水下地形測(cè)繪的要求和處理

1、水下地形測(cè)繪的要求和處理本章主要內(nèi)容： 1、水下地形測(cè)繪精度要求與技術(shù)設(shè)計(jì) 2、測(cè)點(diǎn)平面位置的測(cè)定 3、水深測(cè)量 4、水位觀測(cè)與水位改正 5、水深測(cè)量數(shù)據(jù)處理與成圖水下地形測(cè)繪的目的： （1）建設(shè)現(xiàn)代化的深水港，開(kāi)發(fā)國(guó)家深水岸段和沿海、河口及內(nèi)河航段，已建港口回淤研究與防治等需要高精度的水下地形圖。 （2）在橋梁、港口碼頭以及沿江河的鐵路、公路等工程的建設(shè)中也需要進(jìn)行一定范圍的水下地形測(cè)量。 （3）海洋漁業(yè)資源的開(kāi)發(fā)和海上養(yǎng)殖業(yè)等都需要了解相關(guān)區(qū)域的水下地形。 （4）海洋石油工業(yè)及海底輸油管道、海底電纜工程和海底隧道以及海底礦藏資源的勘探和開(kāi)發(fā)等，更是離不開(kāi)水下地形圖。續(xù) （5）江河湖泊及水庫(kù)

2、區(qū)域的防洪、灌溉、發(fā)電和污染治理等離不開(kāi)水下地形圖這一基礎(chǔ)資料。 （6）在軍事上，水下潛艇的活動(dòng)、近海反水雷作戰(zhàn)兵力的使用、戰(zhàn)時(shí)登陸與抗登陸地段的選擇等，其相關(guān)區(qū)域的水下地形圖使作戰(zhàn)指揮人員關(guān)心的資料。 （7）從科學(xué)研究的角度上看，為了確定地幔表層及物質(zhì)結(jié)構(gòu)、研究板塊運(yùn)動(dòng)、探討海底火山爆發(fā)與海嘯等，也需要水下特殊區(qū)域的地形圖。 （8）為了進(jìn)行國(guó)與國(guó)之間的海域劃界工作，高精度的海底地形圖是必備的。 3-1 精度要求與技術(shù)設(shè)計(jì)一、精度要求 由測(cè)點(diǎn)的測(cè)深精度和定位精度決定。測(cè)深精度目前有海道測(cè)量規(guī)范、海洋工程地形測(cè)量規(guī)范水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范、IHOS-44等標(biāo)準(zhǔn)。下表為1999年版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)海道測(cè)量規(guī)范規(guī)

3、定的深度測(cè)量極限誤差。測(cè)深范圍Z/m極限誤差/m0Z200.320Z300.430Z500.550Z1001.0Z100Z 2%國(guó)際海道測(cè)量組織 IIHO國(guó)際海道測(cè)量組織 , 對(duì)于定位精度的要求，通常是根據(jù)測(cè)圖比例尺和項(xiàng)目的特定要求來(lái)規(guī)定，基本要求應(yīng)滿足下表規(guī)定：定位中心應(yīng)盡可能與測(cè)深中心一致，當(dāng)二者之間的水平距離不大于定位精度要求的1/2時(shí)，應(yīng)將定位中心歸算到測(cè)深中心。 測(cè)圖比例尺 定位點(diǎn)點(diǎn)位中誤差 圖上限差/mm1：200 1：500 2.0 1：5000 1.5 1：5000 1.0 主測(cè)線與檢查線的重合點(diǎn)水深值比對(duì)是檢查水深測(cè)量的主要指標(biāo)。主測(cè)線、檢查線點(diǎn)位圖上距離1.0 mm內(nèi)的重合

4、深度點(diǎn)深度不符值限差規(guī)定見(jiàn)下表，當(dāng)超限的點(diǎn)數(shù)超過(guò)參加比對(duì)點(diǎn)總數(shù)的25%，或圖幅拼接的點(diǎn)位水深比對(duì)超限時(shí)應(yīng)重測(cè)。水 深 （m）深度比對(duì)互差（m）200.4200.02 水深值二、技術(shù)設(shè)計(jì) （一）實(shí)地勘察 主要了解測(cè)區(qū)的社會(huì)情況、自然地理、水文氣象、交通運(yùn)輸、物資器材供應(yīng)、測(cè)船工作及生活條件、測(cè)船停靠碼頭及避風(fēng)錨泊條件、測(cè)區(qū)已知控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)情況（位置、標(biāo)志類型、保存情況）、水位觀測(cè)站站位和設(shè)站條件等等。 （二）制定技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)（包技術(shù)說(shuō)明書(shū)和圖表） 技術(shù)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容有：任務(wù)的來(lái)源、性質(zhì)、技術(shù)要求，測(cè)區(qū)的自然地理特點(diǎn)，技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)及原有測(cè)量成果的采用情況；控制點(diǎn)的等級(jí)、標(biāo)石類型及數(shù)量、水深測(cè)量圖幅、

