我国沿海航路测量水位控制关键技术研究

沿海航路离岸远、跨度大,测量精度要求高,水位控制是影响沿海航路测量成果精度的关键因素。分析了中国沿海航路测量水位控制的特点和难点,结合辽东湾满载VLCC推荐航路扫测工程案列,探讨了验潮站布设、海上定点验潮站数据获取、深度基准面确定、水位改正等关键技术问题,并提出了适用的解决方案,提高了水位控制作业效率和成果精度,以期为中国沿海航路测量水位控制提供有益的借鉴。     

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。     

水位改正中的基准面空间内插及其误差约束

分析了水位改正中隐含的基准面空间内插形式,理论推导了基准面空间内插的数学描述,表明水位改正中隐含的基准面空间内插方式与潮汐比较参数的内插方式相一致,基准面空间内插误差为基准面相对平均海面的垂直差距的空间内插误差。仿真实验对此进行了验证。现阶段减弱与控制该误差的最可行手段是,由L值模型仿真不同验潮站空间配置下基准面空间内插误差的空间分布,为验潮站布设设计提供先验信息。而未来建立以平均海面为基本海洋垂直基准的综合海洋垂直基准框架是最有效手段。海洋测量水深数据的处理和计算机存储都应保留以平均海面为基准面的成果,通过垂直基准转换方式可满足多用途需求。     

基于海洋潮汐动力模型的水位改正方法研究

本文研究并提出了一种基于海洋潮汐动力模型的水位改正方法。该方法通过对数值模拟的天文潮位进行改正,结合残差改正获得特定站的潮位数据。结合实际资料,将基于海洋潮汐动力模型的水位改正方法与传统的水位改正方法(时差法和最小二乘潮位拟合法)进行了比较,新方法改正的精度明显高于传统方法,显示其在地形变化较为复杂海域进行水位改正的可行性与独特优势。该方法可以在海洋测绘中减少短期验潮站的布设,用于潮位序列缺失的修补。     

一种基于GNSS测高的近海单站水位改正方法

针对在海洋水深测量或海底地形测量中,部分距岸较远测量区域的水位改正问题,提出一种基于GNSS测高的近海单站水位改正方法,通过对船载GNSS测高数据进行波浪滤波及吃水改正,计算得到反映水位变化的大地高,然后采用最小二乘拟合法,计算测区大地高水位与单验潮站水位的基准面偏差,统一GNSS大地高水位与岸边验潮站基准,从而对测区水深数据进行水位改正。实验表明,该方法可达到厘米级的水位改正精度,满足相关测量规范要求,具有一定的应用价值。     

时差法水位改正的精度评估方法研究

为实现对时差法水位改正结果的精度评估,根据协方差传播律,推导了时差法水位改正的误差方程,讨论了评估潮时差确定精度的方法,并通过数据试验对结果进行了验证。试验结果表明,最小二乘拟合法比相关系数法更能满足时差法水位改正精度评估对潮时差的要求;根据《海道测量规范》要求,试验海域潮时差中误差的限差为6.2min,验潮站网潮时差闭合差中误差的限差为1.0min;水位改正方差反映出了水位改正结果的合理性,可用以评估水位改正精度。     

涨落潮历时时间不等显著海区的水位改正问题

在涨潮、落潮历时时间不等显著的特殊海区实施水深测量水位改正,不合理的计算潮时差将与实际产生明显差异。分析了涨落潮历时时间不等产生的原因,推导了涨落潮历时时间的近似计算公式,为保证水深测量成果质量,提出了在类似海区应逐日分别计算涨潮和落潮时段的潮时差以实施较合理水位改正。     

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。     

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。     

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.     

传统水位改正法的实施条件与评价指标

在总结各传统水位改正法基本原理及假设条件的基础上,分析了现行的GB 12327-1998《海道测量规范》中关于验潮站布设的条目:潮汐类型相似及最大潮高差与最大潮时差的量化指标要求不能保证站间的水位关系满足传统水位改正方法的假设条件。基于假设条件,提出了评价指标与方法:(1)对于站间水位相似性,提出由同步水位曲线定性判断和最小二乘拟合法推算的中误差为量化指标的定量分析相结合的评价方法;(2)对于站间水位均匀变化,提出由站间是否存在阻挡以及潮波图定性判断、中间站点处水位内插误差为量化指标的定量分析相结合的评价方法。     

