì)較大 。 因此，由 GPS 定位系統(tǒng)跟數(shù)字測深儀相結(jié)合的無驗(yàn)潮測深技術(shù)已經(jīng)在海洋水深測量中獲得廣泛的應(yīng)用?；鶞?zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將觀測到的相位觀測值、已知數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)地傳輸給流動(dòng)站，測深儀上面的流動(dòng)站在接收基準(zhǔn)站傳輸過來數(shù)據(jù)的同時(shí)，自己也不斷的觀測 GPS 信號(hào)，在系統(tǒng)內(nèi) 通過處理差分值以及觀測數(shù)據(jù) ，最終解算出測深點(diǎn) 的三維坐標(biāo) 。那么，測深點(diǎn)的圖載水深計(jì)算就可以用圖 34 的位置關(guān)系求出。隨著近年來 我國越來越多 CORS 站建立 ， 為海洋測深提供了技術(shù)支持， 海洋測繪中利用 CORS 進(jìn)行無驗(yàn)潮測深能夠擴(kuò)大作業(yè)范圍， 這種作業(yè)模式解除了 RTK無驗(yàn)潮測深受到距離限制的困擾 ，對(duì)無驗(yàn)潮測深作業(yè)工作效率的提高有很大幫助。雖然其定位精度沒有 RTK 精度高，但其作業(yè)區(qū)域可以遠(yuǎn)離基站，這也是優(yōu)于 RTK 的地方，在沿海一帶也受到了廣泛的應(yīng)用。 數(shù)字測深儀與 GPS 數(shù)據(jù)線用數(shù)據(jù)線相連接，測深數(shù)據(jù)自動(dòng)保存，測深作業(yè)效率高。 因?yàn)?GPS 工作要實(shí)時(shí)的接收基準(zhǔn)站發(fā)來的差分信息，當(dāng)測深區(qū)域與基準(zhǔn)站距離很遠(yuǎn)時(shí)， GPS 可能不容易得出固定解，對(duì)測深結(jié)果精度影響較大。 4 深度基準(zhǔn)面 深度基準(zhǔn)面簡介 測量人員若要測量陸地某點(diǎn)的高程或者是海洋的水深 ，都必須有一個(gè)起算面，起算面就是起 算的零面，也叫做基準(zhǔn)面。 海洋 水深測量通常在 受風(fēng)浪影響，不停波動(dòng)的 水面上進(jìn)行， 因此相同的地方不同時(shí)間去測 ， 各次的測深結(jié)果可能都有一定出入。由于 每個(gè) 國家 求 L 值的方法 都不同 ， 所以 計(jì)算出來 的深 結(jié)果 也不相同。民國三十五年，英國仍然以特大潮低潮面為深度基準(zhǔn)面進(jìn)行海圖的測繪。 略最低低潮面： 甲午戰(zhàn)爭 以前， 日本采用略最低低潮面作為本國深度基準(zhǔn)面。 這個(gè)深度基準(zhǔn)面 是 與 上述 三 個(gè)深度基準(zhǔn)面 相比，是一個(gè) 高度 最低的基準(zhǔn)面。 1967 年， 利用 長江口的、瀏河口、外高橋、 吳淞、 橫沙、 長興、 中浚、南門港 、奚家港 、 堡鎮(zhèn) 等水位站 連續(xù) 30 天 的同步潮位觀測資料 ，計(jì)算理論最低潮面， 并對(duì)其進(jìn)行 適當(dāng)調(diào)整， 計(jì)算出 長江口的深度基準(zhǔn)面，并于 1967 年 8 月開始使用。這次調(diào)整 ，年平均海平面被 平均年最低水位替代了 ， 相當(dāng)于對(duì)其進(jìn)行了長周期改正 。同時(shí)規(guī)定，在 確定 理論最低潮面時(shí)，需要 對(duì)其 進(jìn)行長周期改正，因此計(jì)算理論最低潮面 時(shí)要 考慮 長周期分潮 訂正 。 平均低潮面：美國大西洋沿岸、瑞典的北海地區(qū)和荷蘭等國采用它。 理論深度基準(zhǔn)面：理論深度基準(zhǔn)面各地的高度不同， 潮差的大小 會(huì)影響理論深度基準(zhǔn)面的高度 。 PG 是 P 點(diǎn)的正高 H。OT 為海圖深度基準(zhǔn)面的值L。 考慮到 不同的長期驗(yàn)潮站 驗(yàn)潮方式不同， 求出的基準(zhǔn)面組合確定出來的深度基準(zhǔn)面可能會(huì)有一定的偏差，不便于建立一個(gè) 統(tǒng)一的海洋垂直基準(zhǔn)。 因?yàn)?GPS 越來越多的用于無驗(yàn)潮測深，所以設(shè)計(jì)出一個(gè)從大地高換算到海圖高的算法具有很大的用處。這過程實(shí)現(xiàn)了橢球面到深度基準(zhǔn)面的轉(zhuǎn)換，實(shí)際上也就是建立了一個(gè)無縫的統(tǒng)一的垂直基準(zhǔn)面。 