5、測(cè)深面積及障礙物的大致分布情況；作業(yè)所需的各種主要儀器設(shè)備、器材、船只類型及數(shù)量；根據(jù)測(cè)區(qū)地理氣象及裝備條件，確立的不同測(cè)區(qū)的作業(yè)效率測(cè)量作業(yè)的工作量、作業(yè)天數(shù)及時(shí)間安排；技術(shù)人員選定及分工；作業(yè)方法及注意事項(xiàng)，以及一些具體技術(shù)指示等。 技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)圖表內(nèi)容有：控制測(cè)量設(shè)計(jì)圖應(yīng)標(biāo)出已知點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)的位置、名稱和等級(jí)；水準(zhǔn)測(cè)量起點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)的名稱、聯(lián)測(cè)路線、測(cè)量等級(jí)等；水深測(cè)量設(shè)計(jì)圖應(yīng)標(biāo)出測(cè)區(qū)范圍、測(cè)圖分幅編號(hào)、比例尺、水位觀測(cè)站名稱和位置及附近重要城鎮(zhèn)和道路的名稱；海岸地形測(cè)量設(shè)計(jì)圖應(yīng)標(biāo)明測(cè)量比例尺及實(shí)測(cè)、修測(cè)范圍；附表包括技術(shù)說(shuō)明書(shū)中各種統(tǒng)計(jì)表格等。（三）測(cè)線布設(shè) 主要考慮測(cè)線間距和測(cè)線方向。 測(cè)

6、深線間的距離大小應(yīng)顧及測(cè)區(qū)的重要性、水底地貌特征和水深等因素。對(duì)于單波束水深測(cè)量來(lái)說(shuō)，測(cè)線間最大距離要求見(jiàn)下表： 測(cè) 區(qū)圖上測(cè)線間距/mm 沿 海1020內(nèi) 河重點(diǎn)水域1015一般水域1520 測(cè)線方向的布置對(duì)采用單波束測(cè)深儀或是多波束測(cè)深儀是不同的。原則上，采用單波束測(cè)深儀時(shí)，主測(cè)線應(yīng)垂直等深線方向布設(shè)；采用多波束測(cè)深儀時(shí)，主測(cè)線應(yīng)大致平行于等深線方向布設(shè)。 為了檢查測(cè)深與定位是否存在系統(tǒng)誤差或粗差，衡量測(cè)量成果的質(zhì)量，需要布設(shè)檢查線，檢查線應(yīng)與主測(cè)線垂直，分布均勻，分布在較平坦處，檢查線一般應(yīng)占主測(cè)線總長(zhǎng)的5%10%。3-2 水下測(cè)量點(diǎn)的平面定位方法一、經(jīng)緯儀前方交會(huì)定位 兩臺(tái)經(jīng)緯儀同時(shí)照

7、準(zhǔn)目標(biāo)、且與水深測(cè)量同步。二、經(jīng)緯儀后方交會(huì)定位 適合水速較小、測(cè)圖比例尺較小。 三、全站儀定位 直接由岸上全站儀測(cè)定目標(biāo)（測(cè)船）的平面位置，與水深測(cè)量同步。續(xù)四、GPS定位 （一）單點(diǎn)定位 定位精度為幾米到幾十米，適合小比例尺水下地形圖的測(cè)繪； （二）差分GPS定位（DGPS）-Differential GPS DGPS系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)臺(tái)（基準(zhǔn)站）的GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理與傳輸設(shè)備以及移動(dòng)站GPS接收機(jī)組成。隨著測(cè)船與基準(zhǔn)站距離的增加誤差增大1cm/km(非實(shí)時(shí))（三） RBN-DGPS定位 RBN-DGPS就是Radio Beacon Differential GPS 該系統(tǒng)需設(shè)多個(gè)基準(zhǔn)站，

