海洋工程测量书籍 -GPS测高技术在海洋深度测量中的应用-海洋工程测量通用规范

⒈ 试验方法

结合部队年度生产作业，按照GB12327-1998《海道测量规范》的要求进行测线布设和海上作业，将采集记录的测量数据分别按GPS测高模式和传统人工验潮模式两种方式处理，对两种模式所获得的数值成果、图件成果进行定性和定量分析，同时将GPS测高模式所获得的数据反推出潮位数据，与验潮站人工观测数据进行比对，从而检核GPS测高模式水深测量技术的正确性，以及所获取测量成果的可靠性、精度及其误差分布特性。

- k6 ]. `7 c2 R. ?3 q

本文海上试验所完成的水深测线轨迹如图3所示。

⒉ GPS测高反推潮位与人工潮位比较分析

根据每一测点处GPS天线的大地高可由下式反推出测点潮位，该推算潮位中包含了测深仪的动态吃水变化。

hi=H-Hop-(ha-测深仪静态吃水)

⑹式中,各符号的含义同式⑶～⑸。

. [$ s+ f2 n8 @; f

图4为海上试验期间8月31日GPS测高推算出的潮位与沙埕、海尾两验潮站人工验潮潮位曲线图。

! h j- g; J* M9 Q: g, N: p

同时，我们对8月30日、31日、9月2日这三天由两种方法计算的潮位数据进行了数值比较分析，其结果列于下表。

D, i d( Z$ C$ }# n3 l; D

表1 GPS测高反推的潮位与人工验潮值的比较结果

日期/时段

最大互差(m)

最小互差(m)

" T% J8 d. Q; G6 }0 _0 d# i

平均差(m)

& K1 F6 [: J5 @

均方差(m)

标准差(m)

X S* O- D- V) r

8月30日

. q+ R% t7 p# f3 w* A' F% x: L9 m( _

0.506

-0.017

/ j) }' {) ^% x* ]; N- o

0.182

0.194

0.068

2 @" y3 m3 R) a3 k

8月31日

. k2 A/ E* i, e$ o6 k

0.468

6 x4 O: A# H3 ~8 t9 L7 N

-0.094

0.101

5 C+ O) d" U& f, Q9 {6 @6 p

0.172

# M8 r! H/ h9 r5 z/ @" {

0.139

9月02日

' J: k; o4 c* N7 B4 b) a

0.434

' \8 D$ V7 a& \! r3 t& o' ~/ a2 w

-0.052

0.186

3 q1 t( ]1 N4 Q6 x: _0 {8 r; ~

0.197

5 _* {) V, c: [$ ]4 w+ n" P' k

0.065

! ^/ ?# _3 D7 Q0 q

/ O7 e! ]* Z+ f: X, g2 p- ^9 Y

从图4及表1可知，由GPS测高数据反推出的潮位曲线与两验潮站的人工验潮曲线总体上一致，但由于测区位于两验潮站中间，在理论上测高曲线应该位于两验潮站潮位曲线中间，而实际上与理论曲线相比存在10～18cm的系统差，根据有关文献的研究结果，这正是船只的动态吃水及涌浪等因素可能造成的影响量值，这也从另一个侧面说明，基于高精度GPS测高的水深测量作业模式能够有效地消除船只动态吃水等因素对水深测量成果的影响。

⒊ GPS测高作业模式与传统作业模式内符合精度及精度分布规律比较

本次海上试验，上半测区航道水深变化比较剧烈，下半测区水深变化比较平缓，因此我们将试验数据分成两个区块进行数值分析比较，数值分析的主要方法是：通过计算主检测线交叉点水深不符值的统计规律来进行。

