论文部分内容阅读
[摘 要]海洋测绘是一项非常复杂的工作，其因为选取的基准面不同结果也会不同。所以想本文主要分析了海洋测绘当中的多个垂直基准面之间的关系和海洋测绘垂直基准应当如何建立和转换，并且提出一定的建议，希望可以为海洋测绘工作提供参考。
[关键词]海洋测绘；垂直基准；转化
中图分类号：TE239 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0340-01
引言
沿海水深的测量、近海水深的测量和海岸地形的测量在垂直方向上均设计到了基准面的问题，目前海洋测绘工作汇中所使用的基准面有2000国家大地坐标系、参考椭球面、1985国家高程基准、大地水准面、深度基准面和平均海面等。当前的海岸地带的地形测量和水深测量都采用的是不同的垂直基准面，所以所测得的数据也就不同。这就需要将测量成果的数据通过一定的转换方式达到统一基准，才能够将所有的测量数据成果无缝的拼接和合成，进而形成一幅完整的海洋测绘图。
1 海洋测绘垂直基准面之间的关系
目前GPS是海洋测量的主要定位手段之一。通常海洋测量作业过程及测量成果主要涉及的各种垂直基准面之间的关系见图1。
图1中，H0為GPS天线至WGS 84参考椭球面的垂直距离，即GPS大地高；H1为平均海面至WGS 84参考椭球面的垂直距离，即平均海面大地高；H2为换能器表面至海底的垂直距离，即测深仪器记录的瞬时水深；H3为GPS天线至换能器表面的垂直距离，在补偿各种姿态变化后可认为H3为常量；H4为海底至WGS 84参考椭球面的垂直距离，即海底声纳信号反射面的大地高；ξ为平均海面至大地水准面的垂直距离，即海面地形；N为大地水准面至WGS 84参考椭球面的垂直距离，即大地水准面差距；L为从平均海面起算的理论深度基准面的数值；h为深度基准面至海底声纳信号反射面的垂直距离，即海图水深。
2 海洋测绘垂直基准的建立和转换
2.1 水准联测法
采用几何水准测量的方法，按照国家三、四等水准测量要求，直接联测1985国家高程系的水准点至验潮站主要水准点（或工作水准点）的高差x，根据下式计算得到该验潮站平均海面的高程△h：
式中，△H通过常规测量方法可以得到。
2.2 固定点比较法
就是在以当地平均海面为高程基准面的海图上和以1985国家高程基准为高程基准面的同一海区的现行的海图上，找到共同的陆上固定点，求取固定点在采用不同高程基准面的两幅图上的高程差。为提高精度和可靠性，在两幅图上，应选择一定数量的固定点分别计算，对计算结果进行相互校核和验证，然后选择其中最可靠的点取平均值作为h0。另外，有時还要遇到1956黄海高程系的高程基准问题，因为有时要用到近代历史沿用海图和陆图，此类海图和陆图的高程基准大多采用黄海平均海面为高程基准，所以在采用该方法时，要顾及到这一点。
2.3 潮信资料法
将当地的平均海面作为高程基准，再将海图上所记载的验潮站大潮升数减去平均的海面数值，以此便可以得到当地的平均海面起算的平均大潮高潮面的高度，再利用2000国家大地坐标系的现行海图上所记载的同一验潮站的大潮升数值减去平均海面数值，便可以得到2000国家大地坐标系的高程基准起算的平均大潮高潮面的高度。利用以上的两个大潮平均高潮面的高度所得差便是△h。在计算△h时还需要了解海图的历史和出版年份，务必认真核对海图中所采用的高程基准是否准确；如果海图上记载了多个验潮站的潮信资料，则需要分别将所有验潮站的资料进行计算，将计算所得结果进行校验，核算，选取最可靠的平均值。
3 海洋无缝垂直基准体系建立的措施
3.1 分析不同潮汐特点
海洋无缝垂至基准标准体系与潮汐密切相关，然而由于我国领海广阔，各海区潮汐性质和海况不尽相同，因此应分别选取适宜的无缝垂直基准面。目前已有适用于局域的无缝垂直基准，但适用的无缝垂直基准也会有相应的差别。因此，针对不同海区的潮汐性质和海况可借鉴已有研究基础的思路，分别确定适宜各海域的无缝垂直基准面，促进海洋无缝垂至基准体系的建立。
3.2 建立无缝垂直基准面间的转换模型
