降低海洋测量结果误差的措施探讨

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[摘 要]海洋测量主要是为了精密测定和描述海洋几何场和物理场的重要参数，从而为人类开发海洋，利用海洋资源的活动服务。由于海洋测量具有全天候、测量作业连续、误差源复杂、测量环境多变、海底地形看不见等特点，测量结果存在的误差问题，需要引起重视。本文分析了海洋测量结果误差的原因，探讨了降低海洋测量结果误差的措施。

[关键词]海洋测量；误差；原因；措施

中图分类号：P71 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0118-01

海洋勘察测绘是建设海洋强国的基础性工作，也是开发利用海洋自然资源于空间资源的保障工作。海洋测量主要是为了精密测定和描述海洋几何场和物理场的重要参数，从而为人类开发海洋，利用海洋资源的活动服务。随着科学技术的进步，特别是卫星技术、电子技术、计算机技术及信息获取手段的改进和发展，海洋测量突破了传统单一的海道测量范围，相继出现了相对独立的海洋控制测量、海洋工程测量、海底地形测量、海洋重力测量、海洋磁力测量等。

除了与现代陆地测量具有的高精度、自动化、高效率等特点外，现在海洋水深测量还具有以下特点：全天候、测量作业连续；误差源复杂；测量环境多变；海底地形看不见，很难掌握其实际情况，测量性质属于水下声波遥感；测量观测值较多，集定标、导航、测深及潮汐观测四种测量手段于一体，需要较强的数据采集、存储、查询、分析处理和管理能力。海洋测量结果存在的误差问题，需要引起我们的重视。

1.海洋测量结果误差的原因分析

（1）海水声速误差。海水在不同深层声波传播速度是不同的，而测深仪的设计声速虽然可调，一旦确定只能对应一个声速。往往通过用声速仪等测定海水各个深度层的实际声速值来改正测深仪测得的水深值。由于影响海水声速的因素复杂，加上在测定海水声速时环境也复杂，例如，海流强弱、测船摇晃程度等，因此很难准确测定海水不同深度的声速，从而产生声速误差。

（2）RTK高程的误差。在海洋水深测量工作中，采用无验潮方式时，由于RTK高程的可靠性、船体的摇摆、同步时差、采样速率等因素，会极大地影响测量结果的精度，这些误差要比RTK定位误差高出很多，这些原因的存在，严重地制约了提高无验潮方式水深测量精度。

（3）采样速率及延迟造成测量误差。GPS定位输出的更新率将直接影响到瞬时采集的精度和密度，现在大多数RTK方式下GPS输出率都可以高达20HZ，而测深仪的输出速度各种品牌差别很大，数据输出的延迟也各不相同。因此，定位数据的定位时刻和水深数据的测量时刻的时间差造成定位延迟。

（4）测深换能器动态吃水误差。测深仪换能器固定安装在测量船底或船舷上，还能器被放置在水下0.5―2m深度处。由于测量船吃水量受航速影响，航速越快，船下沉量就越大，同时也受波浪影响，因此换能器吃水量也随测量船上下运动变化。动态吃水改正指的是测深船的静态吃水深度加上船体自重下沉和颠簸的总和，是需要求平均值的不定值，是精密水深测量的重要误差来源。

（5）不同坐标系间坐标转换模型误差。在实际测量中，我们经常会涉及到坐标系统的转换问题，最常见坐标系为XIAN80或BJ54坐标系和WGS84坐标系统间的坐标转换，常用的转换模型有4参数和7参数法。坐标系统间转换参数的精度直接影响到测量成果的精度。

（6）在实际使用无验潮方式进行水深测量时，测量结果精度会由于船体的摇摆、采样速率、同步时差及 RTK 高程的可靠性等因素造成的误差的影响，这些误差远远大于 RTK 定位误差，从而成为无验潮方式水深测量精度提高的瓶颈因素。