1 s& w' n9 ~+ M+ q$ t

按GPS测高模式处理得到的上半部测区主检测线交叉点不符值分布规律见表2。

. Y0 S1 u6 z2 U

表2 GPS测高模式处理的上半部测区主检测线不符值分布规律统计表

4 N% ] f! M( A6 _% H* T8 B" t

不符值范围

点数

7 E; p' ~9 u& O# J% e9 `

所占比例

" C" I& U5 O$ I) W* ^0 e; Q8 y6 U

0.0≤|dh|≤0.1

- {/ k) s( ?' e- E. ~

119

35.20%

7 a. y4 j( h/ t8 O- r3 A1 ~

0.1<|dh|≤0.2

3 M. v4 q( E3 s# v: ]- S/ t

63

$ t9 I7 T' K' j2 F( N

18.64%

; k, T$ x3 c) L2 P; _1 ^

0.2<|dh|≤0.3

* K, c2 |7 {5 s* Q

51

/ l: l$ V' x3 V+ w4 M9 O6 H; H( C/ s

15.09%

% k6 `4 ^- K. |- x

0.3<|dh|≤0.4

38

11.24%

0.4<|dh|≤0.5

; n; ]2 n+ m4 C$ ^ S

22

6.51%

1 T }, |$ c& b1 k

0.5<|dh|≤1.0

, P) G* `: H9 o" Y' W

29

0 w) J( R5 i y: U

8.58%

1.0<|dh|≤2.0

& @1 \$ n) t+ _

15

4.44%

" e. {( M7 ]& A/ [ @9 s: F3 f/ o

2.0<|dh|

1

9 s( s. b# j8 S( |2 H' d

0.30%

合计

338

100%

6 M7 N5 m" ? v3 ` f

) g8 x. E3 d& {; j$ d

GB12327-1998《海道测量规范》规定，对主检测线交叉点不符值进行系统误差及粗差检验，其主、检不符值限差为：水深0～20m时为0.5m；水深20～30m时为0.6m；水深30～50m时为0.7m；水深50～100m时为1.5m；水深大于100m时为水深的3%。同时还规定超限的点数不得超过参加比对总点数的15%。从上面的主检测深线深度比较表可知，按GPS测高模式获得的上半部测区水深成果完全满足GB123217-1998《海道测量规范》的质量要求。

* p( w' p' {1 N' A3 c

采用沙埕、海尾两验潮站潮位数据，按传统作业模式处理得到的上半部测区主检测线交叉点水深不符值分布规律见表3。

" Y, J1 @9 b* q5 l

表3 传统作业模式处理的上半部测区主检测线不符值分布规律统计表

- m9 O, S* {/ _# z# Y, Z: X; U4 V

不符值范围

! q, [2 O( T9 I% H

点数

% V* ~4 \; e( {4 [8 y) B

所占比例

0.0≤|dh|≤0.1

; s5 X3 \2 R- I" i, k

115

34.02%

0.1<|dh|≤0.2

64

18.93%

0.2<|dh|≤0.3

59

17.46%

' s& X- \3 f& f M/ Q/ O

0.3<|dh|≤0.4

# P$ u# U; `) S* @$ S& I

35

10.36%

, S5 \3 m k5 a! D4 C/ T

0.4<|dh|≤0.5

17

5 f @7 e* ~8 ~$ b

5.03%

& g; b p* q1 x4 n/ x- C

0.5<|dh|≤1.0

34

10.06%

1.0<|dh|≤2.0

. @& ]8 f4 v* o0 Y$ \

13

& X1 D; ]4 ]1 v0 @7 m

3.84%

; i% ~9 j+ d5 Q8 j& G- f1 ]5 m) |7 D

2.0<|dh|

5 O4 b! g$ o4 @) V5 Y l' U% k5 V

1

0.30%

1 ]3 E' h0 W' e9 y! R1 e

合计

338

100.00%

9 k& ^! J n, {

按GPS测高模式处理得到的下半部测区主检测线交叉点不符值分布规律见表4。

表4 按GPS测高模式处理的下半部测区主检测线不符值分布规律统计表

8 G* I) [- k. B- N" }

不符值范围

; w1 o( }2 f% {9 V! {* {2 o

点数

6 Y( M% ?( k. P0 i2 a

所占比例

0.0≤|dh|≤0.1

% j) J& |% l+ C4 j$ ~

59

59%

0.1<|dh|≤0.2

27

27%

. |0 _0 K9 g* P3 ]

