海洋测绘基础班讲义.doc

海洋测绘基础知识班概述根据注册测绘师资格考试大纲海洋测绘考试基本要求，海洋测绘分为四个部分：(1)海洋测绘内容(2)水下地形测量(3)海洋垂直基准(4)成果呈现分析第一章 海洋测绘内容【内容辅导】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，制定测量方案。包括：海洋测绘的内容; 采用的仪器设备; 作业方式和方法; 参考规范; 项目实施方案。【地球表面】 【海洋的重要性】海洋面积占地球面积的70%，海洋是人类的生命摇蓝、现代社会的交通要道，也是地球上的资源宝库。我国东、南面有长达1 .8万公里的海岸线，与之相邻有渤海、黄海、东海和南海。按照联合国海洋法公约，应归我国管辖的内水、邻海、大陆架、专属经济区的面积约有300多万平方公里。岛屿6500个，还拥有许多优良港湾。1.1 海洋测绘研究海洋定位、测定海洋大地水准面和平均海水面、海底和海水面地形、海洋重力、磁力、海洋环境等自然和社会信息的地理分布及编制各种海图的理论和技术。(1)海洋测绘的对象尽管大海一片汪洋，但海洋是由各种要素组成的综合体，因此海洋测绘的对象可以分解成两大类，就是自然现象和人文现象。 自然现象自然界客观存在的各种现象。如曲曲折折的海岸，起伏不平的海底，动荡不定的海水，风云多变的海洋上空。用科学名词来说，就是海岸和海底地形，海洋水文和海洋气象。可以分解成各种要素，如海岸和海底的地貌起伏形态、物质组成、地质构造、重力异常和地磁要素、礁石等天然地物，海水温度、盐度、密度、透明度、水色、波浪、海流，海空的气温、气压、风、云、降水，以及海洋资源状况等。人文现象指经过人工建设、人为设置或改造形成的现象。如岸边的港口设施-码头、船坞、系船浮简、防波堤等，海中的各种平台，航行标志-灯塔、灯船、浮标等，人为的各种沉物-沉船、水雷、飞机残骸，捕鱼的网、栅，专门设置的港界、军事训练区、禁航区、行政界线-国界、省市界、领海线等，还有海洋生物养殖区。(2)海洋测绘的特点海洋测绘的对象是海洋，而海洋与陆地的最大差别是海底以上覆盖着一层动荡不定的、深浅不同的、所含各类生物和无机物质有很大区别的水体。在海洋水域没有陆地那样的水系、居民地、道路网等要素，除浅海区外，也没有植被。海底地貌也比陆地地貌要简单得多，地貌单元巨大，很少有人类活动的痕迹。但这并不是说海洋测绘比陆地测绘要简单得多，相反，海洋测绘在许多方面比陆地测绘要困难。1.2 海洋测绘的任务与主要内容根据海洋测绘工作的目的不同，可把海洋测绘任务划分为科学性任务和实用性任务两大类：(1)科学性任务为研究地球形状提供更多的数据资料;为研究海底地质的构造运动提供必要的资料为海洋环境研究工作提供测绘保障。(2)实用性任务主要是指对各种不同的海洋开发工程，提供它们所需要的海洋测绘服务工作。主要包括：海洋自然资源的勘探离岸工程航运、救援与航道近岸工程 渔业捕捞 海上划界 其它海底工程(海底电缆、海底管道等)(3)海洋测绘的主要内容海洋大地测量海洋工程测量水深测量及水下地形测量障碍物探测水文要素调查海洋重力测量海洋磁力测量海洋专题测量和海区资料调查各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版海洋地理信息的分析、处理及应用1)海洋控制网测量和海底控制网测量海洋大地控制网布设和测量与以往所用的理论和原理相同;而海底控制点的布设一般使用3个或4个一组的应答器通过声学测量的方法建立海底控制。 2)海水面的测定包括海面形态的测定和平均海水面的确定。前者对海洋测量和海洋科学的研究有着重要意义，而后者却对大地测量有着重要的意义。主要技术：潮位站验潮测量卫星测高(SA) 3)海洋定位精确地确定海洋表面，海水中和海底各种标志的位置称为海洋定位。海洋定位主要采用天文定位、光学交会定位、惯性导航定位、地面无线电定位、GPS卫星定位、声学定位等方法。 4)海洋测深目前所用方法有：船载在航水深测量 单波束测量(单频或双频) 多波束测量机载激光系统 LIDAR卫星遥感测深 一般采用回声测深获得深度。5)海底地貌及底质测量海底地形测量是测量海底起伏形态和地物的工作。特点是测量内容多，精度要求高，显示海底地物、地貌详细。地貌测量多采用多波束、侧扫声纳测量海底地质探测是对海底表面及浅层沉积物性质进行的测量。底质测量底质采样深层底质测量浅底层剖面仪6)海洋水文测量获取海洋温度、盐度、透明度、水色、潮汐、潮流等水文要素的测量。