【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)在已知的基準點上，叫做信標臺站接收機，在測深點的船上安置 GPS 以及信標差分二合一接收機，就可以進行獲取具有相當精度的三維坐標。雖然其定位精度沒有 RTK 精度高，但其作業(yè)區(qū)域可以遠離基站，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 信標差分無驗潮測深示意圖 信標發(fā)射臺 差分數(shù)據(jù) 沿岸信標站臺 無驗潮測深點 GPS 天線 GPS 信標二 合一天線 GPS衛(wèi)星 淮海工學院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計（論文） 第 10 頁 共 31 頁 無驗潮測深技術(shù) 優(yōu) 缺 點 高精度：當外界環(huán)境滿足 GPS 工作條件時，在一定 范圍內(nèi)， GPS 所測得的三維坐標精度可達厘米級，數(shù)據(jù)可靠性高，而且還沒有誤差累積。 高效率： GPS 能夠?qū)崟r的測出某點的坐標，海上測深作業(yè)速度快。而且還可以全天候進行作業(yè)，除特殊天氣外。 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)自動保存，測深作業(yè)效率高。 利用 GPS 與測深儀進行無驗潮水深測量時，能夠有效的解決由海面風浪以及動態(tài)吃水引起的測深誤差。同時，還能避免傳統(tǒng)人工驗潮帶來的水位改正誤差。并且這些潮位數(shù)據(jù)都是來自岸邊長期驗潮站的潮位觀測數(shù)據(jù)，這與我們無驗潮測深點的潮位數(shù)據(jù)可能有點差異，導致測深結(jié) 果的精度 不夠，且人工很難捕捉到一個精確的瞬時潮位數(shù)據(jù)。 因為 GPS 工作要實時的接收基準站發(fā)來的差分信息，當測深區(qū)域與基準站距離很遠時， GPS 可能不容易得出固定解，對測深結(jié)果精度影響較大。而且，假如基準站的坐標精度本身就有問題則對我們無驗潮測深結(jié)果也有一定一定影響。因此要選擇合適的基準站位置。 隨著 GPS 技術(shù)與海洋測深技術(shù)的不斷發(fā)展，利用 GPS 與數(shù)字測深儀相結(jié)合的無驗潮測深技術(shù)將在海洋測量中擁有廣闊的前景。 4 深度基準面 深度基準面簡介 測量人員若要測量陸地某點的高程或者是海洋的水深 ，都必須有一個起算面，起算面就是起 算的零面，也叫做基準面。 一個國家或地區(qū)確定的基準面必須要科學和穩(wěn)定，因為它對測繪、測圖海岸建設(shè)、地殼升降以及海洋學等各個學科都有著非常重大的意義。 海區(qū)各點的水深是 指 從深度基準面到海底 泥面 的垂直距離。深度基準面就是海圖基準面，它位于 多年平均 海平面以下 L 的地方 。 海洋 水深測量通常在 受風浪影響，不停波動的 水面上進行， 因此相同的地方不同時間去測 ， 各次的測深結(jié)果可能都有一定出入。 這個 出入 與 波浪 的大小有一定關(guān)系 ，在一些 海面相當 明顯。為了 使得 不同時間不同地點 所測水深有一定可比性 ，必須確定一個 統(tǒng)一 起算面，使不同時間測的水 深都從這個面開始起算 ，這個面就是深度基準面 。 求算深度基準面 時既要考慮到海面上 艦船 的 航行安全 ,也要考慮 水深的 利用率 。由于 每個 國家 求 L 值的方法 都不同 ， 所以 計算出來 的深 結(jié)果 也不相同。 我國 現(xiàn)在使用的是理論深度基準面。 如圖 41 所示，深度基準面是在 多面平均海面往下 L 的地方，海底某一點的圖載水深 D 就是從深度基準面到海底的垂直距離。 淮海工學院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計（論文） 第 11 頁 共 31 頁 圖 41 深度基準面示意圖 深度基準面發(fā)展 特大潮低潮面：三十年代初期，國家政府，海軍，和美國海軍在海洋事務(wù)的數(shù)據(jù)，是 以 特大潮 低潮面 為深度基準面 。民國三十五年，英國仍然以特大潮低潮面為深度基準面進行海圖的測繪。 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)的深度基準面。 同時也 將其 作為 一些航道整治工程的起算零點 。 與吳淞零點相比較，尋常大潮低潮面高于吳淞零點 米。 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面。在 抗日戰(zhàn)爭期間， 我國 海軍 測量局在測量兩地之間長江河道圖時，采用的深度基準面也是略最低低潮面。