《海洋测绘技术》课件 第四章 水深测量-（4.3）

海图深度：海洋深度基准面到海底的垂直距离。海图深度=观测深度+仪器改正+声速改正+声束倾斜改正+动吃水改正+水位（潮汐）改正第四章水深测量——水深测量归算观测深度：原始水深观测值。1、仪器改正：信号在仪器内部传播的时间延迟引起的改正， 该改正由观测仪器自动进行。2、声速改正：初始设置的声速与实际声速不同引起的改正。3、声束倾斜改正：声波束不竖直引起的改正。4、动态吃水改正：瞬时换能器到海面的垂直距离。5、水位改正：瞬时海面和深度基准面的差值。海图深度改正第四章水深测量——水深测量归算水深改正第四章水深测量——水深测量归算二、声速改正改正数：真实深度：测量深度：Cp-测深仪设置的常数声速值Cm-真实声速值第四章水深测量——水深测量归算三、声束倾斜改正

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，产生了声束倾斜误差。第四章水深测量——水深测量归算1、船只横摇产生的测深误差测深误差：测深误差的相对误差：第四章水深测量——水深测量归算Alfa-船只横摇角Xita-半波束角横摇导致的测深误差的相对误差345610152030404510.0010.0010.0020.0040.0120.0300.0540.1250.2220.2811.5小值0.0010.0020.0030.0110.0280.0520.1210.2170.27530小值0.0010.0010.0070.0220.0440.1090.2010.2574.500小值小值0.0050.0170.0360.0970.1860.24010000000.0040.0150.0600.1340.181αθ小值-有值，但很小第四章水深测量——水深测量归算Xita越小相对误差越大，所以多波束要进行倾斜改正而单波束不要Alfa越大相对误差越大，所以多波束最外波束的测量误差要大于中间波束的测量误差测深误差处理海底平坦：,将d直接作为P点的深度海底起伏：将d直接作为P1点的深度，则P1与P点的水平距离为

第四章水深测量——水深测量归算2、船只纵摇产生的测深误差测船纵摇产生的测深误差与横摇误差相似，可得到附加深度误差：第四章水深测量——水深测量归算由于船的首尾摇不改变测深的垂直结构，因此，可以不进行该项改正。3、船只首尾摇产生的测深误差第四章水深测量——水深测量归算四、动态吃水改正1、误差产生的原因真实水深应等于换能器到海底的垂直距离加上换能器到船只吃水线的垂直距离，但由于升沉效应的存在使得换能器到船只吃水线的垂直距离不等于船只静止时的已知距离。2、改正方法

1）RTK-GPS动态吃水改正技术第四章水深测量——水深测量归算四、动态吃水改正

1）RTK-GPS动态吃水改正技术

RTK-GPS动态吃水改正技术原理及步骤如下:(1)在工作区域附近(一般不超过15公里)架设RTK基准站。然后在工作区域附近选择一个海底比较平坦的区域(可以直接从海图上判读),从海图上海洋潮汐表中计算出该区域的高平潮或者低平潮的时间。

(2)在高平潮或低平潮到来之前,用RTK-GPS把船只导航到该区域停下，在高平潮或低平潮时间段内，求算出静态时的吃水ΔZ吃。

(3)利用RTK-GPS精确地测量出船上A点的高程Ha。第四章水深测量——水深测量归算四、动态吃水改正(4)当船只航行时,用RTK-GPS分别求出该船在速度为1节、2节、3节、4节、5节,………,时A点的高程H′a,则测船相应升沉改正为:ΔZ生沉=Ha-H′a。此时的真正水深(瞬时水深)为:Z=Z1+ΔZ吃+ΔZ生沉

第四章水深测量——水深测量归算四、动态吃水改正

1）RTK-GPS动态吃水改正技术ΔZ吃ΔZ升沉第四章水深测量——水深测量归算四、动态吃水改正2）利用多普勒测速系统测量船只在垂直方向上的运动速度，将其对时间进行积分求得船只升降的高度。3）利用安装在陀螺平台上的加速度计测定船只在垂直方向上的加速度，对其进行二次积分可求得船只升降的高度。第四章水深测量——水深测量归算关于纵横摇误差和动态吃水改正的总结：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。因此，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。第四章水深测量——水深测量归算为了把实测深度(瞬时水深)正确地归算到统一的深度基准面上，必须对实测水深进行水位改正。水位改正的步骤如下：1、水深测量前，把附近长期验潮站算得的平均海面的高度在新设立的验潮站的水尺上标定出来，从而获得该地深度基准面的位置。2、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将其改正到深度基准面起算的水深。四、水位改正第四章水深测量——水深测量归算

在开阔的深海，测深精度降低，同时海水面潮汐变化减弱，因此实践中对于深于200m的海洋在海水面变化量不显著（测深精度低于海水面变化量）时不需水位归算，实际上对瞬时海水面、平均海水面和海图深度基准面不再加以区别。第四章水深测量——水深测量归算1、短期验潮站平均海水面的确定