主要测量方法：温度：表层温度计、颠倒温度计盐度：通用的阿贝折射仪、多棱镜差式折射仪、现场折射仪透明度：透明度仪、光度计潮汐：潮位站验潮潮流：流速流向仪、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)7)障碍物探测确认障碍物，探明其位置。主要测量方法：多波束侧扫声纳磁力仪浅地层剖面仪其他探测设备8)海岸工程为海岸、海洋工程的稳定性服务。主要包括：工程结构的稳定性及形变监测海床的稳定性水文特征及其规律地形地貌特征底质及地质结构9)海图测绘海图以海洋及其毗邻的陆地为描绘对象的地图，其描绘对象的主体是海洋。海图的主要要素为海岸，海底地貌，航行障碍物，助航标志，水文及各种界线。海图是通过海图编制完成的，作业过程通常分为编辑准备、原图编绘和出版准备三个阶段。10)海洋重力测量海洋重力测量是测量海区重力加速度的工作。主要目的：研究地球的形状和内部构造、勘测海洋矿产资源和保证远程导弹发射提供海洋重力数据。海洋重力测量可分为：海底(沉箱式)重力测量船载重力测量机载重力测量卫星重力测量11)海洋磁力测量海洋磁力测量是测定海上地磁要素的工作，是研究地球物理现象，海洋资源勘探以及海底宏观地质构造的有力手段之一。主要目的：寻找与石油、天然气有关的地质构造和研究海底的大地构造。海洋磁力测量可为：船基在航磁力测量机载磁力测量卫星磁力测量12)海洋地理信息系统(MGIS)MGIS的研究对象包括海底、水体、海表面及大气及沿海人类活动5个层面。一般GIS处理分析的对象大都是空间状态或有限时刻的空间状态的比较;MGIS则主要强调对时空过程的分析和处理，这是MGIS区别于一般GIS的最大特点。1.3 我国的海域状况我国地处亚洲东部大陆，濒临西太平洋，东、南面与渤海、黄海、东海和南海相邻，既是一个大陆国家，又是一个海洋大国。960万km2+300多万km2海洋国土中国的地理位置:位于北半球、亚洲东部、太平洋西岸，南北相距5500km，东西相距5000km北京：东经11628，北纬3954 (1)海渤海：7.7万km2 ，最大深度70m，平均深度18m，油气资源丰富。黄海：38万km2，最大深度140m，平均深度44m。东海：77万km2，最大深度2700m，平均深度370m，油气资源丰富(长江口)。南海：350万km2，最大深度5600m，平均深度1200m，油气资源丰富(珠江口)。(2)岛屿6500多个东海占60%，南海占30%，渤海、黄海占10%台湾、海南岛面积3万km2，其余均2000km2最南端-南沙群岛的曾母暗沙岛1.4 参考规范和项目技术设计(1)参考规范: 参考一般测量规范包括：GB/T18314-2001全球定位系统(GPS)测量规范GB12898-91国家三、四等水准则量规范JTJ203-2001水运工程测量规范GB12327-1998海道测量规范GB138 - 90水位观测标准GB/T 202572-20061:5000 1:10000地形图图式GB/T18316-2001数字测绘产品质量检查验收规定和质量评定CH 1002-1995测绘产品检查验收规定CH 1003-1995测绘产品质量评定标准(2)项目技术设计包括：任务概述自然地理情况和已有的资料资料准备成果主要技术指标及规格测量仪器设备项目人员方案设计资料图件的检查、项目验收、整理和汇总第二章 水下地形测量【内容辅导】依据海道测量定位、测深原理和使用仪器的实际情况，分析水深定位方法的可行性及其对水深测量成果的影响。包括：水下地形测量的作业环节(定位、测深、声速、姿态)测量设备组成(定位、测深及辅助设备)设备性能、精度及对水下地形测量的影响掌握水下地形测量作业过程、数据处理过程分析各因素对水下地形测量的影响，进行精度评估2.1 水上定位海洋定位测量是海洋测绘的一个重要分支。在海洋测量工程中无论测量某一几何量或物理量，如水深、重力、磁力等，都必须固定在某一种坐标系统相应的格网中，是海洋测绘和海洋工程的基础。海洋定位方法包括：天文定位光学定位陆基无线电定位(地面)空基无线电定位(卫星)水声学定位(1)GPS定位鉴于GPS在海上测量中的广泛应用，目前主要的GPS定位模式：单点定位动态定位静态相对定位1)GPS动态定位利用GPS信号，测定相对于地球运动的用户天线的状态参数，包括三维坐标、三维速度和时间等七个状态参数。导航，是测得运动载体的状态参数，并导引运动载体准确的运动到预定的后续位置。