水下地形測繪中潮位改正誤差分析

吳春節，許建宣，王智明

(寧波市測繪設計研究院，浙江 寧波 315042)

1 引 言

隨著海洋科學的持續發展，人類逐漸向海洋索取更多的自然資源、空間資源、能源以及航運的便利等等，為了合理規劃利用海洋資源，以防止對海洋資源的不合理的利用與開發，做到對海洋的可持續規劃利用，海洋地理信息服務必須跟進。海洋基礎地理信息的建立是促進海洋經濟發展的一項基礎性和公益性事業。海洋地理信息建立的基礎工作就是水深測量，海洋測量是在測量船上以瞬時海面作為參考面進行的測量活動，受到海洋潮汐的周期性影響，所以必須對測深值進行潮汐改正。潮位改正的方法主要有單站改正、兩站改正和多站改正。

浙江沿海的潮汐振動主要是由太平洋潮波引起的諧振動。來自西北太平洋的潮波傳經琉球群島島間水道，以幾乎平行的行波形式進入東中國海，然后沿西北偏西方向進入浙江沿海［1］。寧波南部海域的東側無影響潮波傳播的較大島嶼，潮汐類型為非正規半日潮，潮流基本呈往復流，潮波傳播較均勻。驗潮站的布設與潮位控制比較易于操作。

2 驗潮站布設

海道測量中驗潮站有效距離為下式計算:

式中，d 為驗潮站有效距離(km)，δ 為測深精度(cm)，S 為兩站之間的距離(km)，△hmax為兩站在同一時間的最大可能潮高差(cm)。一般海洋測繪項目中驗潮站沿海岸線布設，本項目中外海也布設了驗潮站，潮位改正采用外推與內插相結合的方式［2～5］。

測區范圍如圖1 所示，測區東西長約37 km，南北長約31 km，整個測區較開闊，雖然測區內外島嶼眾多，但是島嶼面積非常小，不足以對潮波傳播造成影響，測區水深較淺，從西部的灘涂到測區最東側最深處18 m。共布設了8 個驗潮站，丟失一個，最終只收回了7 個。由于驗潮站無人值守，在這7 個驗潮站中其中一個驗潮儀在測量施測期間被人為拉起過兩次，導致數據不能用于水深改正。最后只有6 個驗潮站可以用。用于潮位改正的驗潮站位置如圖2 所示。

水位改正由6 個臨時驗潮站進行改正，6 個驗潮站共組成5 個三角分帶，東部超出3 號站與4 號站連線的區域，利用3 號站、4 號站和5 號站進行三角分帶外推水位改正，其他區域利用5 個三角分帶進行水位改正。

圖1 原計劃潮位站布設位置分布圖

圖2 最終潮位控制網圖

3 潮位控制分析驗證

如表1 所示，三角分帶控制網中臨時潮位站間的最大潮高差為55 cm，最大潮時差為75 min，滿足《海道測量規范》(GB 12327－1998)關于驗潮站布設:“驗潮站布設的密度應能控制全測區的潮汐變化，相鄰驗潮站之間的距離應滿足最大潮高差不大于1 m，最大潮時差不大于2 h，潮汐性質基本相同”的規定［6］。

臨時驗潮站潮汐性質統計表 表1

(1)對三角分帶控制范圍區域的驗證

從表1 中可以看出，1 站與2 站間最大潮高差為39 cm，最大潮時差為50 min，缺少7 號臨時驗潮站的水位數據仍滿足要求。各三角分帶相鄰潮位站間最大潮高差為55 cm，最大潮時差為75 min，均滿足要求。

(2)對超出3 號臨時驗潮站與4 號站連線的區域的驗證

3 號臨時驗潮站至4 號站的距離約為54 km，超出三角分帶控制區域至3 號與4 號兩個臨時驗潮站連線的最大垂直距離約為10 km。作業期間3 號站與4 號站最大潮高差為42 cm，最大潮時差為45 min，兩站的潮汐性質基本相同。

