论海洋基础测绘数据的质量监控<br/>——以浙江省为例

论海洋基础测绘数据的质量监控
——以浙江省为例

2016-06-01项谦和陈春雷项似林

测绘通报 2016年4期

关键词：水深水位测绘

项谦和，陈春雷，项似林

(1. 中国地质大学(武汉)，湖北武汉 430074； 2. 浙江省测绘大队，浙江杭州 310030)

论海洋基础测绘数据的质量监控
——以浙江省为例

项谦和1，2，陈春雷2，项似林2

(1. 中国地质大学(武汉)，湖北武汉 430074； 2. 浙江省测绘大队，浙江杭州 310030)

Research on the Quality Control of Marine Basic Surveying and Mapping Data——Taking Zhejiang Province as an Example

XIANG Qianhe，CHEN Chunlei，XIANG Silin

摘要：海洋区域与陆地区域自然现象的重要区别在于分布有时刻运动着的水体，而海洋测绘的对象是海洋，其测绘方法与陆地测绘方法有明显的差别。本文结合浙江省海洋基础测绘项目测绘过程中出现的问题，对控制海洋基础测绘数据质量的关键环节进行了研究，从利用3S技术、水位控制测量、水位控制资料整理、水下地形测量、数据处理与数据入库等方面提出了方法，为基础海洋测绘项目更好地实施作准备，给类似项目的实施提供参考。

关键词：海洋测绘；3S技术；舟山群岛新区；质量控制；水位测量

海洋区域与陆地区域自然现象的重要区别在于分布有时刻运动着的水体，使其测绘方法与陆地测绘方法有明显的差别，海洋基础测绘数据没有质量控制及保证，很难保证海洋基础测绘成果的正确性和可靠性。为了有效控制海洋测绘数据及成果质量，国家标准、行业标准明确规范作业方法及流程；浙江省海洋基础测绘项目严格按照规范规定的“二级检查，一级验收制度”，保证了测绘数据与成果的精度与质量[1-5]。海洋测绘的对象是海洋，海洋测绘不仅要获取和显示这些要素各自的位置、性质、形态，还包括它们之间的相互关系和发展变化，如航道和礁石、灯塔的关系，海港建设的进展，海流、水温的季节变化等。因此，只有增强质量意识和提高测绘方法，统一在海洋测绘作业全过程，才能获取更高精度、更好质量的测绘数据与成果[6-11]。本文结合浙江省海洋基础测绘项目测绘过程中出现的问题，对控制海洋测绘数据质量的关键环节进行研究，从利用3S技术、水位控制测量、水位控制资料整理、水下地形测量、数据处理与数据入库等方面提出方法，以提高海洋基础测绘成果质量。

一、浙江省海洋基础测绘概况

根据国家海洋发展战略目标，打造“一核两翼三圈九区多岛”为空间布局的海洋经济大平台，即以宁波—舟山港为核心。浙江省舟山群岛新区海洋基础测绘(二标段)区域概略位置为121°51′19″E—122°47′49″E，30°06′55″N—30°47′56″N(如图1所示)。测区范围西起岱山县高亭镇鱼腥脑岛，东至普陀区东极镇东福山岛，南起定海区干览镇西码头港，北至岱衢洋中部。测区分别是1∶10 000比例尺的约1269 km2区域、1∶25 000比例尺的约184 km2区域及1∶2000比例尺的54 km2区域。

水文特性：港内潮汐类型为正规半日潮和非正规半日潮两种，最大潮差超过4 m，潮流基本呈往复流，平均涨潮流速一般为1.03～1.54 m/s，最大可达2.06 m/s。平均落潮流速一般为0.77～1.08 m/s。舟山海域属台风、风暴潮、山体滑坡等多种灾害多发区域。

图1　二标段各区块位置分布

二、水位控制测量

1. 水位站布置

根据水位控制技术要求及水位站选址原则，结合本测区海域地形特征，测量期间在岱山高亭、浪洗电厂、定海小沙、大长涂、庙子湖、大渔山及大衢山水位站等地方设置了7个水位站，见表1。