平潮跟停潮：海面達(dá)到高潮的時(shí)候，海面暫時(shí)停止升降的現(xiàn)象叫做平潮；在低潮時(shí) 海面暫時(shí)停止升降的現(xiàn)象叫做停潮。 圖 51 潮汐要素示意圖 潮汐觀測 潮汐觀測也叫 驗(yàn)潮， 驗(yàn)潮 的目的是 獲得 當(dāng)?shù)氐?潮位觀測數(shù)據(jù) ， 以便 計(jì)算 當(dāng)?shù)氐某毕{(diào)和常數(shù)、 有了潮汐調(diào)和常數(shù)，就能確定出 該地的多年平均海面，也可以計(jì)算理論深度基準(zhǔn)面 ， 這些數(shù)據(jù)都可以提供給海洋 測繪 、軍事 等部門使用。 其 工作原理 ： 記錄轉(zhuǎn)筒隨著水面上浮筒的起伏而轉(zhuǎn)動(dòng)，使得記錄針在 記錄滾筒上 的記錄紙 畫線，達(dá)到自動(dòng)記錄潮位的目的 。 除了上述這些驗(yàn)潮方法，常用的還有電子水壓驗(yàn)潮儀以及超聲波潮汐計(jì)等等，每種驗(yàn)潮方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，我們應(yīng)該根據(jù)具體情況，選擇合理的驗(yàn)潮方法。 表 51 8個(gè)主要分潮周期及其相對(duì)振幅 分潮符號(hào) 名稱 周期 相對(duì)振幅 （取 M2=100） M2 S2 N2 K2 K1 O1 P1 Q1 太陰主要半日分潮 太陽主要半日分潮 太陰橢率主要半日分潮 太陰 太陽赤緯半日分潮 太陰 太陽赤緯 全日分潮 太陰主要全日分潮 太陽主要全日分潮 太陰橢率主要全日分潮 100 深度基準(zhǔn)面的計(jì)算 平均海面 平均 均海面 也叫 海平面。 通常 驗(yàn)潮站的水位觀測值 的時(shí)間間隔為一個(gè)小時(shí) ，因此，實(shí)際計(jì)算 海平面 時(shí)常用的方法是對(duì) n 個(gè) 小時(shí)內(nèi)的 觀測值直接取平均 數(shù) 。 事實(shí)上，平均海面作為潮汐振動(dòng)的起算面，本身可以看作零頻分潮，這樣計(jì)算的平均海平面的意義是潮汐振動(dòng)的平衡面。有些國家計(jì)算 略最低低潮面 。 我國 現(xiàn)今 采用的是 理論深度基準(zhǔn)面。 113212112 )()( )18022()(KKKKKK CO SfHRRR ggCO SfHH ?????? ????? (59) 113212112 )()( )18022()(KKKKKK CO SfHRRR ggCO SfHL ?????? ????? (510) 取 ????? 360,. .. .. .. ..3,2,11? K代入式 (59)， (510)進(jìn)行計(jì)算，從中取最大的 H作為理論最高潮位，取絕對(duì)值最大的 L 作為理論最低潮位。 表 52 交點(diǎn)因子 f 分潮 升交點(diǎn)黃經(jīng) N ?0 ?90 ?180 ?270 M2 S2 N2 K2 K1 O1 P1 Q1 M4 MS4 M6 平均海面 季節(jié) 訂正 按照 8 個(gè)分潮的調(diào)和常數(shù)計(jì)算理論最低潮位時(shí)，都沒有 考慮長周期分潮的影響，而在我國沿海年周期 Sa分潮和半年周期 Ssa分潮具有相當(dāng)大的振幅，致使冬春季的月平均海面比年平均海面低，例如在渤海低 30cm 左右。 淺水分潮訂正 對(duì)于淺水分潮大的海區(qū)，應(yīng)當(dāng)對(duì)以上計(jì)算的理論最低潮位進(jìn)行淺水分潮訂正。 6 無驗(yàn)潮測深 深度基準(zhǔn)面的確定 以及誤差分析 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁 共 31 頁 測深區(qū)域離長期驗(yàn)潮站較近時(shí)深度基準(zhǔn)面的確定 由于現(xiàn)今各個(gè)國家采用的深度基準(zhǔn)面的算法都不盡相同，因此現(xiàn)今的海圖深度基準(zhǔn)面都是不統(tǒng)一的。 當(dāng)測深區(qū)域與長期驗(yàn)潮站距離不遠(yuǎn)的情況下， 高程異常較小，不影響測深精度的情況下， 這個(gè)深度基準(zhǔn)面的大地高也就是我們無驗(yàn)潮測深區(qū)域應(yīng)該采用的深度基準(zhǔn)面。