【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)。雖然其定位精度沒(méi)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。 圖 35 信標(biāo)差分無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深示意圖 信標(biāo)發(fā)射臺(tái) 差分?jǐn)?shù)據(jù) 沿岸信標(biāo)站臺(tái) 無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深點(diǎn) GPS 天線 GPS 信標(biāo)二 合一天線 GPS衛(wèi)星 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 共 31 頁(yè) 無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深技術(shù) 優(yōu) 缺 點(diǎn) 高精度：當(dāng)外界環(huán)境滿足 GPS 工作條件時(shí)，在一定 范圍內(nèi)， GPS 所測(cè)得的三維坐標(biāo)精度可達(dá)厘米級(jí)，數(shù)據(jù)可靠性高，而且還沒(méi)有誤差累積。 高效率： GPS 能夠?qū)崟r(shí)的測(cè)出某點(diǎn)的坐標(biāo)，海上測(cè)深作業(yè)速度快。而且還可以全天候進(jìn)行作業(yè)，除特殊天氣外。 數(shù)字測(cè)深儀與 GPS 數(shù)據(jù)線用數(shù)據(jù)線相連接，測(cè)深數(shù)據(jù)自動(dòng)保存，測(cè)深作業(yè)效率高。 利用 GPS 與測(cè)深儀進(jìn)行無(wú)驗(yàn)潮水深測(cè)量時(shí)，能夠有效的解決由海面風(fēng)浪以及動(dòng)態(tài)吃水引起的測(cè)深誤差。同時(shí)，還能避免傳統(tǒng)人工驗(yàn)潮帶來(lái)的水位改正誤差。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)。 因?yàn)?GPS 工作要實(shí)時(shí)的接收基準(zhǔn)站發(fā)來(lái)的差分信息，當(dāng)測(cè)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(cè)深結(jié)果精度影響較大。而且，假如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)精度本身就有問(wèn)題則對(duì)我們無(wú)驗(yàn)潮測(cè)深結(jié)果也有一定一定影響。因此要選擇合適的基準(zhǔn)站位置。 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。 4 深度基準(zhǔn)面 深度基準(zhǔn)面簡(jiǎn)介 測(cè)量人員若要測(cè)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。 一個(gè)國(guó)家或地區(qū)確定的基準(zhǔn)面必須要科學(xué)和穩(wěn)定，因?yàn)樗鼘?duì)測(cè)繪、測(cè)圖海岸建設(shè)、地殼升降以及海洋學(xué)等各個(gè)學(xué)科都有著非常重大的意義。 海區(qū)各點(diǎn)的水深是 指 從深度基準(zhǔn)面到海底 泥面 的垂直距離。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 。 海洋 水深測(cè)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(cè) ， 各次的測(cè)深結(jié)果可能都有一定出入。 這個(gè) 出入 與 波浪 的大小有一定關(guān)系 ，在一些 海面相當(dāng) 明顯。為了 使得 不同時(shí)間不同地點(diǎn) 所測(cè)水深有一定可比性 ，必須確定一個(gè) 統(tǒng)一 起算面，使不同時(shí)間測(cè)的水 深都從這個(gè)面開(kāi)始起算 ，這個(gè)面就是深度基準(zhǔn)面 。 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 。由于 每個(gè) 國(guó)家 求 L 值的方法 都不同 ， 所以 計(jì)算出來(lái) 的深 結(jié)果 也不相同。 我國(guó) 現(xiàn)在使用的是理論深度基準(zhǔn)面。 如圖 41 所示，深度基準(zhǔn)面是在 多面平均海面往下 L 的地方，海底某一點(diǎn)的圖載水深 D 就是從深度基準(zhǔn)面到海底的垂直距離。 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 。民國(guó)三十五年，英國(guó)仍然以特大潮低潮面為深度基準(zhǔn)面進(jìn)行海圖的測(cè)繪。 尋常大潮低潮面： 宣統(tǒng)三年以前， 上海航道局將尋常大潮低潮面作為 作業(yè)的深度基準(zhǔn)面。 同時(shí)也 將其 作為 一些航道整治工程的起算零點(diǎn) 。 與吳淞零點(diǎn)相比較，尋常大潮低潮面高于吳淞零點(diǎn) 米。 略最低低潮面： 甲午戰(zhàn)爭(zhēng) 以前， 日本采用略最低低潮面作為本國(guó)深度基準(zhǔn)面。在 抗日戰(zhàn)爭(zhēng)期間， 我國(guó) 海軍 測(cè)量局在測(cè)量?jī)傻刂g長(zhǎng)江河道圖時(shí)，采用的深度基準(zhǔn)面也是略最低低潮面。