第10章海洋测绘讲义.docx

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第10章海洋测绘讲义

第10章海洋测绘

§10．1基本要求

（1）根据工程要求按海洋测绘进行项目分类，依据项目分类，选择测量方法，制订测量方案。

（2）依据海道测量定位、测深原理以及定位和测深仪器的实际情况，分析水深定位方法的合理性及其对水深测量成果的影响。

（3）依据潮汐理论和测区潮汐变化情况，分析潮波传播规律；根据测区已有深度基准面资料情况，确定深度基准面联测和传递方案；分析各相关因素对数据采集质量的影响，分析数据处理、检查方法对成果质量的影响。

（4）根据实际情况，提出提供成果的形式和要求；按照制图原理，结合海图实际确定制图原则，制定专业技术设计书。

§10．2水下地形测量案例

样题

简答题

（1）潮位改正有哪些方法?

（2）试简述一种深度基准面的传递方法。

（3）简述水下地形测量工程项目基本实施过程。

lO．2．1背景材料

1．任务概况

某市对海滩涂实施1：

1万的水下地形测量，为该市围垦工程、港航建设、海洋资源利用等提供基础性测绘资料。

2．目标

获取A地到B地距离海岸线5km水域的1：

1万的水下地形图。

测量任务工期60天。

3．指标要求

（1）平面坐标系统：

城市坐标系，高斯投影，3°分带。

（2）高程系统：

1985国家高程基准，当地理论深度基准面。

（3）测图比例尺：

测图比例尺为1：

1万，等深线间距1m。

（4）精度要求：

定位精度要求2m，测深精度要求0．3％水深，交叉点测深不符值均方根要求小于0．5m。

4．条件

1）测区条件

测区属亚热带季风气候区，受季风气候影响明显。

东部受大面积海洋水体的调节作用，西北到西南部群山环列，对冬季寒风侵袭起到阻隔作用，从而形成温暖、湿润、四季分明、光照充足、雨量充沛的气候特征。

多年平均气温17，3℃～18．3℃，夏季受太平洋副高压控制，天气晴热少雨，月平均气温在28℃，极端最高值达40．5℃；7至9月为台风雨期，雨量大，强度大，降水量占全年的20％～28％；夏季盛行东南风，夏、秋季节多台风，一般风力在7～8级以上，有时风力达12级以上。

本海区均属强潮区半日型潮流，大潮期问多数地区流速大于1m／s，属正规半日潮，一天二高二低现象明显。

2）人员

（1）水下地形测量需要3艘测量船，每船配备技术人员3人；

（2）潮位测量人员3人，分别负责相关潮位站潮位观测；

（3）后勤保障人员1人；

（4）项目负责及领导各1人。

3）设备

水下地形测量采用的设备如下。

（1）定位设备（GPS）：

根据测量比例尺、精度和测量环境采用信标GPS接收机。

（2）测深设备：

应根据要求采用单波束、多波束测深设备。

（3）声速测量：

应该根据水深以及区域温度、盐度变化采用声速剖面仪。

（4）验潮仪：

对于需要架设临时验潮站的情况，可采用水尺验潮、波潮流仪、压力式验潮计。

（5）水准测量：

水准仪或者全站仪。

（6）其他辅助设备：

为实现精确测深，可考虑在测深中配备姿态传感器和光线罗经等辅助设备。

辅助设备还包括计算机、发电机等其他设备。

4）已有的资料

（1）测区内已有．1：

1万的地形图，可作为控制网设计、选点用图；

（2）测区内及附近已有1954北京坐标系下的二、三等GPS控制点；

（3）测区内及附近已有1985黄海高程系下的二等高程控制点。

5．提交成果

项目实施需要提交如下成果：

（1）原始资料：

包括原始调查、现场记录、光盘磁带等原始记录资料。

（2）成果资料：

包括调查航次信息、测线／剖面信息、经处理的水深数据、声速剖面数据、验潮站水位观测数据以及水下地形图等。

10．2．2分析要点

1．潮位站布设和潮位观测

1）潮位站布设

潮位站布设要根据潮向、潮位站间的潮时差、潮汐传播特征等潮汐特征要素综合确定潮位站的个数及其分布，其基本原则是利用潮位站观测潮位，借助潮汐模型，可以准确推算测区的瞬时潮位。

2）潮位观测

潮位观测时间间隔需由潮汐变化特征及水下测量比例尺决定；没有深度基准或需要深度基准传递的临时验潮站，潮位观测时间长度至少需要10～15天；若要取得更好的精度，可以适当地增加观测时间；若验潮站已确定深度基准，潮位观测时间长度与水深测量作业同步观测时间相同即可。