中華人民共和國 成立 之后 ， 1949 年 到 1958 年 期間 ， 我國深度基準面 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) 江口各個驗潮站歷年的水位觀測資料，將最低低水位作為深度基準面 。 這個深度基準面 是 與 上述 三 個深度基準面 相比，是一個 高度 最低的基準面。 理論深度基準面： 理論深度基準面是指根據(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算得到的理論上可能出現(xiàn)的最低潮位面。 1956 年起，我國海軍司令部以及海道測量部在進行海洋測繪作業(yè)時， 采用的深度基準面是 理論深度基準面。 1958 年，長江口 海洋測繪時首次采用了理論深度基準面 理論深度基準面，1959 年 在測 量 杭州灣的時候也是采 用理論深度基準面 。 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 ，計算理論最低潮面， 并對其進行 適當調(diào)整， 計算出 長江口的深度基準面，并于 1967 年 8 月開始使用。 多年平均海面 深度基準面 L 圖載水深 D 海岸 淮海工學院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計（論文） 第 12 頁 共 31 頁 1971 年 我國再次調(diào)整了 深度基準面 。調(diào)整 的依據(jù) 是 1971 年 3 月～ 4 月，江陰以下的 27 個 驗潮 站 30 天 的同步潮位觀測數(shù)據(jù) 。這 一 次 的 調(diào)整 范圍 比較 廣，資料 很完善 ， 計算出的結(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 ， 相當于對其進行了長周期改正 。 1975 年 6 月 ， 國家 海 軍司令部 ，海道測量部以及 海洋局在天津召開會議，會議 研究 了 多個 開放港口深度基準面值， 并且對 上海市長江口地區(qū)的 某些 水位站 深度基準面數(shù)值進行適當調(diào)整。其余不變。 1990 年 12 月 起開始 實施 的海道測量規(guī)范 指明 ， 將之前海洋測繪中的理論深度基準面進行改名， 改過后叫 理論最低潮位 。同時規(guī)定，在 確定 理論最低潮面時，需要 對其 進行長周期改正，因此計算理論最低潮面 時要 考慮 長周期分潮 訂正 。 深度基準面概況 各個國家 采用的深度基準面的概況如下： 略最低低潮面：它指在當?shù)仄骄Ｃ嬷碌木嚯x。采用略最低低潮面的國家有印度、日本。 1956 年以前我國也采用它。 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。 平均低低潮面：美國的太平洋沿岸、菲律賓和夏威夷島采用它。 最低潮面：法國、西班牙、葡萄牙、巴西等國采用它。 平均大潮低潮面：歐洲的若干個國家采用它。 理論深度基準面：理論深度基準面各地的高度不同， 潮差的大小 會影響理論深度基準面的高度 。理論深度基準面 為我國的法定深度基準面。 海洋 無縫 垂直基準 的構(gòu)建 圖 42 各面之間位置關(guān)系示意圖 瞬時海面 平均海平面 深度基準面 1985國家高程基準 大地水準面 海底 WGS84橢球 P O R T G Q 淮海工學院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計（論文） 第 13 頁 共 31 頁 我國現(xiàn)有的垂直基準有 WGS84 參 考橢球、大地水準面、海圖基準面等。 圖 42 中， PQ 為 GPS 所測的瞬時海面的大地高 h。 PG 是 P 點的正高 H。OQ為多年平均海平面的大地高 。RG 為大地水準面和國家高程基準之間的差值N? 。OR 為以國家高程基準面作為基準面的海面地形 。OT 為海圖深度基準面的值L。TQ 為深度基準面的大地高 。TG 記作深度基準面的正高 。GQ 為利用大地水準面模型法計算得到的大地水準面差距 N。 考慮到 不同的長期驗潮站 驗潮方式不同， 求出的基準面組合確定出來的深度基準面可能會有一定的偏差，不便于建立一個 統(tǒng)一的海洋垂直基準。近年來，不少學者提出構(gòu)建海洋無縫垂直基準的構(gòu)想。 海道測量時實踐表明，平均海平面的觀測精度以及計算精度都很高，假設(shè)用平均海平面作為垂直基準，就可以獲得以該基準表示的水深。并且可以用于表示海洋深度基礎(chǔ)地理信息的表示。 因為 GPS 越來越多的用于無驗潮測深，所以設(shè)計出一個從大地高換算到海圖高的算法具有很大的用處。 2020 年有學者提出將參考橢球面作為海洋統(tǒng)一的無縫的垂直參考基準的思想。