利用某一无缝垂直基准面作为桥梁就要正确描述两个垂直参考面之间的相互关系，一般将连续的深度基准面与椭球面的垂直偏差采用的模型通常称为垂直偏差模型或分离模型，作为无缝垂直基准面，两者均具有相对的含义。深度基准面可简记为L值模型，深度基准面的大地高模型标识的相对平均海面的垂直偏差模型即深度基准值模型，是深度基准面和地球椭球面之间的偏差模型，在不致含义混淆的情况下也可以将其简称为深度基准面分离模型或偏差模型即可构建垂直基准面间的转换模型。
3.3 建立临界海域的过渡模型
不同海域有适应其自身特点的无缝垂直基准面，但是由于受潮汐特点的影响，各个基准面相互离散。基准面的离散会对无缝垂直基准面交界处的连续性产生影响，因此，可在临界区域借鉴距离加权法进行数据分析，得到最理想的过渡模型，从而将离散的多个无缝垂直基准面，并联接为一个连续无缝的垂直基准体系。
3.4 选择垂直基准的精度评定方法
垂至基准的精度评定方法就是利用各基准的计算公式，对海域任意地点的连续无缝深度基准面和其他垂直基准面进行精度评价。这种评定方法可以以网格化潮汐模型作为基础。由于各个基准面的选取随着潮汐特点的不同也不同，因此，在选取垂至基准的精度评定方法时，也要根据各个基准面的特点，科学合理地选取评定方式，确保精度评定结果的准确性。
结束语
综上所述，海洋测绘垂直基准能够检测海岸地带的地形、沿海水深和近海水深的测量技术，这也就代表海洋测绘垂直基准是目前现代大地测量基准的一项重要“成员”。想要将2000国家大地坐标系作为海平面模型，就必须实现海岸地区的垂直基准转换技术，利用水准联测法、固定点比较法或者潮信法对△h进行测量，通过多种测量方法的计算，精确地确定平均海面高度△h。利用准确、完善和可拼接的高程基准给海岸经济的开发提供保障。
参考文献
[1] 许家琨，申家双，缪世伟，黄辰虎.海洋测绘垂直基准的建立与转换[J].海洋测绘，2011，01：4-8.
[2] 许文彬.垂直基准在海洋测绘中的建立和转换[J].中国新技术新产品，2016，16：119-120.
[3] 许文彬.垂直基准在海洋测绘中的建立和转换[A].福建省海洋学会、福建省水产研究所.福建省海洋学会2016年学术年会论文摘要集[C].福建省海洋学会、福建省水产研究所，2016：1.
[关键词]海洋测绘；垂直基准；转化
中图分类号：TE239 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0340-01
引言
沿海水深的测量、近海水深的测量和海岸地形的测量在垂直方向上均设计到了基准面的问题，目前海洋测绘工作汇中所使用的基准面有2000国家大地坐标系、参考椭球面、1985国家高程基准、大地水准面、深度基准面和平均海面等。当前的海岸地带的地形测量和水深测量都采用的是不同的垂直基准面，所以所测得的数据也就不同。这就需要将测量成果的数据通过一定的转换方式达到统一基准，才能够将所有的测量数据成果无缝的拼接和合成，进而形成一幅完整的海洋测绘图。
1 海洋测绘垂直基准面之间的关系
目前GPS是海洋测量的主要定位手段之一。通常海洋测量作业过程及测量成果主要涉及的各种垂直基准面之间的关系见图1。
图1中，H0為GPS天线至WGS 84参考椭球面的垂直距离，即GPS大地高；H1为平均海面至WGS 84参考椭球面的垂直距离，即平均海面大地高；H2为换能器表面至海底的垂直距离，即测深仪器记录的瞬时水深；H3为GPS天线至换能器表面的垂直距离，在补偿各种姿态变化后可认为H3为常量；H4为海底至WGS 84参考椭球面的垂直距离，即海底声纳信号反射面的大地高；ξ为平均海面至大地水准面的垂直距离，即海面地形；N为大地水准面至WGS 84参考椭球面的垂直距离，即大地水准面差距；L为从平均海面起算的理论深度基准面的数值；h为深度基准面至海底声纳信号反射面的垂直距离，即海图水深。
2 海洋测绘垂直基准的建立和转换
2.1 水准联测法
采用几何水准测量的方法，按照国家三、四等水准测量要求，直接联测1985国家高程系的水准点至验潮站主要水准点（或工作水准点）的高差x，根据下式计算得到该验潮站平均海面的高程△h：
式中，△H通过常规测量方法可以得到。
