多波束水位改正软件的开发与应用

针对多波束水位改正依赖国外商用软件的问题,通过总结常用的水位改正方法,结合实际工作需求,在VS2010平台下基于VC++进行了多波束水位改正软件的国产化开发。软件实现了距离加权内插法、时差法、最小二乘拟合法等水位改正方法,将水位改正工作根据实际情况分为单站、双站、三站和多站模式,提出利用TIN网实现多站水位的交互式、批量化处理,对于推动国内多波束水位改正理论研究及工程应用具有一定的实际意义。     

网络RTK的电离层折射估算与改正

本文讨论了目前几类电离层延迟模型,分析了其改正效果,针对网络RTK的特点,给出了一种适合网络RTK定位的电离层延迟估算和处理方法,首先对基准站网的垂直电子总量计算,然后内插用户站处的垂直电子总量,进行估算用户电离层延迟和改正。实验证明,该方法可以取得较理想的网络RTK定位结果。     

水位改正的天文潮时差方法

针对传统时差法水位改正按距离内插计算的潮时差可能与实际情况存在较大差异，进而影响水位改正效果的问题，提出利用天文潮直接计算站间潮时差实施水位改正的方法，研究了我国沿海部分验潮站天文潮与实测水位之间潮时系统的差异与变化性质，并分析了不同分潮选择下确定的天文潮对站间潮时差计算值的影响量级。利用黄海沿岸与北部湾的验潮站设计了天文潮时差水位改正试验，比较了传统时差法与天文潮时差方法的效果。试验和分析表明，利用天文潮计算潮时差比传统时差法更接近实测潮时差，且8分潮水位改正结果的中误差控制在5 cm以内，比传统时差法的水位改正精度提高了近一倍，实现了对传统方法的改进，证明了利用天文潮进行时差法水位改正的可行性。     

统一全球地壳垂直运动参考基准的方法研究

提出一种以SLR作为统一全球地壳垂直运动参考基准的方法。利用SLR、GNSS和VLBI国际分析中心提交给ITRF2008和ITRF2005的坐标速度场数据,选出精度较高的并置站,并经坐标转换计算出各自站心坐标系下的垂向速度场。基于系统差模型解算出SLR与GNSS、VLBI的垂向速度场之间的系统差,并利用此系统差将GNSS、VLBI的垂向速度场改正到以SLR为垂直运动参考基准上来。经一致性检验发现,改正后相关系数和斜率都趋近于1,这表明以SLR作为统一地壳垂直运动参考基准是可行的。     

利用时变潮时差进行水位改正

针对目前实施时差法水位改正时使用的潮时差未考虑时变现象的影响以及利用潮时差确定水位观测时段选择混乱等问题，提出利用逐时滑动时段确定潮时差以进行水位改正的方法，分析了潮时差时变现象的原因及潮时差逐时滑动时段与逐日独立时段确定结果的差异，推导了时差法水位改正的误差公式。以某海域验潮站为例，进行了水位改正的数据实验，比较了逐时滑动时段与逐日独立时段确定的潮时差的水位改正效果。实验结果表明，利用逐时滑动确定的潮时差进行水位改正，在理论与精度方面均对目前使用的时差法有所完善与提高，尤其在潮差差异较大的海域，改进效果更加显著。     

GPS PPK远距离在航潮位测量及其在航道的实现

在分析传统潮位测量方法、潮位模型及GPS RTK潮位测量缺陷的基础上,给出GPS PPK远距离在航潮位测量的方法。系统地研究GPS PPK在航潮位测量、数据处理的基本理论和流程,并对潮位测量和数据处理中的GPS PPK高程质量控制、船舶姿态改正、动态吃水改正、潮位数据提取、垂直基准转换5个关键问题进行深入研究,最终确定测量船测量期间的在航潮位。试验结果表明,GPS PPK在航潮位测量方法具有实施简便、精度较高及稳定、可靠、作用距离长等优势,可广泛应用于航道在航潮位测量中。     

海洋垂直基准及转换的技术途径分析

分析了不同海洋垂直基准面的含义及相互转换关系,研究了在高程基准和地球椭球面上表示深度基准面的实现途径,利用长期验潮站观测数据验证了不同时段平均水位和深度基准的确定精度水平。以南海为例,构建了深度基准面(L值)模型、正常高模型和大地高模型。分析和验证表明,长期验潮站的垂直基准可以实现cm级精度确定。更新和统一验潮站垂直基准确定,为海域垂直基准及转换模型提供了必要的基础条件。     