2)DGPS-差分GPS用设于坐标已知的参考站，计算各类改正数、影响GPS测量定位的误差。差分GPS系统的构成：基准站(Reference/Base Station)流动站(Mobile/Rover Station)差分改正数 差分GPS主要方法：位置(坐标)差分与距离(伪距)差分位置改正数位置改正数的确定缺陷要求参考站和流动站所观测的卫星完全相同距离改正数距离改正数的确定：计算距离观测距离3) RTK实时动态差分测量系统构成：参考站流动站数据链 特点高精度动态测量，提供厘米级的平面和垂直定位解应用大比例尺水下地形测量无验潮模式下的水下地形测量GPS潮位等高精度测量4)PPK事后动态差分测量系统构成 参考站 流动站特点 高精度动态测量，事后提供厘米级的平面和垂直定位解应用 大比例尺水下地形测量 无验潮模式下的水下地形测量 GPS潮位等高精度测量5)网络RTK测量传统RTK技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。网络RTK特点:线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代，即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。 主要采用：VRS、MAC、FKP等技术6)CORS连续运行参考站采用VRSVirtual Reference Station作业模型类似RTK原理利用基准站网计算出用户附近某点(虚拟参考站)各项误差改正，再将它们加到利用虚拟参考站坐标和卫星坐标所计算出的距离之上，得出虚拟参考站上的虚拟观测值，将其发送给用户，进行实时相对定位。特点精度和可靠性高属网络RTK (2)GPS动态定位的精度与应用 1)GPS在海洋大地测量方面的应用海洋大地测量控制网建立海洋大地测量水准面测定海岛联测海洋重力测量GPS测定海底控制点 2)GPS在海洋资源勘探方面的应用利用差分GPS技术进行海洋物探定位和海洋石油钻井平台的定位进行海洋物探定位时，在岸上设置一个基准站，另外在前后两条地震船上都安装差分GPS接收机。通过发射和接收地震波，同时记录GPS定位结果，分析地震波在地层内的传播特性，研究地层的结构，从而寻找石油资源的储油构造。利用差分GPS技术按预先设计的孔位建立安装钻井平台在钻井平台上和海岸基准站上设置GPS系统。如果在钻井平台的四周都安装GPS天线，由四个天线接收的信息进入同一个接收机，同时由数据链 电台将基准站观测得数据也传送到钻井平台的接收机上。通过平台上的微机同时处理五组数据， 可以计算出平台的平移、倾斜和旋转，以实时检测平台的安全和可靠性。3)近海海域高精度海上定位对于近海海域，可采用在岸上或岛屿上设立基准站，采用差分技术或动态相对定位技术进行高精度海上定位。如果一个基准站能覆盖150km范围，那么在我国沿海只需设立34个基准站便可在近海海域进行高精度海上定位。研究表明，广域差分技术(WASGPS)可以实现在一个国家或几个国家范围内的广大区域进行差分定位(3)我国沿海无线电指向标差分系统信标差分技术：利用现有的海用无线电信标台，在其所发射的信号中加一个副载波调制，以发射差分修正信号，提供导航定位服务。 (4)水声学定位可以提供局部的、实时的、精密的位置信息。声学定位原理： 水下声学：研究声波在水下的辐射、传播、接收解决与水下目标探测和信息传输过程中有关的各种声学问题主要应用于水深测量和海底地形测量声学定位系统：长基线系统 短基线系统 多普勒声纳系统1)长基线定位系统 测距方式单向测距-信号标-单程时间延迟双向测距-应答器-双程时间差 定位精度1)测距精度 + 空间几何图形2)精度：520 m3)测程：5 km ，折射影响 2)短基线定位系统利用安置在船底的一组(若干个)听音器和埋设在海底的一个信号标或应答器进行定位。工作方式：1)距离距离2)距离方位3)时间差 距离-距离工作方式精度较低原因：1)基线很短，几何图形差。2)海中风浪作用，系统平稳性差。3)受相同噪声场影响，系统误差大。 距离方位工作方式利用相位差求定方向余弦值，从而得到相对位置。精度较低：0.5 5采用声波频率通常为：2030KHZ 时间差方式利用时间差求定平面位置。精度较低：1%左右。应用于深海采矿、钻井工程等动态定位，保证钻井船准确位于井口上方。 3)多普勒声纳系统利用多普勒效应测定船或水下运载工具的速度，借于确定船或水下运载工具的位置变化。