远海航渡式水深测量水位改正方法研究

针对远海航渡式水深测量作业中的潮汐改正难题,基于全球潮汐场DTU10模型及GPS无验潮测深两种改正模式,通过潮汐场预报精度评估、验潮站实测数据比对分析以及GPS大地高计算潮汐值等多种手段,开展了大范围、长时段、单测线情况下水深测量水位改正研究,形成了一套适用性强的航渡水深测量水位改正方法与流程,为面向全球的海洋水深测量资料处理提供了潮汐、垂直基准和水位归算的方法和技术支持。     

潮汐测量与验潮技术的发展

潮汐是由各天体作用于地球上的引潮力所产生，不仅海洋中有潮汐，大气圈和地球固体部分也同样存在着潮汐。海道测量中的潮汐测量仅指海洋潮汐测量仅指海洋潮汐测量，潮汐测量的手段很多，主要包括采用水尺；浮子式、引压钟式、声学式、压力式验潮仪验潮。而GPS验潮及潮汐遥感测量等技术研究国内外正在开展。所有这些验潮技术各有自己的特点。     

海道测量水位改正通用模式研究

为满足海道测量作业发展实际需求,进行了海道测量水位改正通用模式研究.在单波束测深逐点逐时分区改正基础上提出了适于单、多波束测深的海量数据虚拟单验潮站改正模式,基于时差法、最小二乘拟合法数学模型以及海洋潮汐数值预报模型,研制了适于沿岸、近海水深测量的水位改正软件.     

验潮站零点漂移检测及修订方法的改进

考虑到利用中数法计算的日平均海面可能残留较多的短周期分潮影响,会给验潮站零点的漂移检测及修订引入一项潜在的系统差,进而影响到潮汐分析及水深测量水位改正等应用。提出了基于Godin法计算日平均海面的验潮站零点漂移检测及修正的改进方法。应用结果表明Godin法较中数法可明显削弱短周期分潮影响,从而可提高验潮站零点漂移检测及修订的精度。     

东印度洋海域最优深度基准面模型构建

利用东印度洋海域周边长期验潮站实测数据、TOPEX/Poseidon等系列卫星测高反演结果,评估了DTU10,EOT11a,FES2014,GOT4.8,OSU12和TPXO8六种全球潮汐模型精度,根据卫星测高结果给出了浅水分潮改正量和长周期分潮改正量的经验模型,又在此基础上分析并构建了研究区域精度最优的深度基准面模型。考虑到全球潮汐模型在近岸的影响因素及验潮站位置,将13个验潮站分成开阔海域与近海海域两类,与潮汐模型的对比,结果表明,DTU10和FES2014模型分别在开阔海域和近海海域精度最优。根据潮汐模型在不同分潮处的精度,如EOT11a模型在O1和K1分潮处精度较高,DTU10在N2,M2,S2和K2分潮处精度较高等,分别构建了开阔海域与近海海域的组合深度基准面模型,计算得知误差分别为11.33和20.95 cm,其精度显著提高。     

珠江口及邻近海域实时水位监控的可行性分析

采用基于POM模式与blending同化法构建了珠江口及邻近海域的13个主要分潮的精密潮汐模型,空间分辨率为1'×1'。精度评估表明,模型的总体综合预报误差小于9. 3cm。在广州海事测绘中心管辖的长期验潮站控制下,以余水位传递的方式,珠江口海域的实时水位计算精度能满足水位改正的相关指标要求。对于大鹏湾海域,余水位的空间一致性较强,后续若建立长期站,则也能实现水位改正精度指标下的实时水位监控。     

山东邻海长周期分潮对深度基准面的影响分析

利用潮汐模型NAO.99Jb和FES2014确定了山东邻海的深度基准面模型并对其精度进行了评估,结果表明,NAO.99Jb模型确定的深度基准值L10的中误差为23.28 cm,FES2014模型确定的深度基准值L13的中误差为34.37 cm,长周期分潮的相对误差过大导致加入长周期分潮改正项后深度基准值中误差分别增大了11.04 cm和12.38 cm,较其他分潮对深度基准值精度的影响更明显,所以基于潮汐模型构建深度基准面模型时,长周期分潮部分必须加入实测数据改正。进一步采用山东邻海13个长期验潮站实测数据,定量地分析了长周期分潮对深度基准面确定的影响,结果表明,长周期分潮改正项的量值介于13.89~22.39 cm,平均改正值为18.03 cm,在深度基准值中占比达到15.15%。因此,长周期分潮改正对深度基准面的精确确定研究贡献较大,准确的长周期分潮模型是构建高精度深度基准面模型的基础。     

对水位改正研究的进一步验证

1994年,我们完成了“中国海域验潮站布设和水位改正研究”,成果于1995年11月通过专家评审认为:该课题的成果,提供了我国沿海验潮站的布设方案,这一方案使原来全国海区基本测量时布设的验潮站大大减少,并在局部潮汐复杂海区由于基本测量控制不足而增设了一些站;确定了沿岸验潮站之间的水位分带方案,把过去局部的、分段的、联系不紧密的站间分带,变成整体的、系统的、全国性的分带网络;近海海域的水位改正方案,代替了操作难度大、受气候影响多、精度很难保证的“定点观测”法,而运用高     

基于POM模式与blending同化法建立中国近海潮汐模型

利用POM海洋数值模式建立了中国近海（2°N-41°N，99°E～132°E）分辨率为5′×5′的潮汐模型，模式采用blending同化法同化了由10年TOPEX／Poseidon测高数据反演的潮汐参数与沿岸52个验潮站观测。精度分析表明建立的潮汐模型的8分潮RSS为12．5cm。     

