基于河北CORS的无验潮模式在水深测量中的应用

逯金明，武荣荣

（1.河北省制图院，河北 石家庄 050032； 2.河北省水利水电勘测设计研究院，河北 石家庄 050081）

随着科学技术的发展，GPS-RTK技术越来越多地应用到水深测量中，相比传统的验潮模式下的水深测量，无验潮模式水下地形测量优点明显。在沿海大面积水深测量中，由于潮位存在坡降比，常规验潮方式需要在测区内按距离分块布设潮位观测点，每个观测点要配备相应的工作人员和设备进行潮位观测，这样既不容易求出准确的潮位数据，且工作效率也不高。无验潮模式改进了水下地形测量的工序，减少了测量人员和设备，提高了工作效率。在GPS-RTK信号覆盖良好的地区，水深的精度可满足测量规范的要求。GPS-RTK常采用大地高，需要考虑高程的转化，同时，需要对转化后的高程进行精度评价。我单位承接了某区近海海域150 km2的水深测量任务，主要进行了滩涂测绘和水深测量，并对水深进行了比对。

1 河北CORS及测深仪无验潮模式简介

1.1 河北CORS

河北省卫星定位综合服务系统（即河北CORS）是由河北省地理信息局负责，同时，与河北省气象局、河北省地质环境勘察院、66240部队合作建设，是遵循“降低系统建设成本、资源互补、共建共享”的原则合作建设的重点项目。整个系统主要内容包括基准站部分、控制中心部分、网络通信及数据发布部分。系统一期工程建设于2008-08启动，2010-04完成；二期基准站工程建设于2011-06正式启动，2011年底完成，形成由64个参考站组成的统一网络。

1.2 无验潮模式水深测量的基本原理

无验潮模式水深测量利用河北CORS系统和测深仪，在仪器设置中输入GPS天线高，进行吃水改正和声速改正，测得水面大地高和水深值，得到水底的三维坐标（X，Y，H），通过七参数转换成1985国家高程，获得水下地形数据。在测量时，受潮汐和波浪的影响较小，也不用考虑测量船舶的动态吃水，是一种理想的水上测量方法。

1.3 测量系统的组成

采用中海达HD-MAX测深仪、中海达K9定位仪、MiniSVP声速剖面仪和辅助设备进行水下地形测量。中海达HD-MAX测深仪测深范围为0.3～600 m，测深精度±10mm+0.1%h（h为水深，单位：m），水深最大采样速率为30次/s。中海达K9定位仪RTK平面精度为±0.8 cm+1 ppm，垂直精度为±1.5 cm+1 ppm。MiniSVP声速剖面仪量程1 375～1 900 m/s，分辨率为0.001 m/s，精度为±0.02 m/s。

2 应用实例

2.1 工程概况

为了解水深情况，为后续的开发和保护服务，从而进行水下地形测量工作，比例尺为1∶5 000，测区面积为150 km2。

2.2 测量前准备

对测区进行了踏勘，测区有河北省沿海GPS控制网C级GPS控制点5个，按三等水准联测，控制点保存状况良好，点位分布合理，作为本项目的首级控制网。坐标转换采用布尔莎七参数，选择测区附近的C级GPS控制点作为检核点，检测数据如下。

较差：ΔX=－0.003 m；ΔY=－0.006 m；ΔH=－0.027 m。检核结果满足精度要求，可以进行测量。

选择在水深大于5 m的海底平坦处，连续开机时间大于2 h，试验中，每隔5 min比对一次水深，水深比对限差在0.3 m以内，符合《海道测量规范》（GB 12327—1998）以及项目技术设计要求，停泊稳定性实验结果如下。

采样数据个数N=25个；差值分布区间为－0.01～0.02 m；中误差δ=±0.01 m。

中海达 K9定位仪在已知C级控制点上对定位设备进行一次连续8 h的稳定性试验。通过采集坐标与该控制点已知坐标比较，计算出该控制点计算坐标与已知坐标间的较差，其检验结果如下。

中误差Mx=±0.015 m，My=±0.016 m，Mz=±0.022 m；与已知点的差值ΔX=0.03 m，ΔY=－0.02 m，ΔZ=－0.03 m。

2.3 测量的实施

为了保证测量的精度，每日开始测量前，使用K9定位仪在GPS控制点上进行坐标比对，平面较差不大于5 cm、高程较差不大于5 cm时，可使用K9定位仪进行水深测量，测后也在控制点上进行比对，确保当天的数据质量良好。