表1　各水位站位置一览表

2. 水位站高程

根据要求，每个水位站应埋设工作水准点和主要水准点标志各一个。岱山高亭、定海小沙、浪洗电厂及大长涂水位站附近有高等级的水准点，统一采用现有水准点作为本项目的主要水准点，它们的工作水准点高程通过与主要水准点联测获得。庙子湖水位站工作水准点的高程采用同步传递法确定，庙子湖站主要水准点被设置在码头的后缘，其高程通过与工作水准点联测获得。所有水准联测都按照四等水准测量的要求进行。

3. 水位观测资料整理

水位观测采用自记水位计，记录间隔为5 min，记录水位值为每30 s的平均水位。得到的原始水位值需进行气压改正及高程改正，从而得到1985国家高程基准(二期)下的水位值。通过分析计算，得到各相邻水位站之间的潮高及潮时关系(见表2)。最大潮时差出现在庙子湖站与大衢山站之间，时差值为67 min；最大潮高差出现在岱山高亭站与大渔山站之间，潮高差为0.49 m，符合规范要求。

表2　相邻水位站潮高及潮时关系统计表

三、水下地形测量技术方法

1. 测线布设原则

主测深线方向应垂直等深线的总方向布设，主测深线间隔为图上1.5 cm，测点间距为图上0.8 cm，深槽和地形变化剧烈地段适当加密。对狭窄航道，测深线方向可与等深线成45°角。在下列情况下，布设测深线的要求为：

1) 沙嘴、岬角、石陂延伸处，一般应布设辐射线。如果布设辐射线还难以查明其延伸范围，则应适当布设平行其轮廓线的测深线；重要海区的礁石和小岛周围应布设螺旋形测深线；锯齿形海岸，测深线应与岸线总方向成45°。

2) 测线间隔的确定应顾及海区的重要性、海底地貌特征和水深因素；原则上，主测深线间隔为图上1.5 cm。对于需要详细探测的重要海区和海底地貌复杂的海区，测深线间隔应适当缩小。螺旋形测深线间隔一般为图上的0.25 cm；辐射线间隔最大为图上1.5 cm，最小为0.25 cm。

3) 检查线的方向应尽量与主测深线垂直，分布均匀，并要求布设在较平坦处，能普遍检查主测深线。检查线总长不少于主测深线总长的5%。

2. 导航定位

定位采用信标(星站)差分GPS系统，测试结果及统计情况见表3。

表3　差分GPS系统测试定位数据统计表

定位中误差最大为±0.47 m，表明GPS定位精度符合本次测量定位要求。测试定位数据位于0.5 m半径范围内，表明GPS稳定性良好。

3. 潮间带测量

对于海岛周边潮间带区域，半潮线以上部分采用地形测量方法实施，断面线的间距为图上2～3 cm；半潮线以下部分采用水深测量方法实施，水深测量和地形测量应有必要的重叠区域，由水深测量获得的高程与地形测量获得的高程互差绝对值应不大于0.4 m。

4. 特殊地形(地物)探测

特殊地形(地物)主要指测区影响船舶航行安全或对海底地形有较大改变的干出礁、暗礁及沉船等。通过查阅现有海图及岛礁志等文献资料，确定测区内特殊地形(地物)分布情况及其已知高程值并录入到导航底图中。外业实施时，对特殊地形(地物)要进行加密测量。对于暗礁，尽可能测得其最浅点水深。对于露出水面的干出礁，还进行了拍照记录。最终整理得到本项目测区内特殊地形(地物)112处，其中包括干出礁69个、暗礁43个。

四、数据处理与数据入库

1. 水深数据整理及高程计算

根据测深仪打印模拟记录校对计算机采集的数字化记录，改正假信号、误跟踪等数字化错误记录，对波浪引起的粗差进行平滑处理，并对定位点之间的特殊水深点进行内插。测深仪记录的是瞬时海面下的水深，需对测深数据进行水位改正，换算到1985国家高程基准(二期)起算的深度。水位改正采用三站时差法，根据水位站的位置关系及潮波传播方向，将7个临时水位站划分成7个三角网格，在每个三角网中通过最大相关计算求出组成该三角网的3个水位站之间的潮时差。对于三角网中的任意水深点，通过空间平面关系计算该任意点相对于3个水位站的时间延时，从而得到对应时刻3个水位站的水位值，再利用空间平面关系，便可得到该任意水深点的水位改正值。