超出三角分帶控制區域利用不同驗潮站不同改正方法進行改正驗證，利用3 號站—4 號站—5 號站三角分帶對超出區域進行水位改正和利用3 號站與4 號站對超出區域進行線性改正，對改正后的數據進行互差對比，統計如表2 所示:

超出三角分帶控制不同驗潮站改正后水深值差值統計表 表2

(3)對鏡像區域利用不同驗潮站不同改正方法進行改正驗證

用不同潮位站不同方法對超出區域的鏡像區域進行水位改正，鏡像區域以3 號與4 號兩站連線為中心線，對超出區域所作的鏡像如圖3 所示:

圖3 鏡像區域示意圖

對鏡像區域分別利用3 號站—4 號站—5 號站進行三角分帶改正和利用3 號站、4 號驗潮站線性改正，對改正后的數據進行互差對比，統計如表3 所示:

鏡像區域不同驗潮站改正后水深值差值統計表 表3

(4)利用檢查線進行計算驗證

利用3 號和4 號兩個臨時驗潮站對測區內的數據進行線性改正，并將該數據與J3 檢查線、J4 檢查線的數據對比統計，其統計數據如表4 所示:

檢查線相同位置水深值差值統計表 表4

(5)對測區東北部驗潮站連線外區域的驗證

從對驗潮站連線外區域利用不同潮位站不同方法改正，其差值最大值為12.2 cm，且98.64%的差值都小于10 cm，可知該海域潮汐性質相同，潮位站能夠有效控制的范圍大;由鏡像區域利用不同潮位站不同方法改正的分析:其差值最大為15.6 cm，且96.88%的差值都小于10 cm，可知鏡像區域在驗潮站3 號站和4號站的有效控制范圍之內，且精度較好，驗潮站連線外區域相對于鏡像區域，靠近外海，潮汐性質更為簡單，所以超出區域也在驗潮站3 號站和4 號站的有效控制范圍之內。利用驗潮站3 號站和4 號站對測區線性改正的數據與檢查線J3、J4 的數據對比，得出中誤差分別為 ±13.4 cm 和 ±14.0 cm，均小于規定的±20 cm。

為了提高水位改正的精度，我們利用3 號站—4號站—5 號站三角分帶外推方法對測區東部驗潮站連線外區域進行水位改正，并利用3 號站—4 號站—6 號站三角分帶外推方法進行驗證，分別利用兩三角分帶外推方法對測區東部驗潮站連線外區域的數據處理并對比，統計如表5 所示。

不同三角分帶改正后水深值差值統計表 表5

從表5 的對比數據可以看出分別利用兩個三角分帶外推方法進行數據處理，二者改正后水深數據較吻合，可以滿足潮位改正精度要求，最終數據利用3 號站—4 號站—5 號站三角分帶外推方法進行處理。

4 結 語

隨著海洋測繪中驗潮儀器的發展，外海布設驗潮儀也變得方便易行。在沿海岸線易于布設驗潮儀的位置布設驗潮儀的同時也應對外海潮汐進行觀測，采用外推與內插相結合的潮位改正模式提高潮位改正精度。

［1］陳倩．浙江近海潮汐潮流的三維數值模擬［D］．杭州:浙江大學，2002．

［2］王征，桑金，王驥．海洋潮位推算在水深測量中的應用［J］．海洋測繪，20121，22(2):3～8．

［3］許軍，劉雁春，暴景陽等．基于余水位的水位粗差探測與數據修復［A］．中國測繪學會海洋測繪專業委員會第二十一屆海洋測繪綜合性學術研究討論會論文集［C］．2009:87～89．

［4］方國洪，鄭文振，陳宗鏞等．潮汐和潮流的分析和預報［M］．北京:海洋出版社，1986．

［5］吳昊，田春和．基于余水位的潮位實時推算系統［J］．水道港口，2011，32(6):445～448．

［6］GB 12327－1998．海道測量規范［S］．