水下地形測繪中潮位改正誤差的探討

顧飛艇

浙江省河海測繪院

摘要：水下地形測量的精度主要取決于水深測量精度以及平面精度，本文首先對測深誤差進行分析，進一步建立海洋基礎地理信息，可以有效地促進我國海洋的經(jīng)濟發(fā)展，是一項具有公益性和基礎性的事業(yè)。

關鍵詞：水下地形；潮位改正；誤差估計

1引言

隨著社會的進步經(jīng)濟的發(fā)展，我國的科學技術有了長足的進步，海洋科學也得到持續(xù)發(fā)展，但是人們對于海洋索取的資源也越來越多，比如空間資源、自然資源、便利的航運以及各種能源等等，為了能夠更好地利用我國的自然資源，避免過度的開發(fā)和不合理的利用對我國的海洋資源造成損害，應該嚴格跟進海洋地理信息服務。水深測量作為海洋地理信息建立的基礎工作，海洋測量是在測量船上，把瞬時海面作為參考面然后進行的測量活動，海洋測量受海洋潮汐的周期性影響，所以需要對測深值進行潮汐改正。改正方法有三種，分別是兩站改正、多站改正以及單站改正。

2 測深誤差分析

由于我國社會的進步，科學技術得到快速的發(fā)展，水下地形測量的測深手段也越來越多，下面我們通過以上幾點進行測深誤差的分析。

2.1水深測量誤差

回聲測聲儀的工作原理就是通過聲波傳播的時間，然后可以計算得出水底和水面之間的距離。在實際的深度測量中，主要是波束角、時間測定、聲速對測深精度產(chǎn)生影響。

2.2水面高程傳遞誤差

測量海洋海底的高程時是依靠水面進行傳遞的。在進行水面高程傳遞時，首先要確定深度的基準面、測定潮位站水尺零點以及潮位改正的過程。

（1）潮位站水尺零點的測定誤差

潮汐觀測的準確度，一般情況下是通過潮位站水尺零點的精度來確定，潮汐測定是通過水準測量的方法進行測定的。在水準測量過程中會有很多因素會對影響測量結(jié)果，造成誤差，比如測量的儀器、水準尺，以及觀測過程中對于基準點的尋找等等因素都會影響水尺零點高程式出現(xiàn)誤差。

（2）潮位觀測誤差

通過水尺觀測的方法減少潮位觀測的誤差，水尺觀測方法首先有一個固定的合適的觀測位置，然后豎立驗潮水尺，在水尺上讀取三到四個瞬時水面觀測值，最終取這三到四個讀數(shù)的平均值作為該時刻的水位觀測值。水尺觀測法既簡單又方便，但是受觀測者的影響因素較大，在實際的測量中，用平均法消除了部分波浪影響，但是還存在一部分認為的隨機誤差，濾波性能不夠穩(wěn)定，測量數(shù)據(jù)精度不高。從目前來看，各個驗潮站最常用的方法就是驗潮井觀測法，這種觀測方法是通過特制的豎井，然后再引入海水中，使得井內(nèi)和井外的水壓相對平衡，通過浮子將記錄數(shù)據(jù)的滾筒帶動起來進行轉(zhuǎn)動，記錄下水面高程的變化。在海水與井的連通環(huán)節(jié)上，設置阻尼設備，這樣可以有效地消除波浪造成的影響，加強了水位的準確的讀數(shù)，但是也會引起水位的壓縮或者水位的滯后。這種觀測水位的方法就是通過現(xiàn)代化的通信科學技術來觀測潮位的變化，可以進行自動的波浪的改正，提高觀測精度。而且這種水位計觀測法，體積設備較小，比較容易攜帶和使用。但是這種水位計觀測法也具有缺點，就是要求傳感器的制作過程必須認真嚴格。

（3）潮位改正誤差

在對潮位誤差的改正過程中，必須將實際的水的深度值，換算為理論上的平均海面或者深度基準面的島程，就是進行水位的改正。

潮位改正的數(shù)學公式為：

H=h.Hc

式中，H為理論深度基準面的高程。

h為實測的水深，

He為瞬時相對干理論深度基準面的潮位

上面公式的潮位誤差分析不是針對大規(guī)模的海洋水深潮位的計算，只是簡單的適用于某個小湖位的，而大規(guī)模的海洋水深潮位，應該設立多個驗潮站進行驗潮，然后進行內(nèi)插的改正。斷面潮位線性內(nèi)插，是通過兩個驗潮站的水位觀測數(shù)據(jù)，推算兩站之間任意點處的水位值，其數(shù)學公式為：