中華人民共和國(guó) 成立 之后 ， 1949 年 到 1958 年 期間 ， 我國(guó)深度基準(zhǔn)面 仍然是略最低低潮面 。 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 。 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。 理論深度基準(zhǔn)面： 理論深度基準(zhǔn)面是指根據(jù)分潮組合可能出現(xiàn)的最低水位，利用弗拉基米爾斯基方法計(jì)算得到的理論上可能出現(xiàn)的最低潮位面。 1956 年起，我國(guó)海軍司令部以及海道測(cè)量部在進(jìn)行海洋測(cè)繪作業(yè)時(shí)， 采用的深度基準(zhǔn)面是 理論深度基準(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 。 1967 年， 利用 長(zhǎng)江口的、瀏河口、外高橋、 吳淞、 橫沙、 長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)江口的深度基準(zhǔn)面，并于 1967 年 8 月開(kāi)始使用。 多年平均海面 深度基準(zhǔn)面 L 圖載水深 D 海岸 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 共 31 頁(yè) 1971 年 我國(guó)再次調(diào)整了 深度基準(zhǔn)面 。調(diào)整 的依據(jù) 是 1971 年 3 月～ 4 月，江陰以下的 27 個(gè) 驗(yàn)潮 站 30 天 的同步潮位觀測(cè)數(shù)據(jù) 。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 。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(zhǎng)周期改正 。 1975 年 6 月 ， 國(guó)家 海 軍司令部 ，海道測(cè)量部以及 海洋局在天津召開(kāi)會(huì)議，會(huì)議 研究 了 多個(gè) 開(kāi)放港口深度基準(zhǔn)面值， 并且對(duì) 上海市長(zhǎng)江口地區(qū)的 某些 水位站 深度基準(zhǔn)面數(shù)值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。其余不變。 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 。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(zhǎng)周期改正，因此計(jì)算理論最低潮面 時(shí)要 考慮 長(zhǎng)周期分潮 訂正 。 深度基準(zhǔn)面概況 各個(gè)國(guó)家 采用的深度基準(zhǔn)面的概況如下： 略最低低潮面：它指在當(dāng)?shù)仄骄Ｃ嬷碌木嚯x。采用略最低低潮面的國(guó)家有印度、日本。 1956 年以前我國(guó)也采用它。 平均低潮面：美國(guó)大西洋沿岸、瑞典的北海地區(qū)和荷蘭等國(guó)采用它。 平均低低潮面：美國(guó)的太平洋沿岸、菲律賓和夏威夷島采用它。 最低潮面：法國(guó)、西班牙、葡萄牙、巴西等國(guó)采用它。 平均大潮低潮面：歐洲的若干個(gè)國(guó)家采用它。 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 。理論深度基準(zhǔn)面 為我國(guó)的法定深度基準(zhǔn)面。 海洋 無(wú)縫 垂直基準(zhǔn) 的構(gòu)建 圖 42 各面之間位置關(guān)系示意圖 瞬時(shí)海面 平均海平面 深度基準(zhǔn)面 1985國(guó)家高程基準(zhǔn) 大地水準(zhǔn)面 海底 WGS84橢球 P O R T G Q 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 共 31 頁(yè) 我國(guó)現(xiàn)有的垂直基準(zhǔn)有 WGS84 參 考橢球、大地水準(zhǔn)面、海圖基準(zhǔn)面等。 圖 42 中， PQ 為 GPS 所測(cè)的瞬時(shí)海面的大地高 h。 PG 是 P 點(diǎn)的正高 H。OQ為多年平均海平面的大地高 。RG 為大地水準(zhǔn)面和國(guó)家高程基準(zhǔn)之間的差值N? 。OR 為以國(guó)家高程基準(zhǔn)面作為基準(zhǔn)面的海面地形 。OT 為海圖深度基準(zhǔn)面的值L。TQ 為深度基準(zhǔn)面的大地高 。TG 記作深度基準(zhǔn)面的正高 。GQ 為利用大地水準(zhǔn)面模型法計(jì)算得到的大地水準(zhǔn)面差距 N。 考慮到 不同的長(zhǎng)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(lái)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)。近年來(lái)，不少學(xué)者提出構(gòu)建海洋無(wú)縫垂直基準(zhǔn)的構(gòu)想。 海道測(cè)量時(shí)實(shí)踐表明，平均海平面的觀測(cè)精度以及計(jì)算精度都很高，假設(shè)用平均海平面作為垂直基準(zhǔn)，就可以獲得以該基準(zhǔn)表示的水深。并且可以用于表示海洋深度基礎(chǔ)地理信息的表示。 