1、几何海洋测绘主要工作内容包括：几何海洋测绘主要工作内容包括：海洋大地测量海洋大地测量海洋定位海洋定位水深测量水深测量水下地形测量水下地形测量第六章第六章 海洋水深测量海洋水深测量 6-1 6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性6-2 6-2 水深测量方法水深测量方法6-3 6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统6-4 6-4 平均海水面和深度基准面平均海水面和深度基准面6-5 6-5 水深测量归算水深测量归算6-6 6-6 测量船船速的确定测量船船速的确定本章主要内容本章主要内容2020世纪初，人们发明了用世纪初，人们发明了用高频声波探测潜艇的方法。这高频声波探测潜艇的方法。这
2、种方法后来引用到海洋测深中种方法后来引用到海洋测深中，即现代的，即现代的回声测深方法回声测深方法。古代测深主要使用杆子（俗称测深杆）或系有重物的古代测深主要使用杆子（俗称测深杆）或系有重物的绳子（俗称水铊）。测深杆最多只能测绳子（俗称水铊）。测深杆最多只能测5m5m。用水铊最多也。用水铊最多也只能测只能测50m50m，而且效率低、劳动强度大、精度也不高。，而且效率低、劳动强度大、精度也不高。1 1、机械波：、机械波：机械振动在弹性介质中传播形成的波。机械振动在弹性介质中传播形成的波。2 2、声波是一种机械波、声波是一种机械波 正常频率范围：正常频率范围：20HZ-20KHZ20HZ-20KHZ
3、 次声波：频率范围次声波：频率范围20HZ20HZ 超声波：频率范围超声波：频率范围20KHZ20KHZ6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性一、声一、声 波波3 3、声波的传播特性：、声波的传播特性：1 1）声波不能在真空中传播）声波不能在真空中传播 2 2）声波是纵波，传播方向与介质振动方向相同）声波是纵波，传播方向与介质振动方向相同 3 3）声波传播速度与介质的性质和状态有关）声波传播速度与介质的性质和状态有关 4 4）气体、液体和固体的振动都能产生声波）气体、液体和固体的振动都能产生声波6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性一、声一、声 波波二、声波传播损失二、声波
4、传播损失1 1、声波传播损失、声波传播损失 声波在传播过程中，声强随着传播距离的增加声波在传播过程中，声强随着传播距离的增加而逐渐减弱的现象。而逐渐减弱的现象。导致声强减弱的原因：导致声强减弱的原因：1）波阵面的扩展（几何扩散损失）波阵面的扩展（几何扩散损失）2）介质吸收和散射）介质吸收和散射3）界面反射）界面反射6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性2 2、声波传播损失的度量、声波传播损失的度量 声波传播损失声波传播损失(Transmission Loss)(Transmission Loss)是距声是距声源源1 1米处声强级与声场中某接收点处声强级之差，米处声强级与声场中某接收点
5、处声强级之差，是声波的波阵面几何扩展损失与传播衰减损失是声波的波阵面几何扩展损失与传播衰减损失之和。之和。21lg10IITL I1-距声源为距声源为1 m处的声强处的声强 I2-距声源为距声源为R m处的声强处的声强 二、声波传播损失二、声波传播损失6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性 波阵面随着距离扩展而产生的声强波阵面随着距离扩展而产生的声强(级级)几何衰减现象。几何衰减现象。几何扩散损失度量：几何扩散损失度量：几何扩散损失度与声波的传播形式有关几何扩散损失度与声波的传播形式有关 nn0RRTL=10lg几一般表达式：一般表达式：10TLn(lg R)几n=1，为柱面波传播形
6、式，为柱面波传播形式n=2，为球面波传播形式，为球面波传播形式3 3、几何扩散损失：、几何扩散损失：二、声波传播损失二、声波传播损失6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性几何扩散损失与声波的频率无关几何扩散损失与声波的频率无关 由于介质的吸收、散射和界面反射而产生的声强由于介质的吸收、散射和界面反射而产生的声强(级级)减弱现象。减弱现象。1 1）吸收损失度量：）吸收损失度量：-吸收系数吸收系数 R-声波传播距离声波传播距离吸收损失与声波的频率有关吸收损失与声波的频率有关TLR吸收4 4、衰减损失、衰减损失二、声波传播损失二、声波传播损失6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性