2.2 固定点比较法
就是在以当地平均海面为高程基准面的海图上和以1985国家高程基准为高程基准面的同一海区的现行的海图上，找到共同的陆上固定点，求取固定点在采用不同高程基准面的两幅图上的高程差。为提高精度和可靠性，在两幅图上，应选择一定数量的固定点分别计算，对计算结果进行相互校核和验证，然后选择其中最可靠的点取平均值作为h0。另外，有時还要遇到1956黄海高程系的高程基准问题，因为有时要用到近代历史沿用海图和陆图，此类海图和陆图的高程基准大多采用黄海平均海面为高程基准，所以在采用该方法时，要顾及到这一点。
2.3 潮信资料法
将当地的平均海面作为高程基准，再将海图上所记载的验潮站大潮升数减去平均的海面数值，以此便可以得到当地的平均海面起算的平均大潮高潮面的高度，再利用2000国家大地坐标系的现行海图上所记载的同一验潮站的大潮升数值减去平均海面数值，便可以得到2000国家大地坐标系的高程基准起算的平均大潮高潮面的高度。利用以上的两个大潮平均高潮面的高度所得差便是△h。在计算△h时还需要了解海图的历史和出版年份，务必认真核对海图中所采用的高程基准是否准确；如果海图上记载了多个验潮站的潮信资料，则需要分别将所有验潮站的资料进行计算，将计算所得结果进行校验，核算，选取最可靠的平均值。
3 海洋无缝垂直基准体系建立的措施
3.1 分析不同潮汐特点
海洋无缝垂至基准标准体系与潮汐密切相关，然而由于我国领海广阔，各海区潮汐性质和海况不尽相同，因此应分别选取适宜的无缝垂直基准面。目前已有适用于局域的无缝垂直基准，但适用的无缝垂直基准也会有相应的差别。因此，针对不同海区的潮汐性质和海况可借鉴已有研究基础的思路，分别确定适宜各海域的无缝垂直基准面，促进海洋无缝垂至基准体系的建立。
3.2 建立无缝垂直基准面间的转换模型
利用某一无缝垂直基准面作为桥梁就要正确描述两个垂直参考面之间的相互关系，一般将连续的深度基准面与椭球面的垂直偏差采用的模型通常称为垂直偏差模型或分离模型，作为无缝垂直基准面，两者均具有相对的含义。深度基准面可简记为L值模型，深度基准面的大地高模型标识的相对平均海面的垂直偏差模型即深度基准值模型，是深度基准面和地球椭球面之间的偏差模型，在不致含义混淆的情况下也可以将其简称为深度基准面分离模型或偏差模型即可构建垂直基准面间的转换模型。
3.3 建立临界海域的过渡模型
不同海域有适应其自身特点的无缝垂直基准面，但是由于受潮汐特点的影响，各个基准面相互离散。基准面的离散会对无缝垂直基准面交界处的连续性产生影响，因此，可在临界区域借鉴距离加权法进行数据分析，得到最理想的过渡模型，从而将离散的多个无缝垂直基准面，并联接为一个连续无缝的垂直基准体系。
3.4 选择垂直基准的精度评定方法
垂至基准的精度评定方法就是利用各基准的计算公式，对海域任意地点的连续无缝深度基准面和其他垂直基准面进行精度评价。这种评定方法可以以网格化潮汐模型作为基础。由于各个基准面的选取随着潮汐特点的不同也不同，因此，在选取垂至基准的精度评定方法时，也要根据各个基准面的特点，科学合理地选取评定方式，确保精度评定结果的准确性。
结束语
综上所述，海洋测绘垂直基准能够检测海岸地带的地形、沿海水深和近海水深的测量技术，这也就代表海洋测绘垂直基准是目前现代大地测量基准的一项重要“成员”。想要将2000国家大地坐标系作为海平面模型，就必须实现海岸地区的垂直基准转换技术，利用水准联测法、固定点比较法或者潮信法对△h进行测量，通过多种测量方法的计算，精确地确定平均海面高度△h。利用准确、完善和可拼接的高程基准给海岸经济的开发提供保障。
参考文献
[1] 许家琨，申家双，缪世伟，黄辰虎.海洋测绘垂直基准的建立与转换[J].海洋测绘，2011，01：4-8.
[2] 许文彬.垂直基准在海洋测绘中的建立和转换[J].中国新技术新产品，2016，16：119-120.
[3] 许文彬.垂直基准在海洋测绘中的建立和转换[A].福建省海洋学会、福建省水产研究所.福建省海洋学会2016年学术年会论文摘要集[C].福建省海洋学会、福建省水产研究所，2016：1.