因此， 從圖 61 中可以看出， 長期驗(yàn)潮站的深度基準(zhǔn)面大地高就可表示為： )()(0 ChLhhHH ?????? (61) 則無驗(yàn)潮測深區(qū)域所采用的深度基準(zhǔn)面大地高就為 H0 ，深度基準(zhǔn)面大地高求出后， 通過后期數(shù)據(jù)處理， 我們不難求出圖載水深。 不建議采用。 短期驗(yàn)潮站平均海面?zhèn)鬟f數(shù)學(xué)模型 水準(zhǔn)聯(lián)測法 如圖 63 所示，長期驗(yàn)潮站的多年平均海面已 經(jīng)確定，水準(zhǔn)點(diǎn) A 與多年平均海面的高差為 1h 。 該方法適用的情況：兩驗(yàn)潮站距離不是很遠(yuǎn)，能夠忽略海平面地形的影響，并且兩者兩驗(yàn)潮站之間所測的高差精度要較高 。 當(dāng)同步水位觀測時(shí)間長一點(diǎn)的話，會(huì)對(duì)傳遞基準(zhǔn)面的精度有一定的提高，當(dāng)兩站 相距 不是很遠(yuǎn)的情況下，對(duì)驗(yàn)潮站的類型沒有特別 要求 ， 可以 用于 傳遞沿岸驗(yàn)潮站 穩(wěn)定 的 平均海水面。 直接傳遞法 該法假定兩驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面在多年平均海水面以下的距離相等，即 LL BA? (65) 當(dāng)布設(shè)的短期驗(yàn) 潮站附近有多個(gè)長期驗(yàn)潮站時(shí)，此時(shí)短期驗(yàn)潮站的深度基準(zhǔn)面的求定可以用距離加權(quán)法。 則無驗(yàn)潮測深區(qū)域采用的深度基準(zhǔn)面即為短期驗(yàn)潮站的深度短期平均海面 長期站水尺零點(diǎn) h1 h2 短期站水尺零點(diǎn) h3 h 多年平均海面 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁 共 31 頁 基準(zhǔn)面： MMLLBAAB ??? (67) 圖 65 同步改正法推估 示意圖 潮差比法 潮差比法是確定短期站深度基準(zhǔn)面最常用的方法 ， 該方法的依據(jù)是： 由于深度基準(zhǔn)面的數(shù)值等效于最大半潮差 。為了提高作業(yè)效率，我們?cè)陂L短期驗(yàn)潮站都架設(shè)CORS 站， 因?yàn)閮烧镜母叱坍惓２罹嗫赡鼙容^大，不能忽略，我們可以利用 CORS來算出兩站的高程異常。這樣我們就可以根據(jù)公式 (67)求出短期驗(yàn)潮站的深度基準(zhǔn)面作為無驗(yàn)潮測深的深度基準(zhǔn)面。則兩驗(yàn)潮站的瞬時(shí)海面與平均海面的距離可以表示為： hNHh AASASA ??? hNHhBBSBSB ??? (613) 則長短期驗(yàn)潮站的從多年平均海面起算的短期平均海面可以用下式表示： ?? ?? ???? ni AASAni SAA hNHhM nn 11 )(11 ???? ????ni BBSBniSBB hNHhM nn11 )(11 (614) 由公式 (67)可知，短期驗(yàn)潮站的深度基準(zhǔn)面值 ： ?????????????????niBBSBAASAAniSBSAABAABhNHhNHLhhLMMLLnn11)]()[(1)(1)( (615) 式中 n 為觀測期數(shù)。同時(shí)，兩站的地理位置也會(huì)對(duì)傳遞精度造成一定影響，當(dāng)兩站都處于比較開闊的位置時(shí)，傳遞所得深度基準(zhǔn)面精度較高，因?yàn)閭z驗(yàn)潮站潮汐性質(zhì)基本相同。 由圖 可知， 無驗(yàn)潮測深作業(yè)時(shí) GPS 實(shí)測大地高記作 H，則從深度基準(zhǔn)面到 GPS 天線的距離 h 可以表示為： HHh0?? (71) 由圖 D的計(jì)算方法： )()(10212 hHHh hhhD ???? ??? (72) 上式中 ， h2為由換能器實(shí)測的換能器 底部到海底的距離； H 為 GPS 無驗(yàn)潮測深點(diǎn)實(shí)測的大地高； H0 為深度基準(zhǔn)面大地高，計(jì)算方法已在 節(jié)中給出；h1 為 GPS 天線到換能器底部的距離，可以直接丈量得到。 下面以連云港連島的基準(zhǔn)面推算徐圩基準(zhǔn)面為例，連島作為長期驗(yàn)潮站，徐圩測深區(qū)域附近布設(shè)短期站， 連島海域緯度為 616434 ???? ，經(jīng)度為6182119 ???? ，徐圩海域緯度為 435334 ???? ，經(jīng)度為 3453119 ???