7、 2 2）吸收系数：）吸收系数：某种能量形式在介质中传播时，由于介质的吸收而形成某种能量形式在介质中传播时，由于介质的吸收而形成在单位距离上能量的衰减程度。在单位距离上能量的衰减程度。常用常用dB/km或或dB/m表示表示（1）电磁波在海水中的吸收系数随频率增大而增加）电磁波在海水中的吸收系数随频率增大而增加213103.1f（2）电磁波吸收系数经验公式：）电磁波吸收系数经验公式：4 4、衰减损失、衰减损失二、声波传播损失二、声波传播损失6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性声波吸收系数经验公式：声波吸收系数经验公式：23036.0f吸收系数（吸收系数（dB/m）1010210310
8、410-4频率（频率（KHZ）声声波波10-310-210-1 1 103 3）声波在海水中的吸收系数）声波在海水中的吸收系数6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性4 4、衰减损失、衰减损失以频率以频率f=20KHZ为例，为例，电磁波在海水中的吸收系数：电磁波在海水中的吸收系数：5.81103dB/km 声波在海水中的吸收系数：声波在海水中的吸收系数：3.2 dB/km 显然，声波的吸收损失比电磁波的小得多显然，声波的吸收损失比电磁波的小得多6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性三、声波传播速度三、声波传播速度介质介质速度（速度（m/s）介质介质速度（速度（m/s）空气空气
9、氦气氦气石油石油淡水淡水海水海水铜铜33196513151493146015404750铁铁玻璃玻璃砂石砂石5830566037004900声波在各种介质中的传播速度声波在各种介质中的传播速度6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性2 2、海水中声波传播速度、海水中声波传播速度海水中声速随海水的温度、盐度、静水压力的增加而变大海水中声速随海水的温度、盐度、静水压力的增加而变大 000035,0sCt2 2）0 0度、标准盐度下压力变化对声速的影响度、标准盐度下压力变化对声速的影响1 1）温度、盐度变化对声速的影响）温度、盐度变化对声速的影响6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特
10、性三、声波传播速度三、声波传播速度因因 素素典典 型型 值值对声速的影响对声速的影响盐盐 度度温温 度度静水压力（深度）静水压力（深度）3435 0/00010C在在0200m的大陆架上的大陆架上或在或在05km的海洋中的海洋中每每10/00-1.3m/s每每1 C-4.5m/s每每100m-1.5m/s温度、盐度和深度典型值及其对声速的影响程度温度、盐度和深度典型值及其对声速的影响程度6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性1 1、金属杆比测法、金属杆比测法ZmpZCC真测 0m 5m 10m10m 5m 0m换能器换能器金属杆金属杆 15m15m四、海水中声波传播速度的测定四、海水
11、中声波传播速度的测定6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性分段测量法分段测量法11121)(ZZZZCCmniiiiCZ1ZnZn-1Z4Z3Z2CnC4C3C2C1Cn-12 2、速度计直接测定、速度计直接测定6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性),(000SPTfCm2243283474272231641448.64.6185.23 102.30 10125(35)0.11(35)2.7 10(35)2 10(35)(10.5770.0072)0.1605181.0279 103.451 103.503 10mCTTTSSTSTSTTDDDD 231492.93(10
12、)0.006(10)0.04(10)1.2(35)0.01(18)(35)/61mCTTTSTSD1）Del Grosso经验公式：经验公式：2）Leroy经验公式：经验公式：3 3、解析法、解析法6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性224322721331448.964.5915.304 102.374 101.340(35)1.025 10(35)1.630 101.657 107.139 10mCTTTSSTDDTD231449.22.60.0550.00029(1.340.01)(35)0.016mCTTTTSD231449.24.6230.05460.000291.391