0.2<|dh|≤0.3

9

. ~* A, g. g6 h2 z( [

9%

0.3<|dh|≤0.4

9 g. F9 d( i0 w2 O

4

4%

0.4<|dh|≤0.5

0

0%

0 s! s" [/ a2 I2 e6 r& B; D: I

0.5<|dh|≤1.0

5 a9 _: t) i7 Q0 K* w. Y

1

1%

- P/ _" P2 u4 E! C( S/ C

1.0<|dh|≤2.0

0

5 A5 j0 W. n! Y. G( G

0%

- E3 m3 o) b2 _6 S! w' g4 ^1 B1 [

2.0<|dh|

$ K6 R3 T: R. n; ~. u5 g3 B5 w

0

+ Z" `7 u+ O* t5 C; i% l6 T

0%

合计

100

0 V; ]! _3 P! K* ^! B

100%

' t* L$ g p, D. `) X

采用沙埕、海尾两验潮站潮位数据，按传统作业模式处理得到的下半部测区主检测线交叉点水深不符值分布规律见表5。

表5 按传统作业模式处理的下半部测区主检测线不符值分布规律统计表

4 N; K+ g7 D' v, W7 J0 c; i

不符值范围

- i- @# J0 K7 S, x; F

点数

所占比例

* B/ \# G6 w+ S! w+ c

0.0≤|dh|≤0.1

52

52%

0.1<|dh|≤0.2

3 `* P# ^0 d2 ?1 P

30

# B2 p) S3 n! j2 t! ^9 G. X" g

30%

8 C1 H& l9 `0 X& a' [* j/ |, _

0.2<|dh|≤0.3

11

! l; F' v9 \9 J6 }% ?$ P

11%

0.3<|dh|≤0.4

3 F0 R; s7 s V& j! y1 l

6

6%

0.4<|dh|≤0.5

0

0%

( V4 S; M, p' X3 p

0.5<|dh|≤1.0

9 A; F! o& n* ?4 K" m6 e5 }

1

1%

1.0<|dh|≤2.0

0

0%

2.0<|dh|

0

0%

合计

100

100%

: w R, q6 s" V8 w* g, t: j

! y1 ^ g- v/ ?: ?) w

根据表2～表5的统计分析，我们可以得出如下结论：GPS测高作业模式获得的水深成果，其内符合精度与传统作业模式获得的水深测量成果内符合精度相当，而且两种作业模式得到的测量成果交叉点不符值的统计规律一致，这充分证明了基于GPS测高的水深测量作业模式原理的可靠性。

% ]" `; R a6 i7 p

⒋ GPS测高作业模式与传统作业模式成果图外部检核比较

为了便于比较，我们在进行图形显示时，有意将测高处理数据的水深成果注记进行了移位，实质上两套成果的测点坐标是重合的。见图5～6。

图5中，红色为传统作业模式成果，黑色为GPS测高作业模式成果，等值线间隔为0.5m，很显然，传统作业模式处理的水深成果普遍浅于GPS测高作业模式处理获得的水深成果。

& C: Y/ A) {4 g* g/ o; D

图5 GPS测高作业模式成果与传统作业模式成果局部比较图

4 W- S1 x3 `: D# u

图6 两种处理方式得到的水深成果的叠加等值线图

我们对8月30日、8月31日、9月2日三天的测量数据，将传统作业模式处理得到的成果与GPS测高作业模式处理得到的成果进行了全面比较，其比较结果列于表6。

# y0 M( o$ ]. k2 q) T

表6 GPS测高作业模式与传统作业模式处理的水深成果比较

日期

) a; T" w( K0 h4 P

最小差(m)

5 n% L8 C: k: q

(传统-GPS)

最大差(m)

(传统-GPS)

平均差(m)

(传统-GPS)

& i# P8 k8 e N7 ]. P

均方差(m)

标准差(m)

/ ~& g4 L6 x( e) ]3 S$ j

比较测点数

8月30日

-0.430

0.346

; u3 T1 h0 Y, k& H6 w

-0.1640

0.1801

0.0527

7443

8月31日

5 l6 D( {7 j2 e

-0.744

0.268

-0.0702

: J5 |/ E& e9 ?, _0 a" R

0.0970

0 J2 Q# C* f/ p- i

0.0473

5091

# N4 o Q$ F' X# {$ Q/ R

9月2日

: I, t- L. |# x/ {. \

-0.323

0.397

-0.0977

0.1217

0.0513

9 Y0 _6 D2 r" [, u _

5750

4 U# B% t3 h$ }2 z& e1 R+ Y

5 X2 h# a4 G" I7 n# M9 r

从表6可知，按GPS测高作业模式获得的成果水深与传统作业模式获得的成果水深存在7～16cm的系统偏差，如前所述，该系统差主要是由传统作业模式不能准确完成测量船动态吃水改正引起的。

& x4 B- R6 n- E m) J0 W# {: S0 v " @% k( z, u X6 q# j# P * |8 w# K+ t' r* o4 I3 K ! t f) ~9 w; }8 A- C' p