只有在长期验潮站才能获得稳定的平均海水面，而长期验潮站不可能以足够高的密度布设。而通常在测量期间布设短期或临时验潮站，在这些验潮站上只能获得短期平均海水面，短期验潮站，是根据局部水域水下地形测量的需要而临时增设的，一般观测一个月的潮位。显然，使用这样短时间的资料来计算平均海面，是不准确的，误差20－50cm。而水位控制所需的稳定海水面基准必须通过传递方法推估得到。传递方法有：水准联测法、同步改正法、线性关系最小二乘拟合法。符号规定：H-高程、h-高差（正值表示）、MSL-平均海水面在水尺上的读数、O-水尺零点、A-长期验潮站、B-短期验潮站、msl-平均海水面、L-长期、S-短期。第四章水深测量——水深测量归算1.水准联测法

第四章水深测量——水深测量归算2.同步改正法

让长期验潮站和短期验潮站同步观测潮汐，求出短期平均海面在两站水位零点以上的高度，然后将长期验潮站多年平均海面转换为短期验潮站的多年平均海面。

第四章水深测量——水深测量归算3、线性关系最小二乘拟合原理：假设长期验潮站与短期验潮站的平均海水面短期平距有比例关系，即△MSLB=k△MSLA

这样的假设与实际情况更为接近，则有：MSLBS=kMSLAS+MSLBL-kMSLAL

令MSLBL=kMSLAL+C

则有：MSLBS=kMSLAS+C

即两站的长期平均海水面与短期平均海水面有相同的线性关系。常数k和C可由最小二乘求得。第四章水深测量——水深测量归算2、水位（潮汐）改正方法第四章水深测量——水深测量归算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。水位改正的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，这在一定区域（验潮站有效范围）内符合潮汐变化规律。2、水位（潮汐）改正方法通常采用的方法：单站改正法线性内插法分带内插法时差内插法第四章水深测量——水深测量归算1.单站水位改正法

第四章水深测量——水深测量归算1.单站水位改正法不同时刻水位站的求法：图解法和解析法，主要是时间维度上的插值。

第四章水深测量——水深测量归算2、线性内插法-空间维度上的插值当测区位于A、B两验潮站之间，且超出两站的有效控制范围，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。第四章水深测量——水深测量归算

分带所依据的假设条件是：两站之间潮波传播均匀，潮高和潮时的变化与其距离成比例。确切地讲，是要求两站间的同相潮时和同潮潮高的变化与距离成比例。

3、分带水位改正法第四章水深测量——水深测量归算两站间潮时的变化与距离成比例两站间潮高变化与距离成比例3）分带改正法C和D测区在A、B观测站的控制范围之外，不能直接利用A、B站的水位观测资料，可根据A、B站的水位观测资料内插出C、D测区的水位曲线。首先使A、B两站的深度基准面重合并绘出A、B两站的水位曲线图；对A、B的水位曲线进行等分内插得到C、D测区的水位曲线。具体方法：（1）计算分带数和每一带控制的距离。（2）分带界线的划分。（3）内插水位曲线。（4）判断测深点落在那个测区内并进行水位改正。第四章水深测量——水深测量归算因此，两站间需分多少带，完全取决于从深度基准面起算的瞬时水面的最大差值，取第四章水深测量——水深测量归算实际作业时，是从水位观测站的同步观测资料或测深时水位观测资料中选出5个～7个较大的值，然后取其平均值计算带数。第四章水深测量——水深测量归算4、时差法

时差法是水位分带改正法的改进。其所依赖的假设条件与水位分带法相同。时差法是运用数字信号处理技术中互相关函数的变化特征，将两验潮站的水位视为信号，这样研究A、B站水位问题就转化为研究两信号波形问题，通过对两信号波形的研究求得两信号的时差，进而求得两验潮站的潮时差，以及待求点相对于验潮站的时差，并通过时间归化，最后求解待定点的水位改正值。第四章水深测量——水深测量归算船速对测深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。而过低的船速将降低测量的效率，而过高的船速将导致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。第四章水深测量——水深测量归算船速对测深的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他效应对测深的影响。例如，动态吃水改正、定位于测深的延时效应、波浪对测深的影响等方面均存在着船速影响的间接效应。第四章水深测量——水深测量归算1.船速对定位间隔的影响《海道测量规范》（1990年）规定水深点的定位中误差应小于图上的1.5mm。在海道测量工作中，根据不同的比例尺，可选用多种方法定位，包括光学仪器交会法定位、全站仪极坐标定位、无线电定位系统圆曲线定位和双曲线定位、卫星定位以及水下声学定位等。第四章水深测量——水深测量归算《海道测量规范》规定，在平坦海区，测深点图上采样间隔为4cm，在复杂海区为3cm，则测深点实地采样间隔为：由于定位系统的采样率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最短定位时间间隔以及测深点实地采样间隔要求来选择合理的航速：第四章水深测量——水深测量归算第四章水深测量——水深测量归算如果定位系统连续定位能力越高，则越小，此时航速可相应提高。但如果随意提高船速追求效率，则会造成定位点间隔加大，甚至导致根本不能定位。而对于DGPS定位系统来说，具有快速的连续定位能力，通常，因此船速问题对于定位点间隔的影响可以不加考虑。但对于全站仪极坐标定位来说，有三个因素制约着它的连续定位能力：数据更新率、追踪目标速率和船速。目前，全站仪的数据更新率约为0.25s~1s，因此，全站仪的连续定位能力主要取决于跟踪目标速率和船速。因此，在测船定位方面，由于DGPS定位系统具有快速连续定位能力，船速的选择几乎没有限制。但对全站仪极坐标定位来说，应考虑