13、(35)0.017mCTTTSD231449.24.60.0550.00029(1.340.01)(35)0.017mCTTTTSD3）Mackenzie经验公式：经验公式：4）Wilson经验公式：经验公式：5）我国采用经验公式（海道测量规范，）我国采用经验公式（海道测量规范，1990）：）：6-1 海水中声波传播的特性海水中声波传播的特性dttcDtt2121)(tcDm21近似公式：近似公式：1 1、回声测深原理、回声测深原理6-2 水深测量方法水深测量方法一、回声测深法一、回声测深法回声测深仪：回声测深仪：产生声波和记录声波传播时间的仪器。产生声波和记录声波传播时间的仪器。采用频率：采
14、用频率：20300KHZ测深仪分为：测深仪分为：浅海测深仪浅海测深仪：最浅可测：最浅可测0.5米水深米水深深海测深仪深海测深仪：最深可测万米以上：最深可测万米以上2 2、回声测深仪系统组成、回声测深仪系统组成6-2 水深测量方法水深测量方法一、回声测深法一、回声测深法回声测深仪6-2 水深测量方法水深测量方法测深仪包括如下系统：测深仪包括如下系统：（1）发射器）发射器 （2）接收器）接收器 （3）换能器）换能器 （4）记录设备）记录设备 （5）电源部分）电源部分6-2 水深测量方法水深测量方法2 2、回声测深仪系统组成、回声测深仪系统组成控控 记记制制 录录发射标记发射标记回声痕迹回声痕迹发射
15、器发射器接收器接收器T/R开关开关海底海底水面水面换能器换能器 通过记录其探头发射出的声波信号经水底反射后返回发通过记录其探头发射出的声波信号经水底反射后返回发射点的双程走时，结合水中的声波速值换算出水深值。射点的双程走时，结合水中的声波速值换算出水深值。2 2、回声测深仪系统组成、回声测深仪系统组成6-2 水深测量方法水深测量方法将电能转换成声能或把声能转换成电能的换能器。将电能转换成声能或把声能转换成电能的换能器。l 发射换能器：将电能转化成声波发射的换能器。发射换能器：将电能转化成声波发射的换能器。l 接收换能器：将声波转化成电能的换能器。接收换能器：将声波转化成电能的换能器。3 3、电
16、声型换能器、电声型换能器6-2 水深测量方法水深测量方法一、回声测深法一、回声测深法 接收换接收换能器利用能器利用“正压电效应正压电效应”。正正压电效应压电效应：当压电材料如石英等受到周期性的压缩：当压电材料如石英等受到周期性的压缩振动时，在其两个相对面上出现周期性的电压的现象。振动时，在其两个相对面上出现周期性的电压的现象。6-2 水深测量方法水深测量方法3 3、电声型换能器、电声型换能器发射换能器利用发射换能器利用“反压电效应反压电效应”反压电效应：当压电材料的电场发生变化时，致使反压电效应：当压电材料的电场发生变化时，致使其尺寸发生周期性伸缩的现象。其尺寸发生周期性伸缩的现象。6-2 水
17、深测量方法水深测量方法3 3、电声型换能器、电声型换能器 为了测定不规则海底地形情况，研制的一种换能器波束为了测定不规则海底地形情况，研制的一种换能器波束宽度小于宽度小于50的回声测深系统。的回声测深系统。为减少波束衰减，增大换能器功率。为减少波束衰减，增大换能器功率。6-2 水深测量方法水深测量方法二、窄波束测深二、窄波束测深工作原理：工作原理：测量光能从水面反射与从海底反射之间的时间测量光能从水面反射与从海底反射之间的时间间隔。间隔。12Dv t三、激光测深方法三、激光测深方法6-2 水深测量方法水深测量方法D-水深水深V-低频激光在海水中传播的速度低频激光在海水中传播的速度t-低频激光和
18、高频激光往返时间差低频激光和高频激光往返时间差-55-5000.53100101钕激光器钕激光器澳大利亚澳大利亚0.220（白）（白）50（夜）（夜）3001506000.53581钕激光器钕激光器美国美国-数十米数十米270610730-0.1-1.52钕激光器钕激光器美国美国0.136（白）（白）44（夜）（夜）-0.5005411010.01钕激光器钕激光器美国美国0.54980603000.530.5430512氖和铵氖和铵激光器激光器美国美国英国英国0.582501500.54110030.02氖气氖气激光器激光器美国美国测深误差测深误差（m）最大深度最大深度（m）飞行速度飞行速度（
