临时验潮站深度基准面的确定

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1、临时验潮站深度基准面的确定汪连贺（天津海事测绘中心天津市300220）摘要：介绍通过同步验潮利用已知站的数据和相应的算法计算未知站基准面的方法。解释几种算法的使用条件和基本原理，通过实例计算验证和比较几种基准面传递算法精度的差别。关键词：基准面；已知站（长期站）；未知站（临时站）；基准面传递深度基准面是海道测量的基础，离开深度基准面，海道测量数据没有实际意义。水深测量所获得的深度，是从瞬时海面起算的，同一地点不同时刻测得的深度都不一样。为了绘制海图必须规定一个固定的水面，作为深度的起算标准，将测

2、得的水深统一换算到这一固定水面，这个固定水面就称为深度基准面。深度基准面是在平均海面下，距平均海面为L值的一个面。独立确定某点的深度基准面需要该站点长期的水文观测数据，所以在实际的海道测量中是不太现实的，更多的是根据附近已知站点的深度基准面利用相关性传递到需要的站点计算出深度基准面。这里介绍常用的传递算法以及传递过程中主要算法的实现，并对计算结果进行比较。1基准面传递和推估方法1.1潮差比法潮差比法是海道测量规范中明确的计算方法，该理论主要假设为：深度基准面与平均海平面的差值与潮差的大小成比例，

3、即潮差越大，深度基准面越低。数学模型为：RB=LB=r（1）RALA式中：LB为短期站（含临时站和定点站）深度基准面与平均海平面的差值；LA为长期站（即已知站）深度基准面与平均海平面的差值；RB为短期站潮差；RA为长期站潮差。因此，由同步观测时间的潮差比r可以获得短期站深度基准值：LB=rLA（2）由短期站的平均海平面高度获得深度基准面在水尺零点上的高度：HLB=MSLB-LB（3）在手工计算阶段，潮差比法计算方法简单，但是该算法精度比较差，要求比较高，必须获得同步验潮期间的最高最低潮。潮差人

4、工观测可以通过在厘米格网上绘制水位曲线观察得到，通过计算机程序直接计算就需要按照一定的时间间隔进行比较得到各个观测站的多个最高最低潮。在天津海事测绘综合处理系统中已经实现，由于代码比较长不再此处展示，主要思路是从同步验潮开始进行比较，每隔3min得到1个水位值（可以内插），把得到水位值和上一个水位进行比较，如果是逐步变大，说明是在涨潮，得到的极大值就是高平潮的水位值；如果逐渐变小，说明是在落潮，得到的极小值是地平潮的水位值。通过遍历同步验潮期间的全部水位则得到多个极大值和收稿日期：2013-12

5、-06极小值，可以把平均值作为高潮值和低潮值，则可以计算出潮差比。1.2曲线传递法曲线传递方法是利用曲线相关性和最小二乘法来传递基准面，该方法具有传递精度高，要求比较低，即使没有观测到最高潮和最低潮也能获得高精度的基准面，甚至该方法每小时观测1次水位，也能进行处理得到满足要求的临时站基准面，该方法是目前比较理想的基准面传递法。利用曲线传递法进行基准面传递，首先必须判断验潮站间潮汐性质的相关性。假设A、B潮位站在时间段[N1，N2]内进行同步观测，2站观测所得水位时序分别为X1、X2，…，Xn和Y

6、1、Y2，…，Yn，依此做出2站的水位曲线。通过计算2条水位曲线的相似程度来判断和分析2站潮汐的相似性。从离散数学原理可知，2条曲线的相似程度是由一定采样值的相关系数决定的。为了衡量曲线相似程度，考虑采用误差能量方程：N2yC（t）zD（t）图1长期潮位站和短期潮位站间潮位曲线关系实际水位观测序列是离散的，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。为了得到式（3）各参数的解，计算时，首先取前2个参数的近似值x0、y0分别为1和0，然后对该式线性化，形成如下矩阵形式：V=AX-1（7）

7、其中：li=x0C（i+y0）-D（i）；A矩阵的第i行元素为[C（i+y0）]，前2项用函数插值法得到，而未知数向量为：。22在最小二乘意义下对式（7）求解。Q（/1（/N2-N1+1）ΣXn）=1-Rxy（N1，N2）n=N1（4）获得X后，则方程（6）中的3个参量为：（x，y，y）T=（x，y，y）T+[Δx，Δy，Δz]T（8）其中相关系数Rx（yN1，N2），可表达为：将式（8）中确定的（x，y，z）作为初始值，N2n=N1N2姨n=N1N222n=N1形成式（7）矩阵形

8、式，再次作为近似值迭代求Rx（yN1，N2）=ΣXnYn/ΣXnΣYn（5）解。每次解得新的（x，y，z）与上一次得到的Rx（yN1，N2）称为Xn与Yn在[N1，N2]时间内（x，y，z）求差，直到满足限差为止。的相关系数，从公式（1）中可以看出，

9、R

10、接近1时，误差能量较小，

11、R

12、=1时相对误差能量为0，说明曲线完全相似；

13、R

14、为0，相对误差能量最大，说明曲线不相似。利用上述理论，根据潮汐曲线的相关系数，可以判断潮汐性质的相似性。相关系数接近1时，表示2个验潮站的潮汐性质相似，反之