2.降低海洋测量结果误差的措施

（1）检查保养测量仪器和设备。在进行实际的测量以前，要对测量仪器进行检查，从而减少因仪器方面的原因而造成的误差。第一，检查测量工具是否全面。工作人员要对测量仪器的种类、以及是否出现损坏等进行检查；第二，检查仪器的功能是否完好。工作人员要对仪器的功能等按照相关的说明进行测量，检查其是否达到相关要求或标准，一旦发现问题，要及时进行修理或者更换；第三，保管好测量仪器。工作人员在完成仪器的检查以后，要对仪器进行妥善的保管，对于一些有特殊要求的，要严格按照要求进行保管，避免仪器损坏。

（2）对于RTK高程可靠性产生的误差。在作业之前，可以把使用RTK测量的水位与人工水准观测的水位进行比较，对其可靠性进行判断。为了确保作业精度，可从采集的数据中提取RTK高程信息绘制水位曲线。对曲线的平滑程度进行仔细的分析，根据曲线的平滑程度分析RTK高程有没有产生个别或部分点出现急剧升高或降低的情况，然后使用修正的方法，来改正个别高程存在错误的点。

（3）采样速率和延迟造成的误差。GPS定位输出的更新速率将直接影响到瞬时采集的精度和密度，现在大多数RTK GPS最高输出率可达20Hz，而测深仪的输出速度各种品牌差异很大，数据输出的延迟也各不相同。因此，定位数据的定位时刻和水深数据的测量时刻的时间差造成定位延迟。对于这项误差可以在延迟校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返测量结果计算得到，也可以采用以往的经验数据。对于采样速率及延迟造成的误差，可以在延迟校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返测量结果计算得到，也可以采用以往的经验数据。

（4）对测量误差进行修正。船体摇摆姿态和动态吃水的修正，可用电磁式姿态仪修正船的姿态，修正包括高程的修正和位置的修正。姿态仪可输出船的航向、横摆、纵摆等参数，通过专用的测量软件接入进行修正。船的航向、纵摆和横摆等参数都可以通过姿态仪输出，借助专用的测量软件可以修正这些参数。动态吃水改正是船体自重下沉加上测深船的静态吃水深度和颠簸的总和，得到的是一个不定值，往往都是平均值。

（5）统一坐标系，提高海洋测绘精确度。当前在海洋测绘中，发达国家在一般使用地心坐标系进行测绘。地心坐标系因以地球质心为原点，较之参心坐标系在测量结果上更为精确，而鉴于各种原因，我国当前在坐标系的使用上，地方坐标系、国家坐标系以及施工坐标系的参照坐标还存在差异，且主要以参心坐标系为主，应尽快予以统一，并逐渐选择使用地心坐标系，以不断提高海洋测绘的精确度。

（6）船速效应对测深换能器动态吃水影响较大，可通过事先测定不同船速下的吃水量而获得改正，也可采用GPS动态载波相位差分三维定位方法加以克服。影响海水声速的因素复杂，往往通过用声速仪等测定海水各个深度层的实际声速值来改正测深仪测得的水深值。定位中心偏心效应和测深延迟效应等属于系统误差，仅影响测量点平面位置精度，可通过事先精确测定GPS天线中线和换能器中心的相对坐标，测定测深仪发射延迟时间，利用相关改正公式可以有效改正他们。

由于海洋理论深度基准面具有跳跃变化的不稳定特点，因此，将大地高作为无缝垂直参考基准应用水对水深的测量，还需要进一步加强对于数据处理准确性的研究，以做到通过大地高的测量，能对海图高的数值有比较准确的测定，尤其在我国的远海领域，应加大对GPS精确使用范围并加快相应技术研究，以不断促进海洋测绘技术的提高。

参考文献

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[2] 邓才，郭志金，魏凌飞等；水文测量应用GPS-RTK测量技术分析 [J]. 建筑工程技术c设计，2015（12）.