19、km/h）飞行高度飞行高度（m）波长（波长（m）重复频率重复频率（HZ）脉冲宽度脉冲宽度（ns）脉冲功率脉冲功率（MW）激光机激光机类类 型型制造国制造国典型激光测深仪的技术参数典型激光测深仪的技术参数6-2 水深测量方法水深测量方法多波束换能器以一个较大的开角（如150）向水下发射几十束或上百束声波（如101束），同时接收这些声波的反射波，那么每次发射接收一组声波，便可在垂直于航线上得到一组水深数据。当测船连续航行时，便可得到一个宽带的水下地形资料。6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统一、多波束水下测深系统（一、多波束水下测深系统（SeaBat8101 SeaBat8101）SeaB
20、at8101SeaBat8101是美国是美国RESONRESON公司公司SeaBatSeaBat系列的产品，波束数系列的产品，波束数101101个，每个波束开角个，每个波束开角1.51.51.51.5，波束总开角，波束总开角150150，测量，测量的覆盖宽为水深的的覆盖宽为水深的7.47.4倍（水深小于倍（水深小于70m70m时）。时）。SeaBat8101SeaBat8101多波束测深系统可以对水下地形进行大范围全多波束测深系统可以对水下地形进行大范围全覆盖的测量，结合实时动态（覆盖的测量，结合实时动态（RTKRTK）GPSGPS定位，可以迅速获得各定位，可以迅速获得各种比例尺的水下地形图，
21、其测量成果可以精确反映水下细微的种比例尺的水下地形图，其测量成果可以精确反映水下细微的地形变化和目标物情况，极大地提高了测量的精度和效率，也地形变化和目标物情况，极大地提高了测量的精度和效率，也是汛期进行水下监测的重要手段。是汛期进行水下监测的重要手段。6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统l工作频率：工作频率：240KHZl波束数：波束数：101个个l波束总开角：波束总开角：150ol单个波束开角：单个波束开角：1.50X1.50l最大采样速率：最大采样速率：30次次/sl工作范围设定：工作范围设定：0.5300ml水下有效覆盖宽：水深水下有效覆盖宽：水深170m，为，为7.4倍水深，
22、水深倍水深，水深150m，为，为2.7倍水深；倍水深；l航速：最大航速：最大30节（每节节（每节1.85 km/h）；）；1、系统主要技术指标、系统主要技术指标6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统2、Seabat8101测深系统配置测深系统配置6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统1 1）声纳探头）声纳探头 包含探头主体和上下两个盖子包含探头主体和上下两个盖子(导流罩导流罩)。6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统2）81-P处理器：处理器：由其发送控制指令给探头，并从探头接收采集信息，由其发送控制指令给探头，并从探头接收采集信息，以控制数据的采集、显示。对探头实行实时的可
23、视化监控。以控制数据的采集、显示。对探头实行实时的可视化监控。6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统3）主控计算机：）主控计算机：由软件控制数据的贮存和输入由软件控制数据的贮存和输入/输出，对测线数据进输出，对测线数据进行实时监视和记录。由其接收来自行实时监视和记录。由其接收来自81-P处理器、导航与处理器、导航与定位、姿态传感器与电罗经等的数据，定位、姿态传感器与电罗经等的数据，4 4）差分）差分GPS GPS（DGPSDGPS）：）：给出精确的天线坐标（给出精确的天线坐标（XYZXYZ）。）。5 5）数字电罗经（）数字电罗经（GYRO GYRO）：）：给出精确的真北方向和测船的航艏方
24、向的夹角。给出精确的真北方向和测船的航艏方向的夹角。6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统6）姿态传感器：）姿态传感器：由于测船的起浮摇摆直接影响测量精度，姿态传由于测船的起浮摇摆直接影响测量精度，姿态传感器将记录测船的姿态等信息。感器将记录测船的姿态等信息。7）后处理系统：）后处理系统：包括后处理计算机、彩色绘图仪等硬件系统和后包括后处理计算机、彩色绘图仪等硬件系统和后处理软件（处理软件（Caris软件）组成。软件）组成。6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统1 1）测量以带状方式进行，波束连续发射和接收，测量覆盖）测量以带状方式进行，波束连续发射和接收，测量覆盖程度高，对水下地
