基于全站仪的水下地形测绘精度研究

基于全站仪的水下地形测绘精度研究

黄君豪

东莞市大岭山镇测绘队广东东莞523820

摘要：验潮是海洋工程、航道测量等工作的重要组成部分，为了有效控制水下地形测绘中测深精度，文章重点研究了了水下地形测绘中测深潮位改正中验潮站布设以及潮位控制分析验证两个关键技术，可供参考，以期能提高地形测绘的精确度，加速作业速度，给水下地形测绘及水下施工工程带来方便。

关键词：海洋测绘；潮汐；水深；距离；分析验证

1引言

在进行海港建设、航道整治、码头修建、规划利用海洋资源等水下施工时，应事先进行水下地形、水深的测绘，从而绘制出精密的水下地形图和水下施工图是必不可少的一个重要环节。因此，进一步提高水下地形测量中测深精度，具有重要的现实意义，但由于水下环境复杂，作业中受各种因素的影响，所以测量成果精度有一定的误差。水下地形测绘中测深误差来源不一，但受到海水潮位变化的周期性影响明显，给水下测绘分析带来的阻碍。因此，对测深值进行潮汐改正具有必要性。文章重点对海道测量中验潮站有效距离计算进行了论述，并就潮位改正以及改正结果进行了比对、统计与分析。

2验潮站布设

海道测量中验潮站有效距离为下式计算：

式中，d为验潮站有效距离（km），δ为测深精度（cm），S为两站之间的距离（km），△hmax为两站在同一时间的最大可能潮高差（cm）。一般海洋测绘项目中验潮站沿海岸线布设，本项目中外海也布设了验潮站，潮位改正采用外推与内插相结合的方式。

测区范围如图1所示，测区东西长约37km，南北长约31km，整个测区较开阔，虽然测区内外岛屿众多，但是岛屿面积非常小，不足以对潮波传播造成影响，测区水深较浅，从西部的滩涂到测区最东侧最深处18m。共布设了8个验潮站，丢失一个，最终只收回了7个。由于验潮站无人值守，在这7个验潮站中其中一个验潮仪在测量施测期间被人为拉起过两次，导致数据不能用于水深改正。最后只有6个验潮站可以用。用于潮位改正的验潮站位置如图2所示。

图1原计划潮位站布设位置分布图

图2最终潮位控制网图

水位改正由6个临时验潮站进行改正，6个验潮站共组成5个三角分带，东部超出3号站与4号站连线的区域，利用3号站、4号站和5号站进行三角分带外推水位改正，其他区域利用5个三角分带进行水位改正。

3潮位控制分析验证

如表1所示，三角分带控制网中临时潮位站间的最大潮高差为55cm，最大潮时差为75min，

区的潮汐变化，相邻验潮站之间的距离应满足最大潮高差不大于1m，最大潮时差不大于2h，潮汐性质基本相同”的规定。

临时验潮站潮汐性质统计表表1

（1）对三角分带控制范围区域的验证

从表1中可以看出，1站与2站间最大潮高差为39cm，最大潮时差为50min，缺少7号临时验潮站的水位数据仍满足要求。各三角分带相邻潮位站间最大潮高差为55cm，最大潮时差为75min，均满足要求。

（2）对超出3号临时验潮站与4号站连线的区域的验证

3号临时验潮站至4号站的距离约为54km，超出三角分带控制区域至3号与4号两个临时验潮站连线的最大垂直距离约为10km。作业期间3号站与4号站最大潮高差为42cm，最大潮时差为45min，两站的潮汐性质基本相同。

超出三角分带控制区域利用不同验潮站不同改正方法进行改正验证，利用3号站—4号站—5号站三角分带对超出区域进行水位改正和利用3号站与4号站对超出区域进行线性改正，对改正后的数据进行互差对比，统计如表2所示：

超出三角分带控制不同验潮站改正后水深值差值统计表表2

（3）对镜像区域利用不同验潮站不同改正方法进行改正验证

用不同潮位站不同方法对超出区域的镜像区域进行水位改正，镜像区域以3号与4号两站连线为中心线，对超出区域所作的镜像如图3所示：

图3镜像区域示意图

对镜像区域分别利用3号站—4号站—5号站进行三角分带改正和利用3号站、4号验潮站线性改正，对改正后的数据进行互差对比，统计如表3所示：

表3镜像区域不同验潮站改正后水深值差值统计表

（4）利用检查线进行计算验证

利用3号和4号两个临时验潮站对测区内的数据进行线性改正，并将该数据与J3检查线、J4检查线的数据对比统计，其统计数据如表4所示：

检查线相同位置水深值差值统计表表4

（5）对测区东北部验潮站连线外区域的验证

从对验潮站连线外区域利用不同潮位站不同方法改正，其差值最大值为12.2cm，且98.64%的差值都小于10cm，可知该海域潮汐性质相同，潮位站能够有效控制的范围大；由镜像区域利用不同潮位站不同方法改正的分析：其差值最大为15.6cm，且96.88%的差值都小于10cm，可知镜像区域在验潮站3号站和4号站的有效控制范围之内，且精度较好，验潮站连线外区域相对于镜像区域，靠近外海，潮汐性质更为简单，所以超出区域也在验潮站3号站和4号站的有效控制范围之内。利用验潮站3号站和4号站对测区线性改正的数据与检查线J3、J4的数据对比，得出中误差分别为±13.4cm和±14.0cm，均小于规定的±20cm。

为了提高水位改正的精度，我们利用3号站—4号站—5号站三角分带外推方法对测区东部验潮站连线外区域进行水位改正，并利用3号站—4号站—6号站三角分带外推方法进行验证，分别利用两三角分带外推方法对测区东部验潮站连线外区域的数据处理并对比，统计如表5所示。

不同三角分带改正后水深值差值统计表表5

从表5的对比数据可以看出分别利用两个三角分带外推方法进行数据处理，二者改正后水深数据较吻合，可以满足潮位改正精度要求，最终数据利用3号站—4号站—5号站三角分带外推方法进行处理。

4结语

综上所述，提高水位改正的精度从而提高水下地形测量中测深精度具有必要性。文中提出的一些解决方法只足尽量避免误差发生或扩大，而不能完全避免误差的发生，有些方法还需进一步完善。但笔者相信，随着科学技术的发明和新技术的应用，海洋验潮条件会不断变好，测量方式方法会得到改进和完善，水深测量的精度会进一步提高，其施工生产需要也会进一步得到满足。

参考文献：

[1]周勇；徐德涛.水下地形测量的误差分析[J].地球.2013（06）

[2]黄建明.浅析高精度的水下地形测量解决方案[J].江西测绘.2005（03）

[3]胡志博；郭金运；宗干；张凯华.利用验潮站数据进行三种潮汐模型的精度分析[J].海洋测绘.2014（03）