海洋空间信息基准技术进展与发展方向

简要分析了海洋空间信息基准的基本发展历程和当前的技术状态,梳理和评述了近年来关于验潮站垂直基准确定方法的改进与完善、验潮站控制下的垂直基准的实现形式、长期验潮站在维持垂直基准方面的作用、海洋潮汐模型构建、特征潮面模型构建与转换等有关海洋垂直基准及与其相关的海洋潮汐研究的主要进展,预测了海洋空间信息基准在海上高精度位置服务、垂直基准面及转换模型精化、空间基准应用等重点发展方向。     

基于调和常数的短期水位差分改正方法

在大面积的沿岸水深测量中,为了能够利用实测验潮资料和经实测资料订正过的相邻站的预报资料一起进行水位改正,从而使水位改正精度近似于用实测潮汐资料进行改正的目的,本文提出了基于调和常数的短期潮汐差分预报的方法,并从水位改正的频谱结构角度给出了合理性解释。实例分析表明:该方法可以达到10cm的改正精度,能够有效地降低临时验潮站的数量,满足困难地区的海道测量的需要。     

余水位的内插及其对潮高模型的精化

研究并总结出符合余水位特点的两站余水位内插方法,并以此在实验海区建立了余水位场,从而利用所得余水位场实现了对由潮汐场所得的潮高模型的订正,再现了实验海区内的瞬时海面,该方法可为海洋大地测量和海道测量提供精确的垂直基准。通过实验,在中国东南沿海海区,监控站间距离在300km以内时,恢复的瞬时海面的中误差可在4 cm以内。     

大亚湾水域水位控制实施与精度评估

本文结合海图基本测量实例,总结了水位数据预处理、基准面确定、水位精度评估等实施步骤及技术细节。余水位同步变化曲线与精度评估结果能直观、严谨地确定余水位强相关验潮站。经严密论证,在大亚湾海域应用基于余水位监控与潮汐模型的水位改正法,能满足水深测量精度,符合相关规范要求,可替代传统水位改正方法,优化验潮站布设方案,减少验潮站数量。     

中国沿岸主要验潮站海图深度基准面的计算与分析

对中国沿岸有代表性的15个验潮站的多年潮位观测资料，以年序列进行调和分析并据调和常数计算验潮站的海图深度基准面，分析了由年观测序列求得的调和常数和海图深度基准面的稳定性，研究和更新了理论上可能最低潮面计算中的浅水分潮和长周期分潮订正算法。计算结果表明，中国沿岸不同验潮站的海图深度基准面定义和算法存在差异，新的订正算法计算的可能最低潮面和最低天文潮面具有意义一致性，研究成果能够用来精化和重新构建中国沿岸海图深度基准面。     

利用水位修正模型精化潮位数值模拟

利用海洋动力模式FVCOM（finite volume coast and ocean model）模式建立了高分辨率的海州湾及其外海域潮汐数值模型,提取了整个场内各个网格点上天文潮位值的时间序列。利用该区域内分布的5个验潮站资料提取水位修正模型,对场内的网格点进行水位修正,得到高精度的格点水位时间序列,然后对修正前后的水位值进行比较。结果表明,基于水位修正后的潮位数值模拟结果水位精度提高了10 cm左右。     

高程基准历元及其统一状态归化

平均海面存在趋势性变化，对于四维大地测量定位而言，必须赋予高程基准以时间特征，本文认为最好是确定高程基准历元。文章提出了高程基准历元的定义，给出了计算公式，求得中国１９８５国家高程基准历元为１９６６．０。文章还讨论了平均海面趋势性变化的数学问题，及提出了高程基准归化至统一状态的概念，研究了由于海水密度不同引起的平均海面高度变化，计算得中国１９８５国家高程基准对于通常海水状态的修正值为－０．０１２ｍ     