25、形可程度高，对水下地形可100%100%覆盖，与单波束比较，多波束的覆盖，与单波束比较，多波束的波束角窄，对细微地形的变化都能完全反映出来。波束角窄，对细微地形的变化都能完全反映出来。2 2）由于是对地形的全覆盖，其大量的水深点数据使生成的）由于是对地形的全覆盖，其大量的水深点数据使生成的等值线真实可靠，而单波束是将断面数据进行摘录成图以插等值线真实可靠，而单波束是将断面数据进行摘录成图以插补方式生成等值线，在数据采集不够时，将导致等值线存在补方式生成等值线，在数据采集不够时，将导致等值线存在一定偏差。一定偏差。3 3）多波束系统同步记录船体姿态信息，由）多波束系统同步记录船体姿态信息，由Ca
26、risCaris后处理软后处理软件对测量结果进行校正，使测量结果受外界不利因素影响减件对测量结果进行校正，使测量结果受外界不利因素影响减小到最低限度。小到最低限度。对于单波束而言，未进行这些校正，对于单波束而言，未进行这些校正，其测量其测量结果相比受外界因素影响较大。结果相比受外界因素影响较大。3、系统的主要特点、系统的主要特点6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统 4 4）由于测区是全覆盖，因此在后处理时可对同一测区生）由于测区是全覆盖，因此在后处理时可对同一测区生成不同比例尺的测图，以满足不同的需要。成不同比例尺的测图，以满足不同的需要。5 5）直观性强，可以在现场直观地看到水下的地
27、形起伏、）直观性强，可以在现场直观地看到水下的地形起伏、冲淤情况、以及护岸工程的效果，利用软件的回放功能，不冲淤情况、以及护岸工程的效果，利用软件的回放功能，不仅在现场而且在室内也能演示。仅在现场而且在室内也能演示。6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统6）成果丰富，可生成等值线图、）成果丰富，可生成等值线图、三维立体图三维立体图、彩色图像、彩色图像、剖面图等，同时还能对同一测区不同测次进行比较以及、剖面图等，同时还能对同一测区不同测次进行比较以及土方计算等。土方计算等。6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统系统具有广泛的应用前景。系统适用于：系统具有广泛的应用前景。系统适用于：江
28、河、水库、湖泊及海洋等水域的大比例尺（江河、水库、湖泊及海洋等水域的大比例尺（1：2000以以上）、大范围的水下地形测量上）、大范围的水下地形测量江岸堤防及险工险段水下监测江岸堤防及险工险段水下监测水下工程检测（如抛石护岸等）水下工程检测（如抛石护岸等）沉船、水下物体打捞搜寻沉船、水下物体打捞搜寻4、系统的应用领域、系统的应用领域6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统多波束海底三维图多波束海底三维图多波束成果图多波束成果图水深等值线与水深等值线与3D叠加图叠加图6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统2020世纪世纪9090年代初期，我国才开始投资研制实用型多波束年代初期，我国才开始
29、投资研制实用型多波束测深系统。测深系统。H/HCSH/HCS一一017017型多波束测深系统于型多波束测深系统于19971997年研制成功，系统年研制成功，系统的工作频率为的工作频率为45kHZ45kHZ，具有，具有4848个波束，波束角为个波束，波束角为2 20 03 30 0，其测，其测深范围为深范围为10-1000m10-1000m，扇区开角为，扇区开角为1201200 0，测深覆盖范围最大可，测深覆盖范围最大可达达4 4倍水深。倍水深。二、我国多波束水下测深系统二、我国多波束水下测深系统6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统三、多波束测深系统的发展前景三、多波束测深系统的发展前景
30、 多波束测深系统的研制基本成熟多波束测深系统的研制基本成熟,未来的未来的研究重点将倾向研究重点将倾向于数据处理和应用研究。于数据处理和应用研究。在数据处理方面，由于目前各种原始多波束数据的存储格在数据处理方面，由于目前各种原始多波束数据的存储格式极不统一，与各种多波束系统相配套的后处理软件也自成体式极不统一，与各种多波束系统相配套的后处理软件也自成体系，互不相干，已经给多波束数据的统一管理和综合处理造成系，互不相干，已经给多波束数据的统一管理和综合处理造成极大的困难，极大的困难，因此，设计开发能够采集各种多波束原始数据的因此，设计开发能够采集各种多波束原始数据的通用接口，并在此基础上开发出规范