因?yàn)?GPS 越來(lái)越多的用于無(wú)驗(yàn)潮測(cè)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。 2020 年有學(xué)者提出將參考橢球面作為海洋統(tǒng)一的無(wú)縫的垂直參考基準(zhǔn)的思想。因?yàn)?GPS 實(shí)測(cè)的大地高可以通過(guò)兩步轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)到到海圖高。先 用基于大地水準(zhǔn)面的幾何修正法 從大地高到正高，再 用橫 斷面線性內(nèi)插法 從正高到海圖高。這過(guò)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(wú)縫的統(tǒng)一的垂直基準(zhǔn)面。 5 深度基準(zhǔn)面 的計(jì)算 海洋的水深不僅隨 地理位置 變化，還因?yàn)槭艿匠毕淖饔枚S著時(shí)間變化。為了使 不同地方所 測(cè)的水深 數(shù)據(jù)有一個(gè)可比性，需要確定一個(gè)基準(zhǔn)面，使測(cè)深數(shù)據(jù)都從該面起算， 這個(gè)基準(zhǔn)面 就 叫做深度基準(zhǔn)面 。 海洋 潮汐 潮汐要素 高潮跟低潮：在海面升降的一個(gè)潮周期中， 高潮是指海面上升到最高的時(shí)候 ，低潮是指 海面下降到最低 的時(shí)候 。 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。 漲潮跟落潮： 海面 從低潮 慢慢地上升 到高潮 叫漲潮 ； 海面 從高潮 逐漸下降 到低潮 叫 落潮。 高高潮、低高潮、低低潮、高低潮：一天之中的兩個(gè)高潮和兩個(gè)低潮中，高的高潮叫高高潮，低的高潮叫做低高潮，低的低潮叫做低低潮，高的低潮叫做高低潮。 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 共 31 頁(yè) 潮差：相鄰的高潮與低潮之 間的潮位高度差就叫 潮差。 圖 51 潮汐要素示意圖 潮汐觀測(cè) 潮汐觀測(cè)也叫 驗(yàn)潮， 驗(yàn)潮 的目的是 獲得 當(dāng)?shù)氐?潮位觀測(cè)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(cè)繪 、軍事 等部門使用。 常用的潮汐觀測(cè)方法有： 水尺驗(yàn)潮： 水尺是指一根長(zhǎng)度大約三到五米長(zhǎng)的刻度尺，其最小刻度一般為厘米。通常將其 固定在巖壁 上，驗(yàn)潮人員可以在一天中規(guī)定時(shí)間去讀取水位數(shù)據(jù)，制成潮位觀測(cè)表，以便使用。 井式 驗(yàn)潮儀 ：主要由 潮井、浮筒、記錄裝置 三個(gè)部分 組成 。 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 。 壓力式驗(yàn)潮儀： 壓力式驗(yàn)潮儀從結(jié)構(gòu)上來(lái)分 可以分為機(jī)械式和電子式。機(jī)械式 驗(yàn)潮儀 主要 由 U 型管、水壓鐘、 記錄裝置等 部分 組成。基本原理：通過(guò) 海面的升降產(chǎn)生的壓力變化，反映出潮位的變化 。 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。 實(shí)際海洋潮汐的潮汐高 實(shí)際海洋潮波是天體引潮力作用下的一種波動(dòng)，由于陸地存在、海底地形起伏變化、海底摩擦及地球自轉(zhuǎn)等影響，潮波變化十分復(fù)雜，某一潮位站的潮汐觀測(cè)僅是對(duì)復(fù)雜潮波系統(tǒng)在這一點(diǎn)振動(dòng)的采樣。 雖然在單個(gè)驗(yàn)潮站實(shí)際觀測(cè)的潮高變化與平衡潮理論給出的理論潮高有很時(shí)間 潮高 低高潮 高高潮 落 潮 漲 潮 周期 低低潮 高低潮 落潮時(shí) 漲潮時(shí) 淮海工學(xué)院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 共 31 頁(yè) 大 差別 ,各種頻率成分 (分潮 )的貢獻(xiàn)與這些頻率成分之間的理論比值也不同，但實(shí)際海洋必然要在天文引潮力的源動(dòng)力下作相同頻率的振動(dòng)，或海水系統(tǒng)對(duì)引潮力各分量做出頻率成分相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)。 因而可以將實(shí)際潮汐分成許多有規(guī)律的分振動(dòng)，這些分離出來(lái)的具有一定周期、一定振幅的分振動(dòng)就叫分潮。 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(yáng)主要半日分潮 太陰橢率主要半日分潮 太陰 太陽(yáng)赤緯半日分潮 太陰 太陽(yáng)赤緯 全日分潮 太陰主要全日分潮 太陽(yáng)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。 它是指一定觀測(cè)期數(shù)內(nèi)的海面高度平均值 ，由相應(yīng)期間 內(nèi) 潮位觀測(cè)資料獲得， 海平面高度是指從驗(yàn)潮站零點(diǎn)到海面的高度 。平均海平面 分為 月平均海面 、 日平均海面 以及 年平均海面。每天、每月和每年的平均海面都是變化的。 通常 驗(yàn)潮站的水位觀測(cè)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(cè)值直接取平均 數(shù) 。 ??? ni