8、以構(gòu)成基準(zhǔn)站網(wǎng)，也稱局域DGPS（LADGPSLocal Area DGPS）。系統(tǒng)利用無(wú)線電標(biāo)臺(tái)站向移動(dòng)臺(tái)播發(fā)差分改正信息，移動(dòng)臺(tái)用此信息對(duì)其接收的GPS定位信息進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，以確定其精確位置。 目前，由交通部在我國(guó)沿海建立的RBN-DGPS定位系統(tǒng)可以覆蓋我國(guó)近岸向海約400km，向陸地約100km的范圍，定位精度約25m。（四）WADGPS定位 DGPS定位的精度隨移動(dòng)站與基準(zhǔn)站距離的增加而降低，LADGPS定位系統(tǒng)在覆蓋范圍內(nèi)精度較均勻，但在覆蓋區(qū)域以外，系統(tǒng)也難以保證更高定位精度要求的測(cè)量工作。WADGPS（Wide Area DGPS）廣域差分GPS定位系統(tǒng)是一種覆蓋范圍更廣的精密

9、定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)站、主站、數(shù)據(jù)鏈和用戶設(shè)備組成。一般的DGPS提供給用戶的是一組偽距或坐標(biāo)改正數(shù)，而WADGPS提供給用戶的改正數(shù)是每顆可見(jiàn)GPS衛(wèi)星的衛(wèi)星星歷和鐘差改正數(shù)，以及電離層延遲參數(shù)。 在WADGPS覆蓋區(qū)域內(nèi)，改正數(shù)的精度比較均勻，可達(dá)到亞米級(jí)或更高的定位精度。（五）GPS RTK定位 GPS RTK定位是一種高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分定位技術(shù)，由基準(zhǔn)站、移動(dòng)站及RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈組成。 它的定位原理是:將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給移動(dòng)臺(tái),進(jìn)行求差解算移動(dòng)臺(tái)的坐標(biāo)(X、Y、H) ,也可以將基準(zhǔn)站的載波相位修正值(差分值) 發(fā)給移動(dòng)臺(tái),改正移動(dòng)臺(tái)接收到的載波相位,再解算移動(dòng)臺(tái)的

10、坐標(biāo)(X、Y、H) 。 采取以上的差分定位方法,其平面(X、Y) 的定位精度可以達(dá)到2 cm ,而高程H 的測(cè)量精度可以達(dá)到5 cm ,這樣的精度是非常高的,完全可以滿足大比例尺的測(cè)圖要求及工程上的應(yīng)用。作用距離10-20km。ZP=ZZ0（Hh） 利用GPS RTK定位技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無(wú)水位觀測(cè)的水下地形測(cè)量。如圖，ZP繪圖水深；HRTK測(cè)得的相對(duì)基準(zhǔn) 面的高程；H-h 瞬時(shí)水面至深度基準(zhǔn)面的高度，即水位值（六）無(wú)線電定位 該方法是根據(jù)距離或距離差來(lái)確定測(cè)船位置，具有精度高、操作方便、不受通視和氣候條件的影響。 1）圓系統(tǒng)定位2)雙曲線系統(tǒng)定位(時(shí)間差定位) 如下圖，A、B、C是岸上三個(gè)無(wú)線電發(fā)射

11、臺(tái)（A為主、B、C為副）測(cè)船P設(shè)置無(wú)線電定位儀。由解析幾何知，一動(dòng)點(diǎn)到兩定點(diǎn)距離之差為定值時(shí)，其軌跡為雙曲線。 P點(diǎn)至A、B兩點(diǎn)距離D1=Vt1，D2=Vt2； 距離差：D2-D1=V（t2-t1）=300 t (V= 300m/s)雙值問(wèn)題？ 3-3 水深測(cè)量 主要有回聲測(cè)深儀、多波束測(cè)深儀及近幾年發(fā)展起來(lái)的機(jī)載激光測(cè)深系統(tǒng)。 一、水深測(cè)量的簡(jiǎn)單工具 測(cè)深桿（下部有鐵底板），適用于水深5m以內(nèi)且流速不大的淺水區(qū)； 測(cè)深繩（錘），錘的重量3.5kg5kg，適合水深較大的區(qū)域（20m以內(nèi)）、船速小、水流速小、水底底質(zhì)較硬的條件。 在測(cè)深桿或測(cè)深繩上一般每10cm作一標(biāo)記，以便讀數(shù)。 二、單波束測(cè)