多普勒效应： 测量频率变化： 测量航速度： 2.2 海洋测深回声测深原理多波束测深系统高分辨率测深侧扫声纳基于水下机器人的水下地形测量机载激光测深(LIDAR)测线布设测深精度水位改正测量数据质量与管理海底地形测量是测量海底起伏形态和地物的工作，是陆地地形测量在海域的延伸。按照测量区域可分为海岸带、大陆架和大洋三种海底地形。特点是测量内容多，精度要求高，显示内容详细。水深测量经历了如下几个发展阶段：测绳重锤测量(点测量)单频单波束测深(点测量)双频单波束测深(点测量)多波束测深(面测量)机载激光测深(面测量)卫星遥感测深(面测量)水下地形测量的发展与其测深手段的不断完善是紧密相关的。(1)水深测量方法回声测深法测深原理： (2)测深系统单波束测深系统多波束测深系统高分辨率测深侧扫声纳水下机器人测量激光测深 单波束回声测深回声测深仪： 多波束测深为了测定船只航线两侧的海底信息资料，研制的一种能在测船航线左右两侧对称的有效带内全部海底地形信息的回声测深系统。 多波束测深与单波束测深的比较 多波束测深系统 多波束测深系统的特点覆盖宽度大测深精度高(030m水深，误差0.3m，大于30m，误差不超过0.5%)性能稳定自动化程度强处理速度快后处理成果丰富多波束测深系统的主要误差多波束测深系统的主要误差有安装误差、系统误差、运动误差、声速误差、近场误差和偶然误差等。(1)安装误差：安装多波束换能器、GPS流动站天线和运动传感器时的位置、角度不正确而产生测量误差。(2)系统误差：系统主要设备和辅助设备本身的误差。(3)运动误差：船舶航行、转向、变速和颠簸引起的测量误差。(4)声速误差：水体物理性质的变化，主要是水温、盐度、浑浊度的变化造成水体密度变化而引起声波传播速度变化的误差。(5)近场误差：由于声波反射点距离发射源很近而产生混响，造成信号和噪音难于辨认的误差。(6)偶然误差：定位数据突然尖跳，或测深数据偶然漂移等产生的误差。多波束测深系统成果 多波束测深系统应用1)国外应用情况SeaBeam多波束测深系统RESON SEABAT多波束测深系统ELAC Bottomchart多波束测深系ATLAS Fansweep多波束测深系Simrad多波束测深系统等等2)我国研制研发 20世纪80年代中期，开始致力于多波束测深系统的研制与开发工作。 20世纪90年代初期，开始投资研制实用型多波束测深系统。 H/HCS一017型多波束测深系统：1997年研制成功，系统主要由换能器阵、发射子系统、接收子系统、海底检测单元以及数据传送单元组成。系统的工作频率为45kHZ，具有48个波束，波束角为2030，其测深范围为101000m，扇区开角为1200，测深覆盖范围最大可达4倍水深，系统测深精度满足当前国际海道测量组织(IHO)标准。3)多波束测深系统应用进展多波束测深正在向全海深测量技术、高精度测量技术、集成化与模块化技术以及高分辨率测量技术的开发与应用研究。仪器结构：小型化、高集成度、组件化方向发展。仪器性能：更完备的功能、更高的测量精度以及更加简便的操作使用方向发展。数据管理：解决原始数据存储格式不统一问题，设计开发数据通用接口，规范化的多波束数据后处理软件。4)多波束测深系统发展前景多波束测深系统的研制基本成熟,未来的研究重点将倾向于数据处理和应用研究。多波束系统既可获得高密度、高精度的测点位置信息，又可获得海底图像信息，但由于分辨率的限制，一般情况下成像质量较差;而侧扫声纳则以成像为主，可获得高分辨率的海底影像，但仅能给出描述海底地貌、地物的概略位置因此，多波束数字信息与侧扫声纳图像信息的融合是将来测深技术深入发展的方向。(3) 无验潮测深1)无验潮测深基于全球定位系统结合测深系统直接采集水深、无需通过验潮确定床面高程的一种测量方法。2)随船一体化测深在用测深仪实时测深过程中，利用AROF技术同步实时测定出换能器(测深基面)随潮汐、波浪等因素的起伏状态，从而对瞬时测深值实时进行精确的测深(基面)改正，最终获得稳态深度场。(4)测深数据处理为了求得实际正确的水深而对回声测深仪实测的深度数据施加的改正数称为回声测深仪总改正数。1)水文资料法求取总改正数适用于水深大于20m的水深测量 吃水改正Hb 折射改正Hn 声速改正Hc 声速改正数对总改正数H影响最大2)校对法求取总改正数适用于小于20m的水深测量。回声测深改正 同步水位观测海面受多种因素的影响，是在不断地升降中的。