2．基准确定及转换．

1）深度基准的确定

长期验潮站深度基准可沿用已有的深度基准，也可利用长期（1年以上）潮位观测资料，采用潮汐调和分析结合弗兰基米尔斯基模型确定。

对于短期验潮站，深度基准的确定可采用：

超差比法及平均海平面和深度基准面综合传递法。

2）平面基准转换

需要收集当地资料，利用3个及3个以上测点的WGS一84坐标和当地坐标，确定两套坐标系统的七参数转换模型。

利用该模型，实现信标GPS实测的WGS-84坐标向当地坐标的转换。

3．测深数据处理

测深数据处理包括如下内容：

1）质量控制

定位和测深数据粗差剔除。

2）数据编辑

测深记录重定标、增加及删除。

3）各项改正处理

（1）姿态改正：

对于精密测深，借助姿态传感器实测的姿态参数进行船姿改正。

（2）吃水改正：

需对实测水深进行动态、静态吃水改正；动态吃水改正需根据实验确定。

（3）声速改正：

根据声速剖面仪实测声速，对测量声速下深度成果进行改正。

（4）潮位改正：

借助潮位站的同步潮位观测资料，采用单站水位改正法、线性内插、水位分带改正法、时差法或参数法，对水深数据进行改正。

4，精度评估

利用重复测量法进行水深测量准确度评估。

计算主测线和检查线在交叉点处的水深偏差，统计95％置信度的标准偏差和均方差，以此作为准确度评估的依据。

5．图形绘制．

（1）海图绘制准备：

——将测深定位点、航标灯特征地物坐标转换为墨卡托坐标；

——根据成图比例尺稀疏展会点。

（2）海图绘制：

——水深图和海底地形图的编制依据《海图图式》（GB12319--1998）进行；

——具备条件的数字成图软件，可在水深数据处理的基础上绘制海底地势三维立体图以形象直观地显示海底地形的变化特征；

——水深图应采用电子版的数字图。

6．资料图件的检查、项目验收、整理和汇总

其中资料检查包括：

‘

（1）数学基础包括纵、横图廓长、对角线长、经纬网直线比例尺是否正确；

（2）坐标系基准面是否正确，资料整理是否完善正确，岛屿和岸线转绘是否合乎要求；

（3）综合取舍是否适当，相互关系是否合理有无错漏；

（4）各种注记包括英文、汉语拼音及汉字是否正确，说明文及图面配置内容是否合理、正确；

（5）调查报告的系统性、完整性、科学性和水平。

10．2．4参考答案

简答题

（1）潮位改正有哪些方法?

[参考答案]

单站水位改正法：

当测区处于一个验潮站的有效范围内，可用该站的水位资料来进行水位改正。

线性内插法：

当测区位于A、B两验潮站之间，且超出两站的有效控制范围时，对测区内各点的任意时刻水位改正方法一般有两种：

一是在海区设计时增加验潮站的数量；二：

是在一定条件下，根据A、B两站的观测资料对控制不到的区域进行线性内插。

线性内插法的假设前提是两站之间的瞬时海面为直线形态。

线性内插也同样适用三站的情况。

水位分带改正法（分带法）：

分带条件如下。

——当测区有潮波图时，可以判断主要分潮的潮波传播是否均匀，来确定分带与否。

——若测区无潮波图时，可根据海区自然地理（海底地貌、海岸形状等）条件，以及潮流等因素加以分析。

一般而言，潮波经过岛屿、海角等地区，变形较大，分带应特别注意。

若没有把握，则应设立验潮站。

当然，实际潮波在沿岸区域很难达到真正传播均匀，只是相对而言。

当两站距离较近，当地的地理条件对潮波自由传播影响不大时，可以认为潮波传播均匀；否则，设站检验。

分带的基本原则为分带的界线方向与潮波传播方向垂直。

分带原理如下。

分为几带由具体情况决定。

两验潮站之间的水位分带数由式（10～1）确定。

（10-1）

式中：

K为分带数；

为测深精度；

为两验潮站深度基准面重叠时，同一时刻两验潮站问的最大水位差。

分带时，相邻带的水位改正数最大差值不超过测深精度δz。

时差法：

时差法水位改正是水位分带改正法的合理改进和补充。

所依赖的假设条件与水位分带改正法的假设条件相同，即两验潮站之间的潮波传播均匀，潮高和潮时的变化与其距离成比例。

时差法运用数字信号处理技术中互相关函数的变化特性，将两个验潮站A、B的水位视作信号，这样研究A、B站的水位曲线问题就转化为研究两信号的波形问题，通过对两信号波形的研究求得两信号之问的时差，进而求得两个验潮站的潮时差，以及待求点相对于验潮站的时差，并通过时间归化，最后求出待求点的水位改正值。

‘

（2）试简述一种深度基准面的传递方法。

[参考答案]

平均海平面与深度基准面综合传递法可采用两类数据，即两站的逐时水位观测序列和对

应的日平均海平面、高潮、低潮序列，前者称为曲线比较法。

曲线比较法是假设长期验潮站和短期验潮站的水位序列分别可表示为C（i）、D（i），二者的关系可用数学模型表示为

（10一2）

其中：

z表示两站的潮差比；y为两站间潮波传播延迟系数，即潮时差；z为基准面偏差。

实际水位序列用离散化函数表示，体现了不同分潮叠加及非潮汐作用共同影响下的复杂形式。

计算时，首先取前两个参数的近似值x0=1，y0=0对式（10—2）序列线性化，得线性化后的误差方程

（10—3）

再次作为近似值迭代求解并得到最终的x值即深度基准值传递所需的潮差比。

事实上，由于每天各分潮的相互作用不同，用日观测序列求得的x值不够稳定，用于传递基准面需要较长时间的观测资料，以求平均意义下的潮差比。

当认为平均海平面和深度基准面作为特定的观测量也满足上式，则不必顾及潮时差的作用，也可实现平均海平面和深度基准值的传递。

（3）简述水下地形测量工程项目基本实施过程。

[参考答案]．

——准备工作：

包括资料收集、设备监测和调试、测线设计、动吃水的测定等；

——测量过程：

包括水深测量、潮汐测量、声速测量等；

——数据处理：

包括质量控制、水深改正、归位计算等过程；

一一质量评估：

利用交叉点对水下地形测量成果进行质量评估；

——图形绘制：

对测点平面坐标、水深进行转换，获得图形绘制要求的坐标系系统和垂．

基准下的成果，用于水下地形图绘制；根据比例尺设计图幅，进行水下地形图绘制。

——资料整理、汇编和提交。