12、深儀測(cè)量（回聲測(cè)深儀、測(cè)深聲吶） 原理：測(cè)量聲波由水面至水底往返的時(shí)間間隔，從而推算出水深：H=S+h 其中：S= vt / 2； h換能器吃水參數(shù)。 v為超聲波在水中的傳播速度，約為1500m/sSHh三、多波束測(cè)深儀 聲吶陣列測(cè)深系統(tǒng)也稱條帶測(cè)深系統(tǒng), 單波束測(cè)深儀只能沿測(cè)線測(cè)量水深值，而多波束測(cè)深儀是一種能夠一次給出與航向垂直的剖面內(nèi)幾十個(gè)甚至上百個(gè)水下測(cè)點(diǎn)水深值的測(cè)量?jī)x器。與傳統(tǒng)的單波束測(cè)深儀比較，多波束測(cè)深儀具有測(cè)量范圍大、速度快、精度高、記錄數(shù)字化以及成圖自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，它把測(cè)深技術(shù)從點(diǎn)、線擴(kuò)展到面，并進(jìn)一步發(fā)展到立體測(cè)深和自動(dòng)成圖，從而使水下地形測(cè)量技術(shù)發(fā)展到一個(gè)較高的水平。高精度

13、多波束測(cè)深系統(tǒng)具有“水下攝影機(jī)”、“水下CT”之稱。多波束測(cè)深系統(tǒng)的工作原理： 工作時(shí)換能器陣列向測(cè)船航向的垂直方向發(fā)射多個(gè)俯角不同的聲波束。每個(gè)波束的水平、垂直開(kāi)角都很小，目前國(guó)際上各種型號(hào)的多波束測(cè)深系統(tǒng)波束開(kāi)角都在13.5之間，波束個(gè)數(shù)在16-150個(gè)不等，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄各個(gè)波束的回波信號(hào)，計(jì)算水深。前進(jìn)方向 這樣多波束測(cè)深系統(tǒng)就將單波束測(cè)深儀，測(cè)量船每跑一條線只能獲得一條測(cè)深線水深信息，變成能獲取多條線的水深信息。由于聲波在水中的傳播受水介質(zhì)理化特性的影響，在船正下方左右各45開(kāi)角的范圍內(nèi)，測(cè)深精度較高，超出此范圍，精度將受到不同程度的影響。另外，從原理上可以看出，多波束記錄的每個(gè)信

14、號(hào)只是反映了該波束水底反射信號(hào)的平均強(qiáng)度值。 該系統(tǒng)測(cè)量以帶狀方式進(jìn)行，波束連續(xù)發(fā)射和接收，測(cè)量覆蓋程度高，對(duì)水下地形可100%覆蓋，與單波束比較，波束角窄，對(duì)細(xì)微地形的變化都能完全反映出來(lái)，單波束是點(diǎn)、線的反映，而多波束則是面上的整體反映。多波束的應(yīng)用前景 由于多波束測(cè)深設(shè)備與常規(guī)單波束回聲測(cè)深儀相比，具有全覆蓋、無(wú)遺漏的優(yōu)勢(shì)，在精度、分辨率與水下地形成象質(zhì)量上有大幅度的提高，改變了傳統(tǒng)的水下地形測(cè)量技術(shù)按比例尺作業(yè)的模式，該系統(tǒng)正在為海洋和內(nèi)河測(cè)繪帶來(lái)一次技術(shù)革命，在江河、水庫(kù)、湖泊、海洋水下地形測(cè)繪，堤防護(hù)岸，港口、大壩監(jiān)測(cè)，海底電纜、管線、隧道以及沉船、水下物體打撈搜尋等方面具有廣闊的

15、應(yīng)用前景。 目前有利用水下載人潛水器、水下自治機(jī)器人(AUV：Autonomous Underwater Vehicle)或遙控水下機(jī)器人(ROV：Remotely Operated Vehicle)，集成多波束系統(tǒng)、側(cè)掃聲納系統(tǒng)等船載測(cè)深設(shè)備，結(jié)合水下DGPS技術(shù)、水下聲學(xué)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)水下地形測(cè)量的思想和方法。 水下機(jī)器人因可以接近目標(biāo)，利用其荷載的測(cè)量設(shè)備，可以獲得高質(zhì)量的水下圖形和圖像數(shù)據(jù)。目前使用的潛水器以自動(dòng)式探測(cè)器最先進(jìn)，探測(cè)器內(nèi)裝有水聲定位系統(tǒng)。 四、 基于水下機(jī)器人的水下地形測(cè)量早期的載人潛水器和法國(guó)的Nautile 載人潛水器 一般講，采用水下潛水器進(jìn)行水下地形測(cè)量工作同用水