水深测量工作中，必须进行同步水位观测才能保证实测深度正确地归算到统一的深度基准面上。水深测量前，在测区设主验潮站时所进行的同步观测。目的是把新设立的验潮站的当地平均海面统一归算到附近长期验潮站(即起控制作用的验潮站)的平均海面上。水深测量时，测区各验潮站均应同时观测水位，且观测时间要在测深工作前开始到测深工作后结束。从而使外业所测水深运用各验潮站水位资料应用分带改正等方法将其改正到深度基准面起算的水深。通常是进行实地水位观测以获得准确的瞬时海面高度，并经过一定时期(一天、一月、一年或多年)的观测，算出日、月、年、多年平均海面，再确定深度基准面的位置。回声测定精度误差来源：仪器误差、外界环境误差、观测者误差仪器性能：仪器分辨能力、仪器探测能力 波束宽度() ： 与换能器形状、发射频率有关。外界环境误差：声速误差、波浪影响、假回声、潮汐和海面气象条件影响。2.3 水下地形测量(1)测深线布设为能够采集到海区内足够的海底地形测量数据，以能够反映海底地形地貌起伏状况，提高发现海底特殊目标的能力以及考虑到测量仪器载体的机动性和测量的效率、费用、安全等因素，在海底地形测量之前需要设计和布设测线。测线是测量仪器及其载体的探测路线，分为计划测线和实际测线。确定测线布设的主要考虑因素是测线间隔和测线方向。海底地形测深线布设海底地形测量测线一般布设为直线。测深线可以分：主测深线、补充测深线和检查测深线。1)主测深线：测深线的主体，它担负着探明整个测区海底地形的任务;2)补充测深线：起着弥补主测深线的作用;3)检查测深线：检查以上测深线的水深测量质量，以保证水深测量的精度。补充测深线主要用于局部重要海域的加密测深和对礁石、沙嘴、沉船的探测。在重要航道上布设补充测深线有两种方法：1)在主测深线之间局部加密，补充测深线方向与主测深线方向一致，间距则根据需要而定;2)与航道方向一致布设35条补充测深线，中间一条测深线应和航道中心线重合，两侧的测深线，则根据航道宽度均匀平行布设。 (2)测深线间隔测深线的间隔是主要根据对所测海区的需求、海区的水深、底质、地貌起伏的状况，以及测深仪器的覆盖范围而定的。总之，以满足需要又经济为原则。国内外具体处理方法一般有两种：1)规定图上主测深线的间隔为10mm的情况下，根据上述原则确定海区的测图比例尺;(我国采用该方法)2)根据上述原则先确定实地上主测深线的间隔，再取其图上相应的间隔，如：6、8、10mm，最后确定测图比例尺。(3)测深线方向(单波束测深)测深线方向是测深线布设所要考虑的另一个重要因素，测线方向选取的优劣会直接影响测量仪器的探测质量。选择测深线布设方向的基本原则如下：有利于完善地显示海底地貌;有利于发现航行障碍物;有利于海洋测绘工作。以上测线布设方向的基本原则大都是针对单波束测深而言的，对多波束测深、侧扫声纳、激光测深和其他扫海系统还要考虑测量载体的机动性、安全、最小的测量时间等问题，同时参照上述原则，选择最佳的测线方向。1)垂直于水流轴线方向测深线垂直于水流方向，使测深线正好通过地貌变化比较剧烈和有代表性的地方，有利于全面如实地反映测区的海底地形。 2)与水流轴线成45角方向通常用于狭窄海道和可能存在礁石、水下沙洲或其它障碍物地区的水深测量。由于斜距大于平距，因而它比垂直于水流轴线的测深线容纳的水深点更多，有利于反映狭窄海道的地形。 3)辐射线方向 大多用于岛屿的延伸部分或孤立的岛屿周围的水域。辐射线方向布设使测深线间距内密外疏，不仅有利于暗礁、浅滩的发现，而且近岛部分水深点较密，也有利于选择适宜的靠船及登陆地点。2.4 水位改正水位改正是将测得的瞬时深度转化为一定基准上的较为稳定数据的过程，其目的是尽可能消除测深数据中的海洋潮汐影响，将测深数据转化为以当地深度基准面为基准的水深数据。水位观测过程中采用以“点”带“面”的水位改正方法，水位改正方法主要有:单站水位改正法线性内插法水位分带法时差法参数法,等(1)单站水位改正法为求得不同时刻的水位改正数，一般采用图解法和解析法。图解法:绘制水位曲线图，横坐标表示时间，纵坐标表示水位改正数。解析法:利用计算机以观测数据为采样点进行多项式内插来求得测量时间段内任意时刻的水位改正数的方法。(2)线性内插法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,那么对于某一时刻的潮汐值可利用简单的线性内插获得。