海洋测绘1:1万水下地形测量和深水岸线调查试生产项目作业方法的探究
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摘 要:通过本次宁波市域海洋测绘1:1万水下地形测量和深水岸线调查试生产项目，针对试生产过程，总结试生产过程中的可行经验和关键技术，探讨一些可用于生产的技术方法和手段。
关键词:水位站；水位观测；平均海平面；理论最低潮位面；测深；GPS-RTK无验潮
Abstract: 1:10000 underwater topographic surveying and the deep-water shoreline surveying pre-production project in the Ningbo City are introduced. Some viable experience in pre-production process and key technologies are summarized and discussed.
Keywords: hydrometric gage；hydrometric observation；mean sea level；theoretically lowest tide level ；bathymetric survey；GPS-RTK without tidal observation
中图分类号：P332.3文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
1 引言
为加快推进省委省政府关于“发展海洋经济，建设海上浙江”重大战略部署，省政府专门就海洋测绘下发了《关于切实做好全省海洋测绘工作的通知》，明确全省海洋测绘工作是省重点专项工作，明确全省海洋测绘工作由省测绘与地理信息局统一组织实施，统筹安排全省海洋测绘的项目实施，负责编制全省海洋测绘工作方案并对全省海洋测绘工作进行了全面部署。宁波市域海洋测绘工作是全省海洋测绘工作的重要组成部分，也是建设海洋经济强市的重要保障性工作。项目年度计划经省测绘与地理信息局批准后实施。为了更好的完成宁波市域海洋测绘与调查工作，采取有效的工作方法和手段，提供可靠数据，宁波市于2011年8月
开始启动了试生产，我公司本次的试生产项目为1:1万比例尺水下地形测量和深水岸线调查。
2 数量与时间参考
本次完成1:1万的水下地形测绘面积310.6km2，测线701条，检查测线21条，总长度2376.1km；深水岸线调查24.8km。本次作业时间为年9月3日至12月18日， 实际作业时
间约105天，其中外业45天，内业60天。外业数据采集可达到8 km2/日，其中水下地形测量10km2/日，潮间带测量2.6 km2/日；内业数据编辑约5 km2/日（不含入库）；海上岸线调查15天，岸线调查测2 km/日。
3 临时水位站的布设与观测
本次水域控制面积300多km2，含有内港、航道、外海，潮流复杂，海面受潮汐、气象等影响起伏较大，根据潮位站布设的密度能控制全测区的潮汐变化，相邻潮位站之间的距离满足最大潮高差小于1m，最大潮时差小于2h，潮汐性质基本相同的原则，共布设了12个临时水位站，平均相邻站之间距离约15km。临时水位站的水位观测采用自记水位仪或水尺、或同时使用两种方法进行观测，同时使用两种方法进行观测的，以自记水位仪的观测数据为准，以人工验潮作为检核修正。
本次测量区域包括金塘水道、大榭岛水域、蚂蚁岛水域和佛渡岛水道，临时水位站布设位置见图3.1。表3.1是对相近几个临时水位站的观测数据统计分析，关系中有的临时水位站在采用水位三角分带改正中并不具有一定的关联性，只是作为测绘整体区域临时水位站布设的分析。
图3.1 临时水位站位置布设图
表3.1 临时水位站数据统计分析
由表3.1可以看出，统计中最远的临时水位站之间距离约为80km（金塘大桥～三山大闸），最大潮高差相差最大的为0.72（白峰～三山大闸），最大潮时差相差最大的2h（金塘大桥～蚂蚁岛）。从对所布设的临时水位站的水位观测数据分析来看，本次用于三角分带水位改正的临时水位站布设均符合要求，从整个数据也可以看出，外海（水道）与内港、处于南北位置的潮时差变化比较大。
4 临时水位站基准面选择与理论最低潮面的确定
根据长期或短期水位站推算临时水位站的平均海平面，确定深度基准面（采用理论最低潮位面），是非常重要的一个工作。为统一各水位站的水位资料，本项目实施过程中将各水位站的水位资料（即水位观测起算基准）统一归算至1985国家高程基准。
本次收集了定海、镇海、湖头渡3个长期验潮站资料，并全部采用2年以上连续水位观测数据，采用同步观测水位平均值，计算与临时水位站同步观测时间内的平均海平面与其多年平均海面的差值，然后将此期间的短期平均海面加上改正数求得本期间的平均海平面，再根据临时验潮站与长期站同步观测的数据（本次各临时水位站同步观测时间不少于10天），采用同步传递法确定其平均海面。