Hx=Ha+（Hb-Ha）。Rax/Rab

式中：Hx為X點處某個時刻潮位的高度，

Ha、Hb分別為a、b兩潮站某個時刻潮位的高度

Rab為測點距離驗潮站b的距離

Rax為測點距離驗潮站a的距離

該數(shù)學公式是將潮位的基準面以及各個驗潮站之間的海面來作為商線進行處理，上述公式僅僅適用于測點恰好位于兩驗潮站連線上，而且潮差變化均勻的情況，在實際的測量中，海面為不規(guī)則的曲面，會給潮位內(nèi)插帶來誤差，不適合采用這種測量方法。

3提高測深精度的措施

（1）聲速改正

改正聲速可以有效地提高測量的精度，具體措施在進行精度的測量前先進行含鹽度以及水溫的測量，然后再進行計算平均聲速。

（2）波束角誤差以及時間測定誤差的改正

改正時間測定誤差和波束角誤差也可以提高測量精度，時間測定誤差主要原因是技術問題，但是隨著科技的進步，技術問題已經(jīng)不是主要的誤差來源，但是，波束角進行測量時主要是人工來判讀，所以測量誤差較難控制，只能通過模擬海底的特征，根據(jù)數(shù)字模型來修正。

（3）水面高程傳遞誤差

水面高程傳遞誤差會影響測量的精度，我們一般通過提高水準點的精度來改正潮位水尺零點的測定誤差。要想改正潮位觀測誤差，應該通過采用先進的潮位傳感器式水位計的觀測方法代替人工觀測的方法。

（4）在實際工作中，在風浪中船姿搖擺引起的誤差由于不能即時測定搖擺的角度，所以一般會避免在中風浪中進行測量作業(yè)。

4.系統(tǒng)延時的綜合誤差

根據(jù)DGPS水深測繪系統(tǒng)的工作原理，在進行數(shù)據(jù)采集時，因計算機、信號傳播延時以及附屬設備響應等產(chǎn)生影響，從信號開始發(fā)射到進入信號計算機這整個過程中延遲，造成時間誤差。

（1）差分GPS的時間延遲

由GPS水深測繪的原理就是通過移動臺接收來自基準站差分改正。在移動臺接收的過程中，移動GPS接收機首先要進行計算基準站差分改正數(shù)然后再對改正數(shù)發(fā)射，緊接著是接收差分信號然后觀測衛(wèi)星、差分改訂三再次進行發(fā)送位鬣信息最后是計算機接收信號。在GPS定位的這個過程中，有兩個方面的原因造成時間的延遲：第一是因為同基準站GPS接收機計算出差分改正數(shù)，經(jīng)過數(shù)傳機、數(shù)模轉(zhuǎn)換到移動臺的數(shù)傳機，再經(jīng)過第二次的數(shù)模轉(zhuǎn)換最后進入移動臺GPS接收機，中間產(chǎn)生時間的延遲；第二個原因是進入移動臺GPS接收機的差分信號，經(jīng)接收機進行處理計算最后送至計算機，再計算機進行計算和存儲時產(chǎn)生時間延遲。

（2）測深儀、DGPS的同步誤左

在DGPS水深測繪系統(tǒng)中，計算機在最后進行數(shù)據(jù)的記錄觀測，計算機能夠從DGPS接收機位置信號束觸發(fā)計算機記錄平面位氍，對于來自測深儀的信弓，以此刻以后最近的一次深度數(shù)據(jù)，合并劍平面位簧上，這樣就造成了深度值數(shù)據(jù)與平面定位數(shù)據(jù)的不同步，導致產(chǎn)生時問延遲。根據(jù)測深儀的工作原理，測深儀的接收電路和發(fā)射電路是循環(huán)的，也就是接收電路得到發(fā)射電路返回的信號后，再進行計算深度值，然后發(fā)射給計算機，再發(fā)射另外一個脈沖信號。因為深度值是不斷變化的，所以接收和發(fā)射的時間間隔不固定，就要不能通過固定的時間來觸發(fā)、控制測深儀的發(fā)射過程。所以，時間延遲不受人的控制。

（3）船舶姿態(tài)產(chǎn)生的平而位囂誤差

在進行安裝差分GPS水深測繪系統(tǒng)時，應盡量將測深儀的換能器與GPS天線布置在同一平面上，但是在實際的測量過程中，由于船舶載體姿態(tài)左右進行搖晃，就容易造成換能器以及GPS天線的中心出現(xiàn)偏差，這種偏差在載體坐標系中分別表現(xiàn)在沿橫軸以及縱軸方向的偏差。

5 結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展經(jīng)濟的進步，海洋測繪中驗潮儀器也得到長足的發(fā)展，外海布設驗潮儀也更加簡單方便。在沿海岸線易于布設驗潮儀的位置，不僅可以布設驗潮儀，還能對外海潮汐進行觀測，采用內(nèi)插與外推相結(jié)合的潮位模式改正精度提高潮位。

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