因為 GPS 實測的大地高可以通過兩步轉(zhuǎn)換步驟，轉(zhuǎn)到到海圖高。先 用基于大地水準面的幾何修正法 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。這過程實現(xiàn)了橢球面到深度基準面的轉(zhuǎn)換，實際上也就是建立了一個無縫的統(tǒng)一的垂直基準面。 5 深度基準面 的計算 海洋的水深不僅隨 地理位置 變化，還因為受到潮汐的作用而隨著時間變化。為了使 不同地方所 測的水深 數(shù)據(jù)有一個可比性，需要確定一個基準面，使測深數(shù)據(jù)都從該面起算， 這個基準面 就 叫做深度基準面 。 海洋 潮汐 潮汐要素 高潮跟低潮：在海面升降的一個潮周期中， 高潮是指海面上升到最高的時候 ，低潮是指 海面下降到最低 的時候 。 平潮跟停潮：海面達到高潮的時候，海面暫時停止升降的現(xiàn)象叫做平潮；在低潮時 海面暫時停止升降的現(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：一天之中的兩個高潮和兩個低潮中，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。 淮海工學院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計（論文） 第 14 頁 共 31 頁 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 潮汐觀測也叫 驗潮， 驗潮 的目的是 獲得 當?shù)氐?潮位觀測數(shù)據(jù) ， 以便 計算 當?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，也可以計算理論深度基準面 ， 這些數(shù)據(jù)都可以提供給海洋 測繪 、軍事 等部門使用。 常用的潮汐觀測方法有： 水尺驗潮： 水尺是指一根長度大約三到五米長的刻度尺，其最小刻度一般為厘米。通常將其 固定在巖壁 上，驗潮人員可以在一天中規(guī)定時間去讀取水位數(shù)據(jù)，制成潮位觀測表，以便使用。 井式 驗潮儀 ：主要由 潮井、浮筒、記錄裝置 三個部分 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，使得記錄針在 記錄滾筒上 的記錄紙 畫線，達到自動記錄潮位的目的 。 壓力式驗潮儀： 壓力式驗潮儀從結(jié)構(gòu)上來分 可以分為機械式和電子式。機械式 驗潮儀 主要 由 U 型管、水壓鐘、 記錄裝置等 部分 組成?；驹恚和ㄟ^ 海面的升降產(chǎn)生的壓力變化，反映出潮位的變化 。 除了上述這些驗潮方法，常用的還有電子水壓驗潮儀以及超聲波潮汐計等等，每種驗潮方法各有其優(yōu)缺點，我們應(yīng)該根據(jù)具體情況，選擇合理的驗潮方法。 實際海洋潮汐的潮汐高 實際海洋潮波是天體引潮力作用下的一種波動，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，潮波變化十分復雜，某一潮位站的潮汐觀測僅是對復雜潮波系統(tǒng)在這一點振動的采樣。 雖然在單個驗潮站實際觀測的潮高變化與平衡潮理論給出的理論潮高有很時間 潮高 低高潮 高高潮 落 潮 漲 潮 周期 低低潮 高低潮 落潮時 漲潮時 淮海工學院二 〇 一三屆本科畢業(yè) 設(shè)計（論文） 第 15 頁 共 31 頁 大 差別 ,各種頻率成分 (分潮 )的貢獻與這些頻率成分之間的理論比值也不同，但實際海洋必然要在天文引潮力的源動力下作相同頻率的振動，或海水系統(tǒng)對引潮力各分量做出頻率成分相對應(yīng)的響應(yīng)。 因而可以將實際潮汐分成許多有規(guī)律的分振動，這些分離出來的具有一定周期、一定振幅的分振動就叫分潮。 表 51 8個主要分潮周期及其相對振幅 分潮符號 名稱 周期 相對振幅 （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 深度基準面的計算 平均海面 平均 均海面 也叫 海平面。 它是指一定觀測期數(shù)內(nèi)的海面高度平均值 ，由相應(yīng)期間 內(nèi) 潮位觀測資料獲得， 海平面高度是指從驗潮站零點到海面的高度 。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 驗潮站的水位觀測值 的時間間隔為一個小時 ，因此，實際計算 海平面 時常用的方法是對 n 個 小時內(nèi)的 觀測值直接取平均 數(shù) 。 ??? 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