根据定海站已知的理论最低潮位面，采用弗拉基尔法计算长期验潮镇海、湖头渡的理论最低潮位面，计算公式如下：
式中：表示求极小值运算符；
，为分潮相角；
负号“－”使求得的相对平均海面的深度基准垂直偏差表达为正值；
为分潮交点因子与分潮振幅的乘积；
和为、、、、、、、、、、、、等13个分潮的调和常数和节点因数；为分潮的相角，它的变化从0至360。
根据已知的3个长期水位站的理论最低潮位面，采用两点内插法确定临时水位站的理论最低潮位面，计算公式如下：
L=(DBLA+DALB)/(DA+DB)
式中：L-临时水位站深度基准面至其平均海平面的高度；
LA、LB-已知A、B两个水位站的深度基准面至其平均海平面的高度；
DA、DB-在同一比例尺图上分别量取的临时水位站到已知A、B站的垂足间距离。
5 水下地形测量
5.1定位与测深设备的选择
本项目定位利用NBCORS采用双频GPS接收机，测深全部采用单频数字测深仪，区域内最大深度达130多米，为验证单频数字测深仪对深度达到100米的测深精度，后用双频数字测深仪进行检查，其检测结果对比如下表：
由此可看，对比误差均小于0.02H，采用单频测深仪还是可行的。
双频GPS接收机在使用前进行了定位对比检查，单频数字测深仪进行了一致性检验和稳定性测试。测量时根据不同深度通过检查板对测深进行了检验。
5.2测量船只、船速的选择
为保证测量精度，增强船体平台稳定性，减少因海浪对船体产生纵、横摇，本次选择了30吨级的船舶作为测量船。
在一般的作业区船速选择在5节，在涨潮和退潮的潮流方向、深度大于30米地区，船速控制2～4节。
5.3数据处理
对采集数据的后处理是保证数据精度的一个最重要过程之一，本次项目主要进行了潮位改正、声速改正、动吃水改正、静吃水改正。初始声速改正在测量时进行了相应的改正，根据测量海水的不同深度，取其一中间值，设置为1517m/s。由于不同的海域，海水的温度、盐度、介质也不相同，所以应该在测量时根据不同的深度采用不同的声速进行改正，但此方法在实际作业过程中很难实现，因此本项目根据外业以不同深度，采集同声速进行测定改正数，按声速公式进行计算，在数据处理软件中进行水深批量改正。
依据检查线统计，本次测量在20米内的测深误差在0.2米内的占81.7%，粗差只占0.2%，在大于20米深度，深误差在0.4米内的占81.7%，84.1%，粗差占0.6%。
6 GPS-RTK无验潮水下地形测量
本项目在确定采用验潮方式进行测量时，也在采用无验潮方式进行检验，本次采用NBCORS直接记录测深点的三维坐标，高程转换采用NBCORS中心的坐标转换软件进行。
选择金塘水域、大榭水域及蚂蚁岛水域部分数据进行无验潮数据处理，数据处理时没有进行消浪处理，对测深数据进行了声速改正。高程对比精度统计如下表:
从15214个数据来看，剔除个别粗差，单从0.4米误差（水深大于20米时，对比误差与深度关系式ΔH ≤0.02H ）来看，98.6%数据满足规范要求，所以采用NBCORS以无验潮方式进行水下地形测量可以满足精度要求。
7 结束语
（1）本次试验区的水位站布设合理，在采用三角分带水位控制进行水位改正的情况下，根据一些相关的验潮站比较，所布设的临时水位站还可以适当再减少，但在外海与内港或航道等衔接处、地形变化区域（山嘴等）地方，应布设临时水文站。
（2）在水下地形测量时，应该选择合适的船只，过大在转弯、航道狭窄，礁石多等情况下行驶不方便，过小又由于风浪原因会造成不稳定。
（3）在水下地形数据采集时，根据风速、涨、退潮等情况，制定合理的行驶速度，以保证水深数据采集的准确性。
（4）在进行数据处理时，进行正确的声速改正、潮位改正、动吃水、静吃水的改正。
（5）在CORS快速发展的今天，扩展应用领域，更好的发挥利用此项资源。本次采用的无验潮与有验潮测深数据的比较来看，均可以达到精度要求，从数据的比较来看，两者的差值属于偶然误差（随机误差）并不具有一定的系统误差变化趋势。根据NBCORS的大地水准面精化的情况来分析，应该随着距离陆地远近的变化而造成高程精度也随同样的趋势而变化，但在本次实验过程中，高程误差的变化并不十分明显，并没有随着远离陆地而有明显的降低，这个原因也可能是由于测区边缘距离陆地（大约15km）还不够远，所以影响不大。
采用NBCORS进行无验潮水下地形测量，精度较高，可有效降低成本，提高工作效率。
测量时部分地区数据链信号不好，时断时续，针对对信号不好的区域采用不同时间段重新测绘的方法进行解决。
参考文献：
[1]水运工程测量规范；
[2]海道测量规范。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。