区域与全球高程基准差异的确定

全球高程基准统一是继全球大地测量坐标系及其参考基准统一之后,大地测量学科面临和亟待解决的一个重要问题,也是全球空间信息共享与交换的基础。本文针对区域高程基准与全球高程基准间基准差异确定的理论、方法及实际问题开展研究。利用物理大地测量高程系统的经典理论方法,给出了高程基准差异的定义,并推导了计算基准差异的严密公式,该公式可将高程基准差异确定的现有3种方法统一起来。在此基础上,分析顾及了不同椭球参数对于计算基准差异的影响及量级,同时,高程异常差法还需考虑全球高程基准重力位与模型计算大地水准面位值不一致引起的零阶项改正。利用青岛原点附近152个GPS水准点数据,分别选择GRS80、WGS-84、CGCS2000参考椭球以及EGM2008、EIGEN-6C4、SGG-UGM-1模型,采用位差法和高程异常差法,确定了我国1985高程基准与全球高程基准的差异。其中,EIGEN-6C4模型计算的我国高程基准与WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准之间的差异约为-23.1cm。也就是说,我国高程基准低于采用WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准,当选取基于平均海面确定的Gauss-Listing大地水准面作为全球高程基准时,我国1985高程基准高于全球基准约21.0cm。从计算结果还可看出,当前重力场模型在青岛周边不同GPS/水准点的精度差别依然较大,这会导致选择不同数据对确定我国85国家高程基准与全球基准之间的差异影响较大,因此,若要实现厘米级精度区域高程基准与全球高程基准的统一,全球重力场模型的精度和可靠性还需要进一步提高。     

时差法在测深数据水位改正中的应用

介绍了海洋测绘中水深测量的特点以及进行水位改正的原因,采用时差法进行水位改正的前提条件及改正原理,采用迭代法计算验潮站间相似系数和潮时差,求解待定点的水位改正数。通过实例应用,证明时差法水位可以在潮汐性质基本相同的海域进行广泛应用。     

联合大地水准面、海面地形和潮波运动数值模拟的长江口陆海垂直基准转换关系

长江口水域地形地貌研究对河道治理建设、水上交通运输等人类社会经济活动具有重要意义,而建立高精度的无缝深度基准面及其与其他垂直基准间转换模型将直接影响到水陆交界区高精度地形地貌数据的获取及统一综合管理与分析。为此着重研究了基于三维潮波运动数值模拟、海面地形和大地水准面3种手段联合的河口水域无缝深度基准面构建及其与其他垂直基准间转换模型,并在长江口南支这一典型河口水域进行了建模实验和模型精度评估分析。结果显示,垂直基准转换模型中误差为12.4 cm,与现场长期潮位站实际观测结果比对分析得垂直基准转换模型误差绝对值均值为24.2 cm,尽管大于模型中误差估值,但仍满足国际水道测量规范对测深中垂向最大不确定度的要求。     

On the adjustment of combined GPS/levelling/geoid networks

A detailed treatment of adjustment problems in combined global positioning system (GPS)/levelling/geoid networks is given. The two main types of `unknowns' in this kind of multi-data 1D networks are usually the gravimetric geoid accuracy and a 2D spatial field that describes all the datum/systematic distortions among the available height data sets. An accurate knowledge of the latter becomes especially important when we consider employing GPS techniques for levelling purposes with respect to a local vertical datum. Two modelling alternatives for the correction field are presented, namely a pure deterministic parametric model, and a hybrid deterministic and stochastic model. The concept of variance component estimation is also proposed as an important statistical tool for assessing the actual gravimetric geoid noise level and/or testing a priori determined geoid error models. Finally, conclusions are drawn and recommendations for further study are suggested. Received: 9 September 1998 / Accepted: 8 June 1999     

Realization of a consistent set of vertical reference surfaces in coastal areas

We present a combined approach for the realization of the (quasi-)geoid as a height reference surface and the vertical reference surface at sea (chart datum). This approach, specifically designed for shallow seas and coastal waters, provides the relation between the two vertical reference surfaces without gaps down to the coast. It uses a regional hydrodynamic model, which, after vertical referencing, provides water levels relative to a given (quasi-)geoid. Conversely, the hydrodynamic model is also used to realize a (quasi-)geoid by providing corrections to the dynamic sea surface topography, which are used to reduce radar altimeter-derived sea surface heights to the (quasi-)geoid. The coupled problem of vertically referencing the hydrodynamic model and computing the (quasi-)geoid is solved iteratively. After convergence of the iteration process, the vertically referenced hydrodynamic model is used to realize the chart datum. In this way, consistency between the chart datum and (quasi-)geoid is ensured. We demonstrate the feasibility and performance of this approach for the Dutch mainland and North Sea. We show that in the Dutch part of the North Sea, the differences between modeled and observed instantaneous and mean dynamic sea surface topography is 8–10 and 5.8 cm, respectively. On land, we show that the methodology provides a quasi-geoid which has a lower standard deviation (SD) than the European Gravimetric Geoid 2008 (EGG08) and the official Netherlands quasi-geoid NLGEO2004-grav when compared to GPS-levelling data. The root mean square at 81 GPS-levelling points is below 1.4 cm; no correction surface is needed. Finally, we show that the chart datum (lowest astronomical tide, LAT) agrees with the observed chart datum at 92 onshore tide gauges to within 21.5 cm (SD).