此法也同样适应三站的情况，其基本数学模型为：两站水位改正数模： 三站水位改正数模： (3)分带改正法水位分带改正法分为两站水位分带改正、三站水位分带改正(又称三角分带)。三站水位带改正法分带原则、条件、假设与两站水位分带改正法基本相同，其主要是为了加强潮波传播垂直方向的控制。两站水位分带改正水位分带的实质就是利用内插法求得不同区的水位改正数，与线性内插法不同，分带所依据的假设条件是两站之间潮波传播均匀，潮高和潮时变化与距离成比例分带的基本原则分带的界线方向与潮波传播方向垂直。分带数： 式中： 为两站同时刻最大水位差; z为测深精度。C和D测区在A、B观测站的控制范围之外，不能利用A、B站的水位观测资料，可根据A、B站的水位观测资料，使A、B两站的深度基准面重合。首先绘出A、B两站的水位曲线图，按等分内插求得A、B的水位曲线，由它来改正C、D测区的测深数据，适用于带状水域。 (4)时差改正法时差法水位改正是水位分带改正法的合理改进和补充。其所依赖的假设条件是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。时差法是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间的时差，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。(5)参数改正法参数法直接从潮汐水位曲线的整体变化入手，采用最小二乘拟合逼近技术，不仅求出两验潮站的潮时差，还求出了两验潮站的潮差比和基准面偏差。基本原理： 其中，x为垂直比例系数，表示两站间的潮差比(潮高比);y为水平延迟系数，表示两站间的潮时差;z为基准面偏差。 2.5 波浪对水深测量的影响当测深船在海上作业时，最直观的外界环境影响是波浪，并且在海上分布最广，出现概率最高，明显对测深产生影响。波浪的作用使船产生纵摇、横摇、首位摇以及升沉等船姿运动，从而对海洋测深产生影响。必须通过测深船的纵摇、横摇、首位摇以及升沉等船姿情况进行分析，减弱和消除波浪的影响。(1)船只横摇产生的测深误差测深仪的换能器应垂直向下发射探测声波获得深度。然而，船的纵、横摇却在一定程度上破坏了这一垂直测深结构，产生了附加的测深误差。附加测深误差 附加测深误差的相对误差： 附加测深误差处理公式改正： 测点平移： (2)船只纵摇产生的测深误差测船纵摇产生的测深误差比较复杂，若海底平坦为一平面，则与前面分析相似，可得到附加深度误差： (3)船只升沉产生的测深误差船只升沉误差： 消除测船升沉影响的方法很多，通常采用：补偿消除法 记录曲线平滑法水深数字滤波法选择合适的方法可以获得较好的效果，从对升沉效应有关改正方法的分析可知 ：监测改正法及补偿消除法从硬件方面可以有效地消除和减弱升沉效应;记录曲线平滑法和计算机水深数字滤波法从数据后处理方面消除和减弱升沉效应。波浪对测深的影响小结在浅水区主要表现为升沉方面，而在深水区主要表现为横摇和纵摇方面。为了提高测深精度，应在小船上(用于浅水测量)首要安装升沉传感器，在大船上(用于深水测量)应首要安装纵、横摇传感器。同时，对于未安装船姿传感器的测量船来说，必须使测船纵、横摇角限制在一定范围内。2.6 船速对水深测量的影响在海道测量工作中，船速是一个重要的因素，直接影响到测量成果的精度和效率。过低的船速将降低测量的效率，而过高的船速将导至精度及可靠性的降低并引起定位及测深在某些方面的困难。船速对测深影响包括直接效应和间接效应，所谓间接效应是指船速作为参数伴随其它效应对测深的影响。例如，动态吃水改正，定位与测深的延时效应、波浪对测深的影响等方面均存在着船速影响的间接效应。主要从定位与测深两个方面来讨论船速对测深影响的直接效应。(1)船速对定位间隔的影响目前最常用的定位是全站仪极坐标定位和差分GPS定位。海道测量规范规定，在平坦海区，定位点图上间隔为4cm，在复杂海区为3cm。则定位点间隔实地距离为： 由于定位系统的定位时间间隔受到仪器硬件本身的限制，因此，通常情况下是通过已知定位系统的定位时间间隔以及测图的定位点间隔要求，来选择合理的航速： (2)船速对换能器测深的影响如果定位间隔： 则不会漏掉海底地形信息因此，可得： 测深船速的选择小结船速确定1)按照定位系统的连续定位能力(即最小定位间隔)及定位点图上间隔来决定可采用的最大船速。2)按照测深系统的测深速率及海区水深来决定可采用的最大船速。选择上述较小船速值，并对动态吃水改正及波浪等影响进行估算，若超出有关精度指标，则应进一步降低船速。