16、面船只測(cè)量的手段和方法大致一樣。只是在水下測(cè)量時(shí)，需要測(cè)定潛水器本身的下沉深度。因此，一般需要使用液體靜力深度計(jì)和向上方向的回聲測(cè)深儀。 一些技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家在潛水器上安裝了水下立體攝影機(jī)。這種隨潛水器運(yùn)動(dòng)的水下立體攝影測(cè)量，在某種程度上同航空攝影地形測(cè)量工作原理一樣。 由機(jī)器人深潛水下，在接近水底時(shí)用水下攝影的方式獲得水下目標(biāo)的圖像。 由于受水的透明度和照明情況，儀器離海底的高度等因素的局限，水下立體攝影測(cè)量方法效率低和困難較大。 水下攝影測(cè)量 進(jìn)行海底地形測(cè)量，最有前途的方法還是利用具有高分辨率的聲學(xué)系統(tǒng)。聲學(xué)系統(tǒng)由超聲波發(fā)射器、水聲接收機(jī)和電視顯示器所組成。 將多波束、高精度測(cè)深側(cè)掃聲

17、納等聲吶掃測(cè)設(shè)備安裝在潛航器上，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海底的高精度測(cè)量，如我國(guó)大洋一號(hào)上的6000米水下自治機(jī)器人AUV系統(tǒng)安裝了測(cè)深側(cè)掃聲納、淺地層剖面儀等設(shè)備，用于大洋的海底地形地貌調(diào)查。 水下電視攝像系統(tǒng)、水下數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)是目前獲取在水下環(huán)境清晰圖像的主要方法，掃海測(cè)量中，配置水下數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)有助于障礙物性質(zhì)的判斷，提高掃測(cè)能力。 激光測(cè)深的原理與雙頻回聲測(cè)深原理相似，從飛機(jī)上向海面發(fā)射兩種波段的激光，一種為紅光，波長(zhǎng)為1064nm，另一種為綠光，波長(zhǎng)為523nm。紅光被海水反射，綠光則透射到海水里，到達(dá)海底后被反射回來(lái)。這樣，兩束光被接收的時(shí)間差等于激光從海面到海底傳播時(shí)間的兩倍，由此可算得海面

18、到海底的深度。激光測(cè)深的公式為： 式中：c 為光速；n 為海水折射率； t為所接收紅外光與綠光的時(shí)間差。LIADR測(cè)量原理 五、機(jī)載激光測(cè)深（LIDAR） 一、水位改正 在進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，測(cè)深儀測(cè)得的深度是由瞬時(shí)水面起算的，由于水面受水位或潮位的影響不斷變化，同一地點(diǎn)在不同水位時(shí)測(cè)得的水深是不一致的。 因此，必須對(duì)測(cè)得的水深做水位改正，將測(cè)量水深值改正到從規(guī)定的深度基準(zhǔn)面起算的深度。 測(cè)深與高程系統(tǒng)的聯(lián)系，一般通過(guò)水位觀測(cè)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)在水深測(cè)量的同時(shí)進(jìn)行水位觀測(cè)。在水位觀測(cè)中，可根據(jù)測(cè)區(qū)的特點(diǎn)和測(cè)量目的選擇深度基準(zhǔn)面。3-4 水位改正和水位觀測(cè) 水位改正將測(cè)量水深值改正到從規(guī)定的深度基準(zhǔn)面起算的深

19、度。 深度基準(zhǔn)面水下地面點(diǎn)豎向位置的描述可使用與陸地同樣的高程系統(tǒng)，由此得到水下地形圖。但有時(shí)需用水深描述水下地面點(diǎn)豎向位置，則得到用等深線表示的水深圖或海圖。水深計(jì)算的起算面稱為深度基準(zhǔn)面。 水位指水面相對(duì)于某一高程基準(zhǔn)面的高程。 水位觀測(cè)為確定水位而進(jìn)行的測(cè)量。關(guān)于深度基準(zhǔn)面的問(wèn)題： 水下地面點(diǎn)豎向位置的描述可以使用與陸地同樣的高程系統(tǒng)，由此得到水下地形圖。但有時(shí)需要水深描述水下地面點(diǎn)豎向位置，則得到用等深線表示的水深圖或海圖。水深計(jì)算的起算面稱為深度基準(zhǔn)面。 水深圖主要服務(wù)于航運(yùn)，因此深度基準(zhǔn)面的確定非常重要。在我國(guó)海洋、港灣和河口以往主要采用最低潮面，從1956年開(kāi)始采用理論深度基準(zhǔn)面