31、化的多波束数据后处理软通用接口，并在此基础上开发出规范化的多波束数据后处理软件，已经成为多波束技术产业发展的必然要求。件，已经成为多波束技术产业发展的必然要求。6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统三、多波束测深系统的发展前景三、多波束测深系统的发展前景 多波束系统既可获得高密度、高精度的测点位置多波束系统既可获得高密度、高精度的测点位置信息信息,又可获得海底图像信息又可获得海底图像信息,但成像质量较差但成像质量较差;而侧扫而侧扫声纳则以成像为主声纳则以成像为主,可获得高分辨率的海底影像可获得高分辨率的海底影像,但仅但仅能给出描述海底地貌、地物的概略位置。因此，多波能给出描述海底地貌、地
32、物的概略位置。因此，多波束数字信息与侧扫声纳图像信息的融合是将来测深技束数字信息与侧扫声纳图像信息的融合是将来测深技术深入发展的方向。术深入发展的方向。6-3 多波束水下测深系统多波束水下测深系统一、平均海水面一、平均海水面某海域在一定时期内海水面的平均高度位置，通常由某验某海域在一定时期内海水面的平均高度位置，通常由某验潮站相应期间内每小时的潮位观测记录数据计算求得。潮站相应期间内每小时的潮位观测记录数据计算求得。根据所取时间长度不同，可分为：根据所取时间长度不同，可分为：1 1、日平均海面、日平均海面 2 2、月平均海面、月平均海面 3 3、年平均海面、年平均海面 4 4、多年平均海面、多
33、年平均海面6-4 平均海水面和深度基准面平均海水面和深度基准面1 1、日平均海面：、日平均海面：是一天观测值的平均值，是一天观测值的平均值，它可以去掉它可以去掉半日潮的影响半日潮的影响。2 2、月平均海面：、月平均海面：是一个月的日平均海面的平均值，是一个月的日平均海面的平均值，它它可以削弱半月潮影响可以削弱半月潮影响。3 3、年平均海面：、年平均海面：是一年月平均海面的平均值。年平均是一年月平均海面的平均值。年平均海面变化较小，但因为产生引潮力的日、月等主要天体运动海面变化较小，但因为产生引潮力的日、月等主要天体运动的影响，的影响，各年的年平均海面仍有差异，这种差异可以用多年各年的年平均海面
34、仍有差异，这种差异可以用多年平均海面来削弱平均海面来削弱，通常用月亮升交运动周期（，通常用月亮升交运动周期（18.618.6年）的年年）的年数的多年平均海面。数的多年平均海面。一、平均海水面一、平均海水面6-4 平均海水面和深度基准面平均海水面和深度基准面4、多年平均海水面、多年平均海水面是陆地高程的起算面，各国选取的是陆地高程的起算面，各国选取的都不同。都不同。我国我国以以青岛青岛验潮站多年观测水位的平均值作为基准。验潮站多年观测水位的平均值作为基准。日本日本以以东京灵岸岛东京灵岸岛验潮站多年观测水位的平均值作为基验潮站多年观测水位的平均值作为基准。准。欧洲欧洲地区以地区以阿姆斯特丹验潮站阿
35、姆斯特丹验潮站多年观测水位的平均值作多年观测水位的平均值作为基准。为基准。美国美国以以波特兰验潮站波特兰验潮站多年观测水位的平均值作为基准。多年观测水位的平均值作为基准。一、平均海水面一、平均海水面6-4 平均海水面和深度基准面平均海水面和深度基准面深度基准面：是海图上图载水深的起算面。深度基准面：是海图上图载水深的起算面。在有潮海，因为潮汐较大，如果用平均海面作深度基在有潮海，因为潮汐较大，如果用平均海面作深度基准面，高潮时此面被淹没，低潮时露出；如果以此为基准准面，高潮时此面被淹没，低潮时露出；如果以此为基准面，面，则低潮时的实际水深小于海图上的水深，如此时按海则低潮时的实际水深小于海图上
36、的水深，如此时按海图上的水深航行，船就可能要触礁、搁浅，对航行很不安图上的水深航行，船就可能要触礁、搁浅，对航行很不安全。全。因此，在海洋测量中，常因此，在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作以略低于低潮面的一个面作为基准面为基准面。这样对航海就安全多了。这样对航海就安全多了。在无潮海（即潮汐很小的海，如波罗的海），通常以在无潮海（即潮汐很小的海，如波罗的海），通常以平均海面作为深度基准面。平均海面作为深度基准面。二、深度基准面二、深度基准面6-4 平均海水面和深度基准面平均海水面和深度基准面 深度基准面通常定在当地多年平均海面下深为深度基准面通常定在当地多年平均海面下深为 L L 的位置。
37、的位置。L平均海面平均海面深度基准深度基准图载水深图载水深二、深度基准面二、深度基准面6-4 平均海水面和深度基准面平均海水面和深度基准面 由于世界各国计算由于世界各国计算 L L 值的方法有别，因此采用的深值的方法有别，因此采用的深度基准也各不相同。度基准也各不相同。中国海区从中国海区从19561956年起采用理论上可能出现的最低潮位年起采用理论上可能出现的最低潮位面即理论最低潮面作为深度基准。面即理论最低潮面作为深度基准。二、深度基准面二、深度基准面6-4 平均海水面和深度基准面平均海水面和深度基准面世界各国所采用的深度基准面不同世界各国所采用的深度基准面不同英国采用潮汐预报中出现的最低水
