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[摘 要]分析了远海水深测量的特点及难点，提出了影响远海水深测量精度的因素，并探讨了平面定位及水位改正两大关键技术问题。
[关键词]远海； PPK技术；PPP技术；水位改正。
中图分类号：K928.44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0167-01
1 引言
水深测量是海洋测量的分支，就测量海域分布而言可分为近岸水深测量和远海水深测量。随着科技的高速发展，人类探索海洋的进程逐步加快。1993年3月10日，美国前总统里根宣布“200海里海域专属经济区”后，美国、日本、英国、法国、荷兰等国都进行了大量的大陆架测绘工作，我国也完成了一定比例尺的大陆架海域水深测量。远海大陆架有丰富的生物水产资源和油气及矿产资源，这些资源的开发利用都离不开海洋水深测量。本文将分析远海水深测量的特点和难点，全面总结影响精度的各种因素，并探讨提高远海水深测量精度的两大关键技术，目的为远海水深测量工程的实施提供参考。
2 远海水深测量特点及难点
近岸水深测量主要满足港口及近岸工程设计施工的需要，而远海水深测量则主要为航海、航运、资源开发提供测绘保障。由于远离大陆，测量船补给、外海风浪条件、避风条件等客观因素将给远海测量带来极大的作业困难。远海水深测量最大的技术难点在于平面控制系统及高程控制系统的设定。随着测绘理论的发展及测绘设备的更新，远距离定位技术不断成熟，但是面对广袤的海洋，仍然存在大量无法获取控制资料的海域。如何在没有控制资料可以利用的情况下开展远海水深测量，并满足一定的精度是本文探讨的重点。
3 影响精度的因素
随着测量设备的发展更新，水深测量定位先后经历了天文定位、六分仪定位、经纬仪定位、无线电双曲线定位、物理测距定位、水下声标定位、全站仪定位、子午卫星定位和GPS全球定位等方法手段。近年来GPS技术在水深测量定位方面应用越来越广泛，影响GPS定位精度的因素主要包括：仪器误差、GPS接收天线多路径效应、卫星几何强度、差分信号发送间断等。
水深测量的特点是测深数据缺少多余观测值，因而测深精度主要取决于对影响水深值的系统误差和偶然误差。主要包括：仪器误差、声速误差、潮位观测误差、船速误差、潮汐、海浪、换能器安装、船只情况等方面。由于远海水深测量区域远离大陆，传统的水位控制方法不能满足，因此笔者认为水位改正是影响远海水深测量精度的一个重要因素。
4 关键技术问题浅析
水深测量的三大重要内容是定位、测深和水位改正。随着科技的发展，海洋测量仪器逐步从单一功能向多功能、从低精度向高精度、从低效率向高效率方向发展，测深精度也随之提高。以下浅析远海测量中的两个重要内容：平面定位和水位改正。
4.1 平面定位
近年来，GPS RTK技术成为水深测量定位应用的主要手段， RTK定位技术基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。不同型号的GPS接收机其基准站与流动站间的作业距离也不尽相同，一般都小于15km。由于受到作业距离的限制，该技术用于远海水深测量定位也受到影响。
欧阳永忠等[1] 应用双频GPS动态后处理高精度定位技术（post processing kinetic， PPK），建立了一套完整的GPS无验潮海洋深度测量作业模式，通过海上试验与传统作业模式作了数值分析比较，表明80km以内动态继续测量数据后处理的精度在大地高方向优于10cm。
近年来出现的精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）技术，利用精密卫星轨道和精密卫星钟差改正，以及单台卫星接收机的非差分载波相位观测数据进行单点定位，可以获得厘米级的精度。唐有国[2]贾登科[3]等结合境外工程的生产实例，对缺少坐标系统的欠发达国家和地区使用PPP技术进行坐标系建立及平面控制测量，并取得毫米级精度进行了研究。李冲等[4]探讨了利用PPP技术进行水深测量的基本原理和作业步骤，从多个方面分析了其精度和可靠性。远海水深测量的作业区域远离大陆，往往没有现成的控制点资料，与欠发达国家的作业情况类似。PPP技术能很好的克服上述困难，有效解决远海水深测量定位问题。
4.2 水位改正
水位改正是水深测量的一项基础性工作，水位改正的精度直接影响最后成图的精度。刘雁春[5]提出了调和常数水位改正法及水位加权改正法，并且提出了三角分带法的完善数学模型。暴景阳等[6]将海道测量的垂直基准理论和水位改正方法综合为统一的水位控制理论与方法体系。
目前，水深测量水位改正可以通过布设验潮站、GPS无验潮测深模式、潮汐场数值预报以及基于余水位配置的潮汐推算等方法予以解决[7]。布设验潮站是近岸水深测量及海洋工程使用最为广泛的水位改正方法。验潮站的具体操作手段包括设立水尺、使用压力式验潮仪和验潮井验潮仪等。GPS RTK无验潮测深模式主要是利用GPS获取定位数据及海面瞬时高程，并配合测深仪水深数据，从而获取海底地形数据的一种作业模式。RTK配合测深仪的无验潮作业模式适用于近岸水深测量，PPK配合测深仪[8，9]及PPP配合测深仪[4]的无验潮作业模式能使用于远海水深测量。王征等[10]研究了用于海洋水深测量的天文潮加余潮水位订正方法，并在沿岸测量中得到验证，数值精度符合测量标准要求。吴中鼎[11]利用潮汐数值预报的方法对南海区域进行水位改正，其精度到达令人满意的效果。黄辰虎等[12]基于全球潮汐场DTU10模型及GPS无验潮测深两种改正模式，形成了一套适用性强的航渡水深测量水位改正方法与流程。卢军民等[13]利用高平潮法进行水位传递应用于远岸水深测量，并进行了精度分析。另外，郑童瑜等[14]通过对EGM96、WDM94和GFZ重力场模型计算的测区重力（似）大地水准面的比较，提出了一种利用重力场模型和移去—恢复法确定海域无控制岛屿高程的方法。武威等[15]综合利用水准测量和卫星定位测量，给出了基于三角高程测量的高精度远距离海岛礁高程基准的统一方法和实施方案，并针对此方案给出了一些跨海三角高程需要注意和值得借鉴的参考意见。
5 结语
远海水深测量的重点和难点是平面定位和水位改正。随着 PPK和PPP技术的日趋成熟，远海水深测量定位精度逐步提高。远距离水位改正精度也随着理论的成熟及试验积累得到逐步改善。
参考文献
[1] 欧阳永忠，陆秀平，黄谟涛，等.GPS测高技术在无验潮水深测量中的应用[J].海洋测绘，2005，（1）：6-9.