2. 测深精度分析

在程序计算时，取相交的主测线和检查测线数据(见表4—表6)，计算其交点作为深度互差对比重合点，该点主、检测线水深由对应测线上前后两秒实测水深通过线性内插获取(通常前后两秒之间的定位距离约为3～5 m)。

3. 深度误差分析

根据《水运工程测量规范》，在不考虑平面位移的情况下，由水深测量主测线及检查测线重合点水深中误差计算公式得知，本项目水深不大于20 m的主、检测线重合点共3011个，中误差为0.16 m；大于20 m的重合点共1943，中误差为0.007H，满足规范要求。

4. 数据入库

为确保入库资料的可靠性，在入库前对相关入库数据进行质量检查，包括数据精度检查、属性精度检查、要素完整性检查、逻辑一致性检查、接边检查及其他，以合理表示数据要素，正确注记文字，分类分层无误，确保图符表达的正确与图饰的美观。在遵循制图规范的基础上，做到表示准确、接边无误、构面完整、关联正确，特别在内业编辑时注意各类地物之间的相应关系。

表4　主测线和检查测线比对情况

表5　重合点比对结果(H≤20 m)

表6　重合点比对结果(H>20 m)

1) 为了保证以上要求的实现，所有编辑严格按照操作规范执行，保证所有要素符号都有匹配的要素编码及相关的要素基本属性(层、线型、颜色、宽度)。

2) 点状独立地物用带编码的空间点来表示；连续、完整的线状地物，用带编码的多段线来表示；封闭的面状地物，用带编码的封闭多段线来表示。

五、结论与建议

1) 测区所在舟山海域岛礁密布，海岸线以陡崖和人工岸线为主，实际测量过程中很难测到1985国家基准二期的0 m线。根据测区范围设置要求，遇人工堤坝或岩石陡崖时则完整测绘至人工堤坝或岩石陡崖即可。在地形复杂地区，由于受比例尺限制，实测数据点无法完整反映地形变化，由计算机绘制生成的等值线走势可能存在与实际地形不一致现象，需要根据周边岛礁分布及潮流走势，通过人工判断编绘等值线，建议加陆域航摄图件的加快推进。

2) 外业测量前应尽可能通过搜集现有资料(如现有海图、岛礁志书等)确定测区内特殊地形地物的概位，以便在外业过程中进行有针对性的测量。在外业测量过程中，由于单波束测深很难真正测到特殊地形地物的最浅点，为了与现有资料保持一致，特别是与现有的海图保持一致，建议在成图阶段引入海图中特殊地形地物的最浅点，防止因漏测导致特殊地形地物的不完整及对航行安全的影响。

参考文献：

[1]国家测绘地理信息局.全球定位系统(GPS)测量规范：GB/T 18314—2009[S].北京:中国标准出版社，2009.

[2]国家测绘地理信息局.国家三、四等水准测量规范：GB/T 12898—2009[S].北京:中国标准出版社，2009.

[3]国家测绘地理信息局.国家一、二等水准测量规范：GB/T 12897—2006[S].北京:中国标准出版社，2006.

[4]中华人民共和国交通部. 水运工程测量规范：JTJ 203—2012[S].北京:人民交通出版社，2012.

[5]国家质量技术监督局. 海道测量规范：GB 12327—1998[S].北京:中国标准出版社，2004.

[6]项谦和.乐清市水域调查及成果分析[J].地理与地理信息科学，2012，28(S0)：74-76.

[7]郑克斌，翟国君，赵立霞.海洋果测量成果质量控制的探讨[J].海洋测绘，2014(3):66-68.

[8]吴敏,赵勇.利用TGO软件实现国外不同坐标系成果之间转换的探讨[J].矿山测量，2011(3):9-11.

[9]刘大杰.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社，2001.

[10]徐胜华,刘纪平,王想红,等.基于三维GIS的海洋标量场数据动态可视化[J].测绘通报,2013(10):50-53.

[11]郭英起,张振海,王杨.建立GPS控制网观测方案优化的研究[J].测绘工程，2011,20(3):12-14.