38、位为深度基准面。英国采用潮汐预报中出现的最低水位为深度基准面。法国、西班牙、葡萄牙和巴西等国采用观测的最低潮法国、西班牙、葡萄牙和巴西等国采用观测的最低潮面作为深度基准面。面作为深度基准面。意大利、南斯拉夫、德国、希腊、加拿大、丹麦、比意大利、南斯拉夫、德国、希腊、加拿大、丹麦、比利时、挪威、印尼、阿根廷、巴拿马等国采用观测的平均利时、挪威、印尼、阿根廷、巴拿马等国采用观测的平均大潮低潮面作为深度基准面。大潮低潮面作为深度基准面。美国东海岸、荷兰、瑞典等国采用平均低潮面作为深美国东海岸、荷兰、瑞典等国采用平均低潮面作为深度基准面。度基准面。美国西海岸、菲律宾等国采用平均的低低潮面作为深美国西海
39、岸、菲律宾等国采用平均的低低潮面作为深度基准面。度基准面。日本采用略最低低潮面作为深度基准面。日本采用略最低低潮面作为深度基准面。6-4 平均海水面和深度基准面平均海水面和深度基准面三、大地水准面、平均海水面和深度基准面的关系三、大地水准面、平均海水面和深度基准面的关系1 1、大地水准面和深度基准面是相对于、大地水准面和深度基准面是相对于当地当地平均海水面定义平均海水面定义的，平均海水面实质上是大地水准面和深度基准面的更高一的，平均海水面实质上是大地水准面和深度基准面的更高一级基准。级基准。2 2、就海洋深度的稳定表示而言，具有稳定的平均海水面和、就海洋深度的稳定表示而言，具有稳定的平均海水面
40、和深度基准面在其下的数字已经足够，这两个面本身构成独立深度基准面在其下的数字已经足够，这两个面本身构成独立的深度基准体系，而不必归算到统一的国家高程系统，因为，的深度基准体系，而不必归算到统一的国家高程系统，因为，在海洋上人们主要关心海洋的深度，一般不需要海底的高程在海洋上人们主要关心海洋的深度，一般不需要海底的高程信息。信息。6-4 平均海水面和深度基准面平均海水面和深度基准面3 3、为了近岸海图和陆图的拼接，必须首先统一二者的基准，、为了近岸海图和陆图的拼接，必须首先统一二者的基准，基本方法是纳入国家高程体系。沿岸验潮站在设立时，同时基本方法是纳入国家高程体系。沿岸验潮站在设立时，同时设立
41、验潮站水准点，这些水准点不仅可以监测和修正水准尺设立验潮站水准点，这些水准点不仅可以监测和修正水准尺零点的变化，还与国家水准网相连接，因此，可方便的获得零点的变化，还与国家水准网相连接，因此，可方便的获得水尺零点的高程，进而求得水尺零点的高程，进而求得当地当地平均海水面和深度基准面在平均海水面和深度基准面在国家高程系中的高程。国家高程系中的高程。4 4、布设于海外的验潮站（包括岛屿验潮站和海底水位计）其、布设于海外的验潮站（包括岛屿验潮站和海底水位计）其平均海水面等数值无法以足够的精度标定到国家高程系统，平均海水面等数值无法以足够的精度标定到国家高程系统，而在这类区域，因无拼图需要，这种标定实
42、际上也失去了意而在这类区域，因无拼图需要，这种标定实际上也失去了意义。因此，只需相对于水尺零点计算平均海水面和深度基准义。因此，只需相对于水尺零点计算平均海水面和深度基准面，并把深度基准面视为零即可。面，并把深度基准面视为零即可。6-4 平均海水面和深度基准面平均海水面和深度基准面一、海图深度改正一、海图深度改正海图深度：海洋深度基准面到海底的垂直距离。海图深度：海洋深度基准面到海底的垂直距离。海图深度海图深度=观测深度观测深度+仪器改正仪器改正+声速改正声速改正+声束倾斜改正声束倾斜改正+动吃水动吃水改正改正+水位（潮汐）改正水位（潮汐）改正6-5 水深测量归算水深测量归算观测深度：原始水深
43、观测值。观测深度：原始水深观测值。1、仪器改正：信号在仪器内部传播的时间延迟引起的改正，、仪器改正：信号在仪器内部传播的时间延迟引起的改正，该改正由观测仪器自动进行。该改正由观测仪器自动进行。2、声速改正：初始设置的声速与实际声速不同引起的改正。、声速改正：初始设置的声速与实际声速不同引起的改正。3、声束倾斜改正：声波束不竖直引起的改正。、声束倾斜改正：声波束不竖直引起的改正。4、动态吃水改正：瞬时换能器到海面的垂直距离。、动态吃水改正：瞬时换能器到海面的垂直距离。5、水位改正：瞬时海面和深度基准面的差值。、水位改正：瞬时海面和深度基准面的差值。6-5 水深测量归算水深测量归算一、海图深度改正