2.7 海洋测深精度(1)测深等级依测量精度要求、覆盖率不同、有四种海道测量等级：一级测量：适用海道测量部门明确规定的重要海区;要求测线间距要小、100%的海底覆盖率。二级测量：适用于其港口、入口航道、一般的沿岸和内陆航道，限于水深小于l00m的海区使用。三级测量：适用于水深浅于200m且不被一、二级测量覆盖的海区。四级测量：适用于水深超过200m且不被一、二、三级海道测量所覆盖的其它所有海区。(2)影响测深精度因素水深精度应理解为改正后水深的精度，水深精度主要受系统误差和随机误差影响。包括： 与声信号传播路径(包括声速剖面)有关的声 速误差; 测深与定位仪器自身的系统误差; 潮汐测量和模型误差; 船只航向与船摇误差; 换能器安装不正确引起的定位误差; 船只运动传感器的精度引起的误差，如纵横摇的精度、动态吃水误差; 数据处理误差，等。(3)精度评定根据交叉点两次测量的不符值统计结果来评价系统水下地形测量的精度。2.8 海底地形成图(1)绘制海底地形图海底地形图的表现形式一般可分为：二维等深线图和三维海底地形立体图自动绘制等深图常用方法主要有：三角形法和网格法。网格法绘制等深线分为在网格边上求出等值点，追踪等值点和连接并光滑等值点连线。(2)自动绘制海底地形立体图海底地形立体图是指海底地形立体透视图。绘制海底地形立体图，通常采用透视变换原理的连续断面法来绘制。第三章 海洋垂直基准【内容辅导】(1)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。包括：深度基准面的定义有哪些海洋垂直基准面深度基准面如何确定深度基准面如何联测和传递(2)依据潮汐理论和测区潮汐变化情况，分析潮波传播规律。包括：潮汐如何产生的潮汐变化的受动因素潮汐变化规律如何确定海域周边地形的特征潮波传播规律如何分析(3)分析各相关因素对数据采集质量的影响、分析数据处理和数据检查方法对成果质量及判断的影响。包括：影响数据采集质量的因素有哪些影响量级分析数据如何处理如何应对各个因素的影响异常数据如何检查如何分析综合误差出现的异常由什么因素引起的3.1 潮汐及潮汐观测(1)潮汐一种海水规律涨落的自然显现。潮汐现象产生的源动力是日月引力，其中月球引力占主要成分。 (2)潮汐观测采用如下手段进行潮汐观测： 水尺验潮 井式验潮 超声波验潮 压力式验潮 GPS潮位观测 (3)潮汐分类正规半日潮 ：一个太阳日(约24小时50分)内，有两次高潮和两次低潮，相邻的高低潮之间的潮差几乎相等。不正规半日潮：一个太阳日(约24小时50分)内，也有两次高潮和两次低潮，但相邻的高低潮之间的潮差不等，涨落潮时间也不等，且是变化的。正规日潮 ：一个朔望月内出现的一日一次高潮和一次低潮的日潮类型。不正规日潮：一个朔望月内大多数天是日潮的性质，少数天发生不正规半日潮。3.2 潮汐及潮流分析(1)潮汐分析潮汐调和分析过程：将潮位变化看作是许多分潮余弦振动之和，根据最小二乘或波谱分析原理由实测数据计算出各分潮平均振幅和迟角的过程。根据观测时间的长短，一般可将潮汐调和分析分为：短期潮汐调和分析中期潮汐调和分析长期潮汐调和分析方法有：经典：Darwin分析法、Doodson分析法现代：最小二乘分析法、傅立叶分析法和波谱分析法等。要将理论潮高满足实际海洋潮汐，则必须经过一些修正。实际海水的涨落总可以表示为一些已知频率的振动及非潮汐因素的扰动之和，则实际潮汐部分的潮高为： 式中：S0为长期平均水位高度;fi为分潮i的交点因子;Hi为分潮i的平均振幅;i为分潮i的角速率;v0i为分潮i的格林威治零时天文初相角;ui为分潮i点修正角;gi为分潮i的区时专用迟角;为扰动项;t为时间;Hi、gi为调和常数(2)潮流分析潮流同潮汐一样，起因于日月引力，可表示为许多分潮流之和的形式。为了分析和预报方便，一般将流速w分解为北分量u和东分量v;流向记为。 上式为由分量u、v矢量的矢端画出的一个椭圆轨迹方程。潮流调和分析同潮汐分析一样，即利用上式计算各分潮流的调和常数Ui、i、Vi、i。根据分析的结果进行潮流预报、潮流性质的分析以及潮流椭圆的绘制。潮流特点潮流的速度和方向都有周期性的变化;在近岸和狭窄航道以及海峡，海流大体上分两个方向流动，即往复流;在外海，潮流的速度和方向不断的发生变化，即回转流;以半日为周期的称谓半日潮流，以全日为周期的称为全日潮流;从低潮到高潮的潮流称为涨潮流，反之称为落潮流;潮流可采用潮流图来表示。