20、（理論上可能出現(xiàn)的最低潮面）；在內(nèi)河及湖泊采用最低水位、平均低水位或設(shè)計(jì)水位等作為深度基準(zhǔn)面。 設(shè)計(jì)水位又稱為江河航道設(shè)計(jì)水位，其確定方法主要有三種： （1）多年最低水位平均值法。 （2）多年平均保證率法，即取多年日平均水位歷時(shí)曲線上與通航保證率相應(yīng)的水位。 （3） 頻率法，如用流量頻率法，即以不能通航的天數(shù)為準(zhǔn)，在各年流量過(guò)程線上找出相應(yīng)的流量作為隨機(jī)變量，繪出理論累積頻率曲線，從其上查處規(guī)定頻率相應(yīng)流量曲線作為設(shè)計(jì)流量，再在水位流量關(guān)系曲線上查得對(duì)應(yīng)此流量的水位，即為設(shè)計(jì)水位。 水下某地面點(diǎn)A的水深值SA等于深度基準(zhǔn)面位置H0與A點(diǎn)高程HA之差，即 SA=H0-HA 水位觀測(cè)過(guò)程中采用以“

21、點(diǎn)”帶“面”的水位改正方法，水位改正方法主要有單站水位改正法、線性內(nèi)插法、水位分帶法、時(shí)差法和參數(shù)法等。 水位改正單站水位改正法 為求得不同時(shí)刻的水位改正數(shù)，一般采用圖解法和解析法。 圖解法就是繪制水位時(shí)間曲線圖，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示水位改正數(shù)。 解析法就是利用計(jì)算機(jī)以觀測(cè)數(shù)據(jù)為采樣點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式內(nèi)插來(lái)求得測(cè)量時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻的水位改正數(shù)的方法。 線性內(nèi)插法 線性內(nèi)插法的假設(shè)前提是兩站之間的瞬時(shí)海面為直線形態(tài)。此法也同樣適應(yīng)三站的情況，其基本數(shù)學(xué)模型為：（ 兩站水位改正數(shù)模 ）（三站水位改正數(shù)模 ） 三點(diǎn)水位變化在不同時(shí)刻位于同一平面上。水位分帶改正法(分帶法) 水位分帶改正法分為兩站水位

22、分帶改正、三站水位分帶改正(又稱三角分帶)。以兩站水位分帶改正法為例來(lái)介紹: 水位分帶的實(shí)質(zhì)就是利用內(nèi)插法求得測(cè)區(qū)的水位改正數(shù)，與線性內(nèi)插法不同，分帶所依據(jù)的假設(shè)條件是兩站之間潮波傳播均勻，潮高和潮時(shí)的變化與其距離成比例。分帶條件： 當(dāng)測(cè)區(qū)有圖時(shí)，可以判斷主要分潮的潮波傳播是否均勻，來(lái)確定分帶與否。 若測(cè)區(qū)無(wú)潮波圖時(shí)，可根據(jù)海區(qū)自然地理(海底地貌、海岸形狀等)條件，以及潮流等因素加以分析。分帶的基本原則： 分帶的界線方向與潮波傳播方向垂直。分帶原理： 具體分為幾帶是由具體情況決定。兩驗(yàn)潮站之間的水位分帶數(shù)由下式確定：式中：K 為分帶數(shù)；z為測(cè)深精度；為兩驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面重疊時(shí)，同一時(shí)刻兩驗(yàn)潮站

23、間的最大水位差。 時(shí)差法 時(shí)差法水位改正是水位分帶改正法的合理改進(jìn)和補(bǔ)充。其所依賴的假設(shè)條件是兩驗(yàn)潮站之間的潮波傳播均勻，潮高和潮時(shí)的變化與其距離成比例。 時(shí)差法是運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)中互相關(guān)函數(shù)的變化特性，將兩個(gè)驗(yàn)潮站A、B的水位視作信號(hào)，這樣研究A、B站的水位曲線問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為研究?jī)尚盘?hào)的波形問(wèn)題，通過(guò)對(duì)兩信號(hào)波形的研究求得兩信號(hào)之間的時(shí)差，進(jìn)而求得兩個(gè)驗(yàn)潮站的潮時(shí)差，以及待求點(diǎn)相對(duì)于驗(yàn)潮站的時(shí)差，并通過(guò)時(shí)間歸化，最后求出待求點(diǎn)的水位改正值。 參數(shù)法 參數(shù)法直接從潮汐水位曲線的整體變化入手，采用最小二乘擬合逼近技術(shù)，不僅求出兩驗(yàn)潮站的潮時(shí)差，還求出了兩驗(yàn)潮站的潮差比和基準(zhǔn)面偏差。 基本原理：