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。     

港外水域虚拟验潮站水位推算研究

港口航道图测绘期间出于潮位控制的需要,除了利用长期验潮站外需要另设其他短期/临时验潮站。如何深入利用常设短期验潮站积累的历史水位资料以有效减少验潮工作量,已成为海洋测绘实践需解决的现实课题。基于港口长期验潮站与常设短期验潮站的历史同步实测水位资料,采用潮汐差分订正与余水位传递技术,实现了一种精度可靠的港外水域虚拟验潮站水位恢复方法。归纳了港口短期验潮站进行潮汐差分订正的适用条件,列出了采用该种虚拟水位技术恢复水位方法的计算步骤。实例验证及精度评估表明,经潮汐差分订正后的虚拟验潮站采用“天文潮位+邻近验潮站传递余水位法”恢复水位的推算精度,可以满足相关技术规范要求。     

杭州湾跨海大桥桥位地形测绘中的潮位改正

在杭州湾跨海大桥桥位地形测绘中,采用三角分带解析法进行潮位改正计算,结果表明:合理布设潮位站、合理安排测量时间,可以提高地形测量精度,正确地进行潮位计算。一般应在高平潮前后3h时间内施测,可保证浅滩不出现测量空白区。地形测绘过程中还应布设不少于主测线数量的5%的检查线,以检查其测量精度。在所测的河口湾两岸潮位明显不等时,采用三角分带解析法进行潮位改正计算,其结果合理、正确,可达到规范的要求。     

渤海沿岸4个验潮站潮汐特征分析

综合利用4个验潮站的逐时观测潮位资料,采用最小二乘原理的调和分析方法得到验潮站的潮汐调和常数。根据调和常数计算沿岸海域潮汐特征值,分析4个站位海域潮汐的时空特征。结果表明:秦皇岛附近受半日潮无潮点的影响为正规全日潮,其余3站位均为不规则半日潮性质;4个验潮站中龙口站和秦皇岛站属于弱潮海区,葫芦岛站和塘沽站属于中潮区。4个站位平均大潮差、平均小潮差、最大可能潮差与平均潮差的变化趋势基本一致,月平均潮差存在"双峰型"和"多峰型";葫芦岛验潮站、塘沽验潮站以及龙口验潮站均呈现出较不明显的潮高日不等现象;涨、落潮历时日不等,存在区域性分布。     

计算验潮站平均海面的两种方法的比较

一、引言 国标《海道测量规范》规定:短期验潮站的平均海面,一般用邻近的两个长期验潮站的平均海面转测求得,转测方法:1.几何水准测量法:按国家四等水准测量要求,直接联测两站水准点间的高差,进而求得短期站的平均海面;2.同步改正法:采用30天(一个月)同步观测水位平均值,首先计算长期站的月平均海面与其多年平均海面的差值即同步改正数,然后将短期站的月平均海面加上此同步改正数即可求得短     

粤西沿岸海域潮汐特征

对粤西海域水东、湛江、硇州岛、南渡和海安验潮站各1年水位资料进行了调和分析及统计。结果表明:粤西海域北部湛江、水东、硇洲岛、南渡4站主要分潮为M_2、K_1、S_2和O_1,是不规则半日潮;而南部海安站主要分潮为O_1和K_1分潮,是不规则日潮。粤西沿岸各站浅水分潮和平均水位从北到南有减小趋势。在日潮不等方面,粤西沿岸验潮站都存在明显的日潮高、日潮时不等现象。日潮时不等总体上从北到南有降低的趋势,北部湛江、水东和硇州岛涨潮时间比落潮长1~1.5 h,南部南渡和海安两站涨、落潮时相差不大。另外,调和分析和经验公式不再适用于南渡站,南渡河入海口处堤闸工程是主要原因。这为粤西海域环境资源开发、航运活动等提供环境支持和保障。     

近几十年来的全球海面变化

本文分析了全球914个验潮站的月平均海面观测序列.在此基础上以一定的准则对其中有长期观测记录的414个验潮站求出了各验潮站的局部视海面变化速率,并在“均衡基准”下求得了近几十年来全球海面变化的平均速率约为每年缓慢上升1.25～1.45mm.但在地区、海域之间存在明显差异.提出了特别易受海面上升影响的若干地区.     

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。     

近海区域多波束水深测量的水位改正方法

阐述了近海区域由监测验潮站实测潮位和天文预报潮位,以及模拟站的天文预报潮位获得模拟站接近实测的水位改正资料的理论和方法,在Caris Hips软件中得到成功应用,并在主检比对中获得满意的效果,资料满足《海道测量规范》要求。