潮波特点海洋中以全日或半日为周期的波动，是海洋中典型的长波。由于日月引力引起的大洋振动，并向附属海区传播，在地球自主偏向力的作用下，有的形成旋转潮波系统：沿着一个方向传播的朝波称为前进波;经大陆反射、入射波和反射波相互作用，形成驻波。潮波特点可利用潮波图，即同潮图来表示，同潮图是表示一个分潮潮波的潮时、潮差的分布和变化的图。同时发生高潮的点连接成线，即同潮时线潮时差相等的点连接成线，即等潮差线。3.3 海洋垂直基准(1)海洋垂直基准分类高程基准:陆地高程的起算面，它通常取为某一特定验潮站长期观测水位的平均值长期平均海面，即定义该面的高程为零，因此具有参考面的意义。深度基准:海洋测量中常采用深度基准面;深度基准面是海洋测量中的深度起算面;不同的国家地区及不同的用途采用不同的深度基准面。(2)高程基准面高程基准面平均海水面某海域在一定时期内海水面的平均高度位置，通常由某验潮站相应期间内每小时的潮位观测记录数据计算求得，高度一般由当地验潮站零点起算。平均海水面是大地测量中的高程起算面，是陆地高程和海域岛屿、明礁等高度的起算面。我国以青岛验潮站多年观测水位的平均值作为基准。1)日本以东京灵岸岛验潮站多年观测水位的平均值作为基准2)欧洲地区以阿姆斯特丹验潮站多年观测水位的平均值作为基准3)美国以波特兰验潮站多年观测水位的平均值作为基准 平均海面的稳定性由于所取的观测时间长度不可能刚好为各分潮的整周期，因此，平均海面受剩余潮汐成分的影响，而且短期平均海面还包含着长周期分潮的贡献。另外，非潮汐因素(如气象)在不同的时间长度内表现为不同的性质，在足够长的时间内可视为噪声，而短时间内则表现为信号，这使得不同时间长度的平均海面稳定性不同。 平均海水面的高度每日、每月、每年都不一样。不同的平均海水面根据所取时间长度不同，可分为：日平均海面月平均海面年平均海面多年平均海面1)日平均海面是用近于一天的资料来计算，一般利用25小时的观测记录计算。计算方法有多种，最简单的是将一天观测值取简单的平均值，它可以去掉全回潮和半日潮的影响。2)月平均海面是由一个月的日平均海面的平均值，它可以削弱半月潮和月潮的影响。3)年平均海面是月平均海面的平均值，可削弱月平均海面的季节变化。年平均海面变化较小，但因为产生引潮力的日、月等主要天体运动的影响，各年的年平均海面仍有差异，这种差异可以用多年平均海面来削弱，通常用月亮升交运动周期(18.6年)的年数的多年平均海面。国家高程基准目前，世界各国或地区均以一个或几个验潮站的长期平均海面定义高程基准。我国采用1956年黄海高程系统(19501956年观测值计算)和1985国家高程基准( 19521979年观测值计算)国家水准原点青岛观象山验潮站;以“1956年黄海高程系”计算的高程为72.289米，以“1985国家高程基准”是72.260米，相差0.029米。(3)深度基准面1)深度基准深度基准：是海洋深度测量归算和海图上图载水深的统一起算面。在海洋测量中因为海面受潮汐、海流、风浪等多种因素的影响，处于动荡不定的状态之中，尤其是受潮汐的影响，海面随时在升降中，高潮和低潮之差，小的差1 2m，大的差10 20m。海洋测量外业测得的水深只是当时当地的瞬时深度。同一地点、不同时间测得的水深是不一样的，不同地点、不同时间测得的水深无法进行对比。为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比性，必须确定一个统一的基准面，这就是海洋测量中的深度基准面。2)深度基准面的选取在无潮海(即潮汐很小的海，如波罗的海)，通常以平均海水面作为深度基准面。在有潮海，因为潮汐较大，如果用平均海面作深度基准面，高潮时此面被淹没，低潮时露出;如果以此为基准面，则低潮时实际水深小于海图上的水深，如此时按海图上的水深航行，船就可能触礁、搁浅，对航行很不安全。因此，在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作为基准面。3)图载水深图载水深：深度基准到水底的垂直距离。深度基准通常定在当地多年平均海面下深为 L 的位置。 由于世界各国计算 L 值的方法有别，因此采用的深度基准也各不相同。中国海区从1956年起采用理论最低潮面(即理论深度基准面)作为深度基准，内河、湖泊采用最低水位、平均低水位或设计水位作为深度基准。4)理论深度基准面利用弗拉基米尔斯基提出的方法计算得到的理论上可能出现的最低潮位面。将该潮高表示的最低潮