24、令所取A、B兩站的水位觀測(cè)值為整點(diǎn)觀測(cè)值hA(i)、hB(i)，則同步觀測(cè)N天，便有24 N個(gè)觀測(cè)值。兩組觀測(cè)值可畫(huà)成兩條水位曲線如下圖： 其中，x為垂直比例系數(shù)，表示兩站間的潮差比(潮高比)； y為水平延遲系數(shù)，表示兩站間的潮時(shí)差；z為基準(zhǔn)面偏差。 將兩曲線移動(dòng)，并適當(dāng)放大或縮小，使兩個(gè)水位曲線吻合。則建立如下數(shù)學(xué)模型：兩曲線比較示意圖將上式改為計(jì)算的離散化格式：根據(jù)最小二乘原理： 其中：F 為設(shè)計(jì)矩陣，第i 行元素為 L為閉合差矩陣，第i 行元素為：解出x、y、z后，可得關(guān)系值： 二、水位觀測(cè) 為了水深測(cè)量時(shí)進(jìn)行水位改正，必須在水深測(cè)量時(shí)同步進(jìn)行水位觀測(cè)工作。為此，需要在測(cè)區(qū)布設(shè)足夠的水位

25、觀測(cè)站。在海洋測(cè)量時(shí)，水位觀測(cè)站也稱為潮位觀測(cè)站或驗(yàn)潮站。黃河水位觀測(cè)點(diǎn)。通過(guò)這里的水位觀測(cè)，向國(guó)家防總報(bào)汛。水位觀測(cè)站的類型有以下幾種： （1）長(zhǎng)期站。主要用于計(jì)算平均水(潮)位面，一般應(yīng)有兩年以上連續(xù)觀測(cè)的水位資料； （2）短期站。用于補(bǔ)充長(zhǎng)期驗(yàn)潮站的不足，與長(zhǎng)期驗(yàn)潮站共同推算測(cè)區(qū)的深度基準(zhǔn)面，一般應(yīng)有30天以上連續(xù)觀測(cè)的水位資料； （3）臨時(shí)驗(yàn)潮站。在水深測(cè)量時(shí)設(shè)置，用于測(cè)量項(xiàng)目的水位改正； （4）海上定點(diǎn)驗(yàn)潮站。至少應(yīng)在大潮期間（良好海況下）與相關(guān)長(zhǎng)期站或短期站同步觀測(cè)1次或3次24h或連續(xù)觀測(cè)15天水位資料，用于推算平均海面、深度基準(zhǔn)面以及預(yù)報(bào)瞬時(shí)水位，用于深度測(cè)量時(shí)的水位改正。水位

26、觀測(cè)站設(shè)置： 水位觀測(cè)站附近應(yīng)埋設(shè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)或水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志。 工作水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在水尺附近，以便經(jīng)常檢查水尺零點(diǎn)的變動(dòng)情況。工作水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在高水（潮）位線以上、地質(zhì)比較堅(jiān)固穩(wěn)定、易于進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的地方。 工作水準(zhǔn)點(diǎn)與國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差，按四等水準(zhǔn)測(cè)量要求，工作前后各測(cè)一次，亦可用GPS高程測(cè)量方法測(cè)定工作水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。水位觀測(cè) 水位觀測(cè)一般采用水尺、自動(dòng)驗(yàn)潮（水位觀測(cè)）儀或水位計(jì)進(jìn)行。 在用水尺觀測(cè)水位時(shí)，水尺最好固定在直立的碼頭壁或牢固的樁柱上。設(shè)立水尺時(shí)，盡量選在避風(fēng)和便于觀測(cè)的地方。 水尺設(shè)立要求牢固、垂直于水面，高水位不淹沒(méi)，低水位不干出。當(dāng)岸灘坡度較緩或因潮差太大，一根水尺不能滿足水位觀