44、一、海图深度改正瞬时深度瞬时海面换能器观测深度动态吃水改正仪器改正和声速改正瞬时深度瞬时海面换能器海图深度水位（潮汐）改正深度基准面水深改正水深改正二、声速改正二、声速改正改正数：改正数：真实深度：真实深度：2mctZ真ZZZ测真2pctZ测测量深度：测量深度：6-5 水深测量归算水深测量归算二、声束倾斜改正二、声束倾斜改正 测深仪的换能器应垂直向下发射探测声波获测深仪的换能器应垂直向下发射探测声波获得深度。然而，船的纵、横摇却在一定程度上破得深度。然而，船的纵、横摇却在一定程度上破坏了这一垂直测深结构，产生了声束倾斜误差。坏了这一垂直测深结构，产生了声束倾斜误差。6-5 水深测量归算水深测量
45、归算1 1、船只横摇产生的测深误差、船只横摇产生的测深误差cos()1ddss测深误差：测深误差：测深误差的相对误差：测深误差的相对误差：/cos()1d s 6-5 水深测量归算水深测量归算横摇导致的测深误差的相对误差横摇导致的测深误差的相对误差345610152030404510.0010.0010.0020.0040.0120.0300.0540.1250.2220.2811.5小值小值0.0010.0020.0030.0110.0280.0520.1210.2170.27530小值小值0.0010.0010.0070.0220.0440.1090.2010.2574.500小值小值小值
46、小值0.0050.0170.0360.0970.1860.24010000000.0040.0150.0600.1340.181小值小值-有值，但很小有值，但很小6-5 水深测量归算水深测量归算测深误差处理测深误差处理 海底平坦：海底平坦：,将将d直接作为直接作为P点的深度点的深度 海底起伏：将海底起伏：将d直接作为直接作为P1点的深度，则点的深度，则P1与与P点的水平距点的水平距离为离为cos()dssin()xs 6-5 水深测量归算水深测量归算2 2、船只纵摇产生的测深误差船只纵摇产生的测深误差测船纵摇产生的测深误差与横摇误差相似，可得到附加测船纵摇产生的测深误差与横摇误差相似，可得到附
47、加深度误差：深度误差：cos()1ddss6-5 水深测量归算水深测量归算由于船的首尾摇不改变测深的垂直结构，因此，由于船的首尾摇不改变测深的垂直结构，因此，可以不可以不进行该项改正进行该项改正。6-5 水深测量归算水深测量归算3 3、船只首尾摇产生的测深误差船只首尾摇产生的测深误差三、动态吃水改正三、动态吃水改正6-5 水深测量归算水深测量归算1 1、误差产生的原因、误差产生的原因 真实水深应等于换能器到海底的垂直距离加上换能器到真实水深应等于换能器到海底的垂直距离加上换能器到船只吃水线的垂直距离，但由于升沉效应的存在使得换能船只吃水线的垂直距离，但由于升沉效应的存在使得换能器到船只吃水线的
48、垂直距离不等于船只静止时的已知距离。器到船只吃水线的垂直距离不等于船只静止时的已知距离。2 2、改正方法、改正方法 1 1）RTK-GPSRTK-GPS动态吃水改正技术动态吃水改正技术三、动态吃水改正三、动态吃水改正 1 1）RTK-GPSRTK-GPS动态吃水改正技术动态吃水改正技术 RTK-GPSRTK-GPS动态吃水改正技术原理及步骤如下动态吃水改正技术原理及步骤如下:(1)(1)在工作区域附近在工作区域附近(一般不超过一般不超过1515公里公里)架设架设RTKRTK基准基准站。然后在工作区域附近选择一个海底比较平坦的区域站。然后在工作区域附近选择一个海底比较平坦的区域(可可以直接从海图
49、上判读以直接从海图上判读),),从海图上海洋潮汐表中计算出该区域从海图上海洋潮汐表中计算出该区域的高平潮或者低平潮的时间。的高平潮或者低平潮的时间。(2)(2)在高平潮或低平潮到来之前在高平潮或低平潮到来之前,用用RTK-GPSRTK-GPS把船只导航到把船只导航到该区域停下，在高平潮或低平潮时间段内，求算出静态时的该区域停下，在高平潮或低平潮时间段内，求算出静态时的吃水吃水ZZ吃吃。(3)(3)利用利用RTK-GPSRTK-GPS精确地测量出船上精确地测量出船上A A点的高程点的高程HaHa。6-5 水深测量归算水深测量归算三、动态吃水改正三、动态吃水改正(4)(4)当船只航行时当船只航行时
50、,用用RTK-GPSRTK-GPS分别求出该船在速度为分别求出该船在速度为1 1节、节、2 2节、节、3 3节、节、4 4节、节、5 5节节,时时A A点的高程点的高程H Ha,a,则测船相应升则测船相应升沉改正为沉改正为:Z Z生沉生沉=Ha-Ha=Ha-Ha。此时的真正水深此时的真正水深(瞬时水深瞬时水深)为为:Z=Z Z=Z1 1+Z+Z吃吃+Z+Z生沉生沉6-5 水深测量归算水深测量归算三、动态吃水改正三、动态吃水改正 1 1）RTK-GPSRTK-GPS动态吃水改正技术动态吃水改正技术6-5 水深测量归算水深测量归算Z吃吃Z升沉升沉三、动态吃水改正三、动态吃水改正2 2）利用）利用多
