水下地形测绘中潮位改正误差分析

吴春节，许建宣，王智明

(宁波市测绘设计研究院，浙江 宁波 315042)

1 引 言

随着海洋科学的持续发展，人类逐渐向海洋索取更多的自然资源、空间资源、能源以及航运的便利等等，为了合理规划利用海洋资源，以防止对海洋资源的不合理的利用与开发，做到对海洋的可持续规划利用，海洋地理信息服务必须跟进。海洋基础地理信息的建立是促进海洋经济发展的一项基础性和公益性事业。海洋地理信息建立的基础工作就是水深测量，海洋测量是在测量船上以瞬时海面作为参考面进行的测量活动，受到海洋潮汐的周期性影响，所以必须对测深值进行潮汐改正。潮位改正的方法主要有单站改正、两站改正和多站改正。

浙江沿海的潮汐振动主要是由太平洋潮波引起的谐振动。来自西北太平洋的潮波传经琉球群岛岛间水道，以几乎平行的行波形式进入东中国海，然后沿西北偏西方向进入浙江沿海［1］。宁波南部海域的东侧无影响潮波传播的较大岛屿，潮汐类型为非正规半日潮，潮流基本呈往复流，潮波传播较均匀。验潮站的布设与潮位控制比较易于操作。

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［2～5］。

测区范围如图1 所示，测区东西长约37 km，南北长约31 km，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18 m。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。

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。

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

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55 cm，最大潮时差为75 min，满足《海道测量规范》(GB 12327－1998)关于验潮站布设:“验潮站布设的密度应能控制全测区的潮汐变化，相邻验潮站之间的距离应满足最大潮高差不大于1 m，最大潮时差不大于2 h，潮汐性质基本相同”的规定［6］。

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39 cm，最大潮时差为50 min，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55 cm，最大潮时差为75 min，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54 km，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10 km。作业期间3 号站与4 号站最大潮高差为42 cm，最大潮时差为45 min，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:

镜像区域不同验潮站改正后水深值差值统计表 表3

(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12.2 cm，且98.64%的差值都小于10 cm，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15.6 cm，且96.88%的差值都小于10 cm，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 ±13.4 cm 和 ±14.0 cm，均小于规定的±20 cm。

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

随着海洋测绘中验潮仪器的发展，外海布设验潮仪也变得方便易行。在沿海岸线易于布设验潮仪的位置布设验潮仪的同时也应对外海潮汐进行观测，采用外推与内插相结合的潮位改正模式提高潮位改正精度。

［1］陈倩．浙江近海潮汐潮流的三维数值模拟［D］．杭州:浙江大学，2002．

［2］王征，桑金，王骥．海洋潮位推算在水深测量中的应用［J］．海洋测绘，20121，22(2):3～8．

［3］许军，刘雁春，暴景阳等．基于余水位的水位粗差探测与数据修复［A］．中国测绘学会海洋测绘专业委员会第二十一届海洋测绘综合性学术研究讨论会论文集［C］．2009:87～89．

［4］方国洪，郑文振，陈宗镛等．潮汐和潮流的分析和预报［M］．北京:海洋出版社，1986．

［5］吴昊，田春和．基于余水位的潮位实时推算系统［J］．水道港口，2011，32(6):445～448．

［6］GB 12327－1998．海道测量规范［S］．