27、測(cè)要求時(shí)，可以設(shè)立兩根或兩根以上的水尺，相鄰兩根水尺應(yīng)有的重疊。 水位觀測(cè) 水位觀測(cè) 水位觀測(cè) 水尺中至少有一根水尺零點(diǎn)與工作水準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差是用等外水準(zhǔn)測(cè)定，其它各水尺零點(diǎn)之間的高差可在海面平靜時(shí)，用水面水準(zhǔn)或等外水準(zhǔn)方法測(cè)定。 水面水準(zhǔn)法要求各水尺每隔10min同時(shí)進(jìn)行一次讀數(shù)，連續(xù)讀數(shù)三次，其高差不超過(guò)3cm時(shí)，取中數(shù)使用，超限者應(yīng)重測(cè)。 三、河流斷面測(cè)量觀測(cè)水位的要求 在河流斷面測(cè)量中，當(dāng)測(cè)區(qū)有顯著的水面比降時(shí)，應(yīng)分段設(shè)立水尺進(jìn)行水位觀測(cè)，按上下游兩個(gè)水尺讀得的水位與距離成正比內(nèi)插測(cè)深時(shí)的工作水位。 比降，亦稱坡降、坡度。指水面水平距離內(nèi)垂直尺度的變化，以千分率或萬(wàn)分率表示。 河段水面

28、沿河流方向的高程差與相應(yīng)的河流長(zhǎng)度相比，稱之為水面的縱比降。由于地球自轉(zhuǎn)和河道彎曲處離心力的作用，河道橫斷面的水面也不平，左右岸水面的高程差與之相應(yīng)斷面的河寬之比，稱之水面的橫比降。 水位觀測(cè)的時(shí)間間隔，一般按測(cè)區(qū)水位變化的大小而定。當(dāng)水位的日變化小于10cm時(shí)，每次測(cè)深前、后各觀測(cè)一次，取平均值作為測(cè)深時(shí)的工作水位。在受潮汐影響的河段，每隔1030min觀測(cè)水位一次。 在編制河流縱斷面圖和計(jì)算水面比降時(shí)，需要河流在同一時(shí)間的各點(diǎn)水面高程，這些高程通常稱為同時(shí)水位（或瞬時(shí)水位、假定水位）。 兩點(diǎn)間的同時(shí)水位之差稱為落差，它是由于河床高度的變化所產(chǎn)生的水位的差數(shù)。 3-5 水下地形圖測(cè)繪一、測(cè)深

29、斷面線和斷面點(diǎn)的設(shè)計(jì)與布置 測(cè)深斷面線的方向一般與河流主流或岸線垂直，在河道轉(zhuǎn)彎處，可布設(shè)成扇形。 測(cè)深斷面線一般規(guī)定在圖上每隔12cm布設(shè)一條，測(cè)深點(diǎn)的間距一般在圖上為，見(jiàn)下表：二、水下地形測(cè)量方法 斷面方向的確定：儀器（工具）、目估，一般在岸上設(shè)立兩個(gè)標(biāo)志進(jìn)行瞄準(zhǔn)定向。 外業(yè)結(jié)束后，內(nèi)業(yè)工作主要內(nèi)容有： （1）將外業(yè)測(cè)角和測(cè)深數(shù)據(jù)匯總并逐點(diǎn)核對(duì)； （2）由水過(guò)觀測(cè)結(jié)果和水深記錄計(jì)算各測(cè)點(diǎn)高程。 （3）展繪各點(diǎn)位置，注記相應(yīng)高程。 （4）在圖上勾繪等高線或等深線表示出水下地形的起伏。 （一）縱斷面：縱斷面是指河底高程沿河長(zhǎng)的變化，一般用縱斷面圖表示。以河長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，河底高程為縱坐標(biāo)繪制而成的

30、圖為河槽的縱斷面圖?？v斷面圖表示河流的縱坡和落差的沿程分布。它是推算水流特性和估算水能蘊(yùn)藏量的主要依據(jù)。 河道縱斷面可用測(cè)量方法作出，在測(cè)出泓線上河底若干地形變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的高程與各點(diǎn)之間的距離后，以河長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以河底高程為縱坐標(biāo)，即可繪出縱斷面圖，河道的縱斷面圖可以表示河流的縱坡及落差的沿程分布，也是計(jì)算水能蘊(yùn)藏量的主要依據(jù)。三、河道縱、橫斷面圖的繪制 （二）橫斷面：橫斷面是指垂直于流向的斷面。兩邊以河岸為界，下面以河底為界。分單式及復(fù)式兩種，單式端面水面寬度隨水深的變化沒(méi)有突變點(diǎn)，是連續(xù)變化的，而復(fù)式斷面水面寬度隨水深的變化有突變點(diǎn)，是不連續(xù)的?？菟谒魍ㄟ^(guò)的部分稱基本河槽。在洪水期淹沒(méi)的部分稱河漫灘。 河流橫斷面是決定河道過(guò)水能力、流速分布、河流