有关多波束无验潮水深测量中垂直基准模型构建

有关多波束无验潮水深测量中垂直基准模型构建

何雨凝

柳州航道管理局

摘要：当前有关海洋无缝垂直基准的建立存在着很多的问题。比如选择哪一种垂直基准以形成最佳的海洋无缝垂直基准，在建立之前需要对原始数据进行哪些处理，选择哪一种无缝垂直基准构建的方法来确定垂直基准间的转换关系。所以，论文通过一些具体的例子对深度基准面大地高模型的步骤以及方法做了研究与说明。最终的结果表示：此模型是有效可行的，模型中内相符合的范围为三厘米，外符合精度的范围为十厘米，可以满足领域中多波束无验潮水深测量的要求。

1引言

海洋测绘中深度基准面是通过验潮站的潮位位置推导出来的。每个月的调和常数也不是统一的，所以每个时期得到的深度基准面也存在差异。更为重要的是，因为每种海图在各个不同时期的深度基准也存在很大的差异。当前深度基准的状况使得数据的采集与积累受到了很大的影响，同时还会对船舶的航行安全产生影响。当前中国慢慢开始引入了国家大地坐标系。因为深度基准面采用的是最保守的方法，但是在现实生活中，水位一般都比水深表示值要大些，这样就使原来的水深数值受到影响。如果知道了深度基准面高度的话，就能通过从卫星定位得到的数据来获取水深信息。

2深度基准面的大地高模型构建

2.1深度基准面大地高模型的构建方法

因为深度基准面的不确定特征，如果要获取以前已经测量的水深信息，我们可使用插值的方法：先在每个节点上确立深度基准面与参考椭球面之间的关系，再采取内插、外推的方法，只有这样才能将各个领域的水深数据全部转移到参考椭球面中。对沿海领域来说，假设只存在深度基准面与平均海面的数值，要求出当地平均海面以及参考椭球面之间的参考数值。该方法可将水深数据借助平均海面直接转换成参考椭球面，此方法是比较可行的。然而就港湾领域来说，假设存在好几个验潮站需要进行水位的控制，我们可通过插值的方式形成一个深度基准面的大地高模型。然而就更大范围的近海来说，要建立深度基准面的大地高模型是很麻烦的，要通过卫星对平均海面进行测量。对沿海领域来说，各个验潮站需要对水位进行广泛的控制，所以论文主要对沿海中验潮站大地高模型建立的问题进行了研究与分析。

2.2深度基准面的大地高模型插值方法

深度基准面的操作点是平均海面，平均海面与深度基准面在一定范围中是比较相近的；但是大地水准面与参考椭球面只是在小范围中比较相近；平均海面与大地水准面之间地势统称为海面地形，一般情况下，海面地形可看做是一个稳定的数值。如果沿海地区有好几个验潮站的话，验潮站就能直接得到GPS的高度，在建立大地高模型的时候，我们可以通过直接插值法、以大地水准面模型为基础的插值方法这两种方法得到。如果需要检测的领域大地水准面的变化幅度比较小的话，深度基准面的大地高就能借助距离加权的方法得到。但是就大地水准面模型而言，其变形比较大，这时就需要使用大地水准面模型的方法得到。

2.3基于大地水准面的大地高模型构建

在沿海城市中，深度基准面的大地高模型的建立需要借助参考椭球面、深度基准面、平均海面以及EGM2008参考椭球面求出，而它们之间的关系可参照下图1所示。

图1模型构建中各参考面关系示意图

大地水准面差距是在椭球面的基础上求到的。平均海面和大地水准面的形状比较相近，对海洋领域来说，一般可将其看做是平均海面，两者之间的差距就形成了海面地形。如果地长期平均海面都是以长期验潮站潮位的方式完成传递的，那么我们可借助水准进行测量，并通过邻近验潮站的大地水准面以及平均海面之间的关系求出。

3垂直基准模型构建实例

3.1测量区域控制测量

论文选择福建湄洲湾海域作为检测的对象。因为要对整个领域的潮汐进行控制，我们在检测领域中设置了六个验潮站。如果要得到验潮站的大地高，就需要在使用六台天宝SPS882双频GPS接收机进行实时的检测，同时借助周围的CORS基准站进行计算，以求出最终的数据。如果要推导出验潮站中垂直基准之间的关系，对需要对验潮站潮汐进行实时的观察，同时和当地长期验潮站进行配合，并最终求出该地的平均海面和理论深度基准面。

3.2垂直基准模型构建过程

深度基准面的大地高模型是通过EGM2008模型的方式进行建立的。这样的话，我们要测量出垂直基准模型的范围以及格网的尺寸大小，可通过使用GoogleEarth的方法计算出垂直基准模型的范围线。图2为深度基准面的大地高模型构建过程示意图，图中的单位为米。

图3说明了潮位对比结果的整体是大概相同的，经过计算总结，我们发现百分之九十多的差值都控制在了十厘米之间，得到的最大差值为十九厘米。Caris提出的GPS潮位与波浪、动态吃水等环境有很密切的关系，它们会影响计算的精度，这就意味着无验潮水深测量能提升测量的准确性。

4结束语

本文主要对湄洲湾垂直基准模型的建立进行了研究分析，最后得出了以下的结论构。

（1）和传统水位测量进行比较的话，就可以提升检测的准确性。在现实生活中，只有最初的数据是以参考椭球的形式进行保存的，我们就可以得到一个新的垂直基准模型。。

（2）论文以湄洲湾为例，宣传了一个垂直基准模型，内符合的大小是三厘米。而在现实生活中，垂直基准模型的精度都是比较大的，必须符合沿海领域中水深测量的需求。

（3）对Caris数据进行处理之后，无验潮的方式可以使多波束条带呈直线式的分布，这样就可以对子区进行再次的编辑，以提升水深测量数据的准确性。

参考文献：

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［2］申家双，翟国君，黄谟涛，等．海岸带垂直基准转换技术［C］//中国测绘学会第二十届海洋测绘综合性学术研讨会论文集．2008．9，47-51．

［3］翟国君，黄谟涛，暴景阳．海洋测绘基准的需求及现状［J］．海洋测绘，2003，23（4）：54-58．

［4］许家琨，吕界栋，王双喜，等．典型海湾区域海洋测绘中垂直基准的构建研究［J］．海洋测绘，2013，33（4）：31-34．