安装好仪器后，在测区水深较深的区域测量声速剖面，将声速值输入仪器，使用深度检查板检查水深，对水深进行比对，较差满足规范要求后可开始水深测量。

2.3.1 水深测量

检查仪器设置，确保七参数、吃水、声速输入无误后开始水下地形测量工作。导入计划航线，单击“海洋测量”，进入测量界面，点击“开始记录”按钮，自动进行数据采集和记录，测量时GPS解状态需要处于固定解。否则，无法进行无验潮模式水深测量。偏航窗口实时显示偏航信息，一般不超过测线间距的50%，做好现场情况的记录，比如遇到碍航物（船舶、养殖区、渔网等）及时做好标记，待现场情况不影响船舶正常航行时补测。

2.3.2 水深数据处理

先对原始错误的水深点进行改正，根据实际需要进行水深点取样，导出水深数据，采用Cass9.1绘制等深线，进行编辑、整饰和检查，得到水下地形图。

2.4 成果检验

无验潮模式进行主、检点位水深比对时，重合深度点（图上距离1.0 mm以内）的不符值限差：水深5 m以内为0.2 m，水深10 m以内为0.4 m，10 m以上为水深的4%；超限的点数不得超过参加比对总点数的25%。共检核水深点431个，有6个点超限，超限率为1.4%，结合水深图像检查，该位置地形变化明显，满足规范要求；无验潮模式和验潮模式水深在平坦地区进行比对，平均差值为0.05 m，说明测量成果质量良好。滩涂地形采用常规GPS-RTK测量模式，与无验潮水深测量的区域重叠面积为0.2 km2，进行水深比对，比对总点数为86个，超限点1个，不符值比例为1.2%，满足规范要求。

3 水深测量作业时应注意的问题

3.1 Cors信号问题

河北省卫星定位综合服务系统在全省域范围内可以使用网络动态定位技术服务，定位精度可达平面1～3 cm，高程5～8 cm。在沿海有秦皇岛、乐亭、唐海和黄骅港站，海上无Cors站，离岸20 km以外Cors信号较弱，高程误差较大，不适宜采用无验潮模式，有一定的局限性，在外业采集时需注意Cors信号的覆盖问题。

3.2 HiMAX测深仪软件设置

设置GPS信号为固定解时采集水深数据；定位仪安置在测深仪正上方，GPS天线相对测量点的平面位置偏差为0；如果定位仪安置在其他位置，则需要在船型中输入GPS天线相对测量点的位置偏差，船艏和右船舷方向为正，需要多次测量取平均值；在GPS天线高中输入定位仪到水面的高差。

3.3 数据采集的问题

个别时段GPS信号为非固定解，水深数据停止记录，待固定解时记录，造成数据采集空白，一般在当天补测。

4 结束语

利用中海达HD-MAX测深仪进行水深测量，采用河北省卫星定位综合服务系统进行定位，无验潮模式与验潮模式进行比对，分析了无验潮模式的适用条件。无验潮模式是水深测量的发展趋势，但在距岸较远处受Cors信号的限制，有一定的局限性，需要加强研究，扩大适用范围。

采用中海达HD-MAX结合河北CORS的无验潮模式方便、快捷，减少了验潮站人力和物力的投入，提高了测量的工作效率。无验潮模式GPS接收机和测深仪换能器固定在同一测深杆上，两者之间的距离固定，不用考虑测量船的动态吃水。河北CORS定位相比常规采用RBN/DGPS信标定位精度高，适合大比例尺水深测图。

［1］栗志刚，孙仁权.RTK GPS在无验潮水深测量中的应用［J］.海洋测绘，2005，25（05）：46-48.

［2］吴文坛，田挚，李哲，等.河北CORS在大比例尺倾斜航空摄影测量中的应用［J］.测绘通报，2013，2（04）：63-66.

［3］国家测绘局测绘标准化研究所，国家海洋局第一海洋研究所，福建省测绘局，等.（CH/T 7001—1999）1∶5 000、1∶10 000、1∶25 000海岸带地形图测绘规范［S］.［出版社不详］.