基于潮汐模型与余水位监控法的实例分析

介绍了基于潮汐模型与余水位监控的水位改正法在成山角东侧近海区域定线制多波束测量中的应用情况。结合本实例应用,总结了依适用性检测、验潮站布设方案设计、水位改正值计算等的实施步骤及技术细节。在本次测量中,由沿岸成山角站实现了邻近无潮点附近整个测区的水位控制,水位改正中误差约为0.064m。这证明潮汐模型在近海区域已能满足水深测量工程应用需求,且在严密论证的前提下可在工程实践中完全代替传统水位改正方法。     

海道测量中几种水位改正方法的比较与分析

针对多波束测深易出现的因水位改正不完善导致的相邻测深条带间的拼接断层,分别采用天文潮预报、基于余水位配置的海洋潮汐推算以及基于日平均海面订正的海洋潮汐推算等方法进行水深测量水位改正。结果表明,后两种方法均适用于多波束水深测量水位改正。     

黄浦江航道多波束测深数据处理研究

针对上海世博会对黄浦江航道核心水域高精度海底地形的需求,采用SeaBat8125多波束测深系统对该区域进行了全覆盖测量.通过潮汐基准面归算、潮汐改正精度内符合检验、原始数据各项改正、除噪处理及测深误差分析等几个步骤,得到基于吴淞零点的最终水深成果.各项检验表明,此次多波束测深成果质量满足实际需求.     

近岸多波束测量中的GPS-RTK差分技术及其受影响的因素

分析了近岸多波束测量中应用GPS-RTK差分技术对船只导航与定位,对在受波浪影响的多波束测量中,船只所受潮汐、换能器吃水的动态变化量等诸影响因素的改正以及船只的运动姿态纠正等问题进行了讨论。使用GPS-RTK系统可以有效地解决潮汐(水位)、波浪影响和换能器吃水的动态变化量对多波束测量精度综合影响的问题,如果使用"一加三"的GPS-RTK接收机,还可以实现船只姿态的高精度综合修正。同时,对4个影响GPS-RTK差分技术系统能力的主要因素应引起重视,采取措施加以解决,使近岸的多波束测量工作更加富有成效。     

基于Hypack2008的无验潮水深测量

简单介绍了无验潮水深测量的基本原理及GPS RTK坐标转换参数求取问题,重点讲述了Hypack 2008软件与Trimble 5700 RTK进行无验潮水深测量的实施方法及软件设置过程中的主要注意事项,简单分析了无验潮水深测量与传统水深测量相比的优势所在,并依据工作经验提出了进行无验潮水深测量实施过程中需要注意的事项.     

Tidal Effects on Determining a Point at the Bottom of the Sea by Combining GPS and Sonar Observations

This paper discusses tidal effects on an observation scheme to determine a point at the bottom of the sea by combining GPS and Sonar observations. For the purpose, three kinds of Earth tides are introduced (i.e., the crust tide, the equipotential surface point (ocean depth) tide, and the geoid tide). The corresponding mathematical expressions are derived to demonstrate the tidal effects on GPS and Sonar observations. The relations between the Earth tides are also discussed. Theoretical results imply a very interesting conclusion, namely that, for a local area, the static position of a point at the bottom of sea can be obtained by the dynamic observations without any tidal correction. Actually, the tidal effects cancel each other in the mentioned observation scheme. It therefore indicates that the observation scheme is free of tidal effects. Furthermore, we learned that the divergence caused by any error source on ocean surface is canceled and does not affect the final results. Therefore, to determine the position of a point at the bottom of sea, we need not consider any tidal effects.     

Tidal Effects on Determining a Point at the Bottom of the Sea by Combining GPS and Sonar Observations

This paper discusses tidal effects on an observation scheme to determine a point at the bottom of the sea by combining GPS and Sonar observations. For the purpose, three kinds of Earth tides are introduced (i.e., the crust tide, the equipotential surface point (ocean depth) tide, and the geoid tide). The corresponding mathematical expressions are derived to demonstrate the tidal effects on GPS and Sonar observations. The relations between the Earth tides are also discussed. Theoretical results imply a very interesting conclusion, namely that, for a local area, the static position of a point at the bottom of sea can be obtained by the dynamic observations without any tidal correction. Actually, the tidal effects cancel each other in the mentioned observation scheme. It therefore indicates that the observation scheme is free of tidal effects. Furthermore, we learned that the divergence caused by any error source on ocean surface is canceled and does not affect the final results. Therefore, to determine the position of a point at the bottom of sea, we need not consider any tidal effects.     

基于EGM模型的多波束无验潮测深技术应用

多波束水深测量中受潮汐因素的影响,测量垂直基准是变化的,具有瞬时性。传统多波束测量,需在测区内设立一个或多个验潮站进行同步水位观测,最终将水深归算到深度基准面上。针对多波束水深测量中垂直基准转换的复杂性问题,文中基于地球重力场模型,结合测区内实测的GNSS/水准数据,通过插值算法建立了测区范围内似大地水准面精化模型,构建了多波束无验潮水深测量的垂直基准转换模型。通过实例表明,该方法有效地消除了潮汐、动态吃水及涌浪等因素影响,直接获取深度基准面的水深值,提高工作效率,可满足近岸多波束水深测量的工作需求。