高精度水深测量水位改正方法研究

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1、.高精度水深测量水位改正方法研究冯建军(中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海200120)摘要：在分析水位观测方法和潮位模型缺陷的基础上，给出了GPS实时潮位改正的测量方法。基于GPSRTK动态定位技术，水位改正对测深数据的影响进行了分析，提出提高GPS-RTK实时潮位测量精度的方法。将这些研究成果应用到连云港新建徐圩航道的回淤观测工程中，观测结果表明GPS无验潮测量方法相对传统的潮位改正测量方法在实施的简便性、精度等方面具有较大的优越性。关键词：GPSRTK无验潮测量；姿态改正；垂直基准转换；动态吃水1概述对于航道回淤研究分析和岸滩冲淤分析，水深测量是一项有效的观测手段，通过对测区

2、不同时期的水深变化来反映开挖航道的淤积和岸滩冲淤情况。而水深测量的水位改正的精度对于确保水深测量精度十分重要。现有的水位改正主要分传统的潮位站改正及GPS-RTK无验潮实时潮位改正。在传统的海图测量中，测量船处潮位通常是利用验潮站的观测潮位通过潮位模型推算得到。在小比例尺海图、狭长航道和锚地测量中，由于测量水域距岸边潮位站的距离较远，一般通过在测区附近抛设验潮仪，再采取分带内插的方式获得[1-4]。GPS-RTK载波相位差分测量技术已能在动态情况下实时提供厘米级垂直定位。这为GPSRTK无验潮测量提供了可能。它能够准确地给出船位处实时潮位的真实变化，有效地克服了传统方法的局限[3]，大大

3、减少了潮位模型误差对水下地形测量的影响。由于原理上的完备性，GPS潮位测量的精度通常高于传统潮位测量的精度，因而也受到广大海道测量部门的高度重视[3]。本文就海洋测量中水位的采集、水位改正方法、实际工程中的应用情况、测深误差来源及提高测深精度采取措施等方面进行探讨。2水位观测方法水深测量的潮位改正需要收集施测作业当时的潮位数据，现今的潮位资料收集方式主要有：近岸潮位观测、GPS验潮、外海潮位仪三种。2.1近岸潮位观测近岸潮位观测站布设于测区邻近港口或较不受波浪影响的岸边地区，要求水尺底部需低于最低低潮位面且稳固，较长期的潮位观测则常需设测井采用自记水位计连续观测，其优点潮位观测站的数据可

4、靠，数据连续，基面关系清晰。2.2GPS验潮GPS验潮是基面GPS-RTK技术的发展，可以分为静态与动态验潮，较常用的是动态实时潮位改正。利用GPS进行无验潮模式的水深量测，省略了潮位观测步骤，减少了野外工作量；由于直接得到海底点高程，因而也减少了内业水深量测数据潮位改正后处理的工作量，相对传统作业方式，该方法可以说是一项很大的变革。但受海况条件的限制，以及GPS讯号接收遮蔽问题及无线电传输路径等之限制，对于海上作业，无验潮模式的水下地形测量要受电台作业距离的限制，一般作用半径不超过20公里。2.3外海潮位仪外海潮位仪往往应用于近岸潮位观测站无法控制测量区域瞬时水位时，采用增设临时水位站

5、。在距离陆地较远的海上地区，潮位数据的收集主要采用自容式压力式潮位仪。要确保仪器在恶劣海况下可以正常运作，又要考虑是否会因为人为因素使得仪器的布放位置产生变化而无法回收或影响数据准确度，所以外海仪器置放及维护的成本较岸边置放仪器为高。且外海布放仪器损耗较大，人员出海布放或检视需视天候许可，维护困难，故外海潮位仪器的点位密度与分布范围无法与陆上与近海相比，也造成外海实时潮位资料的缺乏。受临时潮位站观测时间段短等缺点，虽可采用同步改正法、潮差比法、最小二乘潮位法模式及方法来进行邻近测区长期验潮站测深基准面之传递，以获致较为精准的临时点基准面资料，但...难以满足精度要求。1水位改正方法对比3

6、.1传统的水位改正传统的水深测量必须同时观测潮高，并利用瞬时水面作为媒介，将岸测潮高引算至测船施测位置，以进行潮汐改正，进而得到与岸测潮高位于同一高程基准之水深值。但由于测船施测位置的潮高，会与岸测潮高间存有不一致，其将直接影响到水深测量成果的正确性。水位改正的方法较多，在水运工程水深测量中，大部分采用分带法。分带方法一般可分3种：单站分带水位改正；双站分带水位改正；三角(三站)分带改正。水位分带改正法是基于假定两个水位站之间的水面是一个倾斜的水平面，这就有可能按直线内插的方法，求取水深点的水位改正数，按照同样的假定，还将这个方法延伸应用于三站之间的分带改正[5]。测区较大水域有必要采用

7、加权系数平均值计算法确定测深点的水位改正值。加权系数平均值的计算理论依据是水深测点的瞬时水位与其测区内潮波同相的各水位站的水位是呈相关关系，即各站间潮时和潮高变化与距离成正比[6]。3.2RTK-GPS实时潮位改正无验潮实时潮位改正的的其工作原理是在基准站安置一台GPS接收机，对所有可用GPS卫星进行连续性观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给流动观测站。在用户端，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收