[2] 唐有国，麦若绵，贾登科.精密单点定位（PPP）原理及其在境外工程项目中的应用[J].水运工程，2013（7）：127-130.
[3] 贾登科，麦若绵，朱国锋.欠发达国家坐标系统计平面控制有关问题探讨[J].水运工程，2013（7）：122-126.
[4] 李冲，张胜书，李见阳.PPP技术在水上测量成果质量检验中的可行性研究[J].城市勘测，2012（3）：82-84.
[5] 刘雁春.海洋测深空间结构及其数据处理[M].北京：测绘出版社，2003.
[6] 暴景阳，刘雁春.海道测量水位控制方法研究[J].测绘科学，2006，31（6）：49-51.
作者简介
黄勇清（1980-），男，工程师，主要从事港口工程测量工作。
[关键词]远海； PPK技术；PPP技术；水位改正。
中图分类号：K928.44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0167-01
1 引言
水深测量是海洋测量的分支，就测量海域分布而言可分为近岸水深测量和远海水深测量。随着科技的高速发展，人类探索海洋的进程逐步加快。1993年3月10日，美国前总统里根宣布“200海里海域专属经济区”后，美国、日本、英国、法国、荷兰等国都进行了大量的大陆架测绘工作，我国也完成了一定比例尺的大陆架海域水深测量。远海大陆架有丰富的生物水产资源和油气及矿产资源，这些资源的开发利用都离不开海洋水深测量。本文将分析远海水深测量的特点和难点，全面总结影响精度的各种因素，并探讨提高远海水深测量精度的两大关键技术，目的为远海水深测量工程的实施提供参考。
2 远海水深测量特点及难点
近岸水深测量主要满足港口及近岸工程设计施工的需要，而远海水深测量则主要为航海、航运、资源开发提供测绘保障。由于远离大陆，测量船补给、外海风浪条件、避风条件等客观因素将给远海测量带来极大的作业困难。远海水深测量最大的技术难点在于平面控制系统及高程控制系统的设定。随着测绘理论的发展及测绘设备的更新，远距离定位技术不断成熟，但是面对广袤的海洋，仍然存在大量无法获取控制资料的海域。如何在没有控制资料可以利用的情况下开展远海水深测量，并满足一定的精度是本文探讨的重点。
3 影响精度的因素
随着测量设备的发展更新，水深测量定位先后经历了天文定位、六分仪定位、经纬仪定位、无线电双曲线定位、物理测距定位、水下声标定位、全站仪定位、子午卫星定位和GPS全球定位等方法手段。近年来GPS技术在水深测量定位方面应用越来越广泛，影响GPS定位精度的因素主要包括：仪器误差、GPS接收天线多路径效应、卫星几何强度、差分信号发送间断等。
水深测量的特点是测深数据缺少多余观测值，因而测深精度主要取决于对影响水深值的系统误差和偶然误差。主要包括：仪器误差、声速误差、潮位观测误差、船速误差、潮汐、海浪、换能器安装、船只情况等方面。由于远海水深测量区域远离大陆，传统的水位控制方法不能满足，因此笔者认为水位改正是影响远海水深测量精度的一个重要因素。
4 关键技术问题浅析
水深测量的三大重要内容是定位、测深和水位改正。随着科技的发展，海洋测量仪器逐步从单一功能向多功能、从低精度向高精度、从低效率向高效率方向发展，测深精度也随之提高。以下浅析远海测量中的两个重要内容：平面定位和水位改正。
4.1 平面定位
近年来，GPS RTK技术成为水深测量定位应用的主要手段， RTK定位技术基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。不同型号的GPS接收机其基准站与流动站间的作业距离也不尽相同，一般都小于15km。由于受到作业距离的限制，该技术用于远海水深测量定位也受到影响。
欧阳永忠等[1] 应用双频GPS动态后处理高精度定位技术（post processing kinetic， PPK），建立了一套完整的GPS无验潮海洋深度测量作业模式，通过海上试验与传统作业模式作了数值分析比较，表明80km以内动态继续测量数据后处理的精度在大地高方向优于10cm。
近年来出现的精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）技术，利用精密卫星轨道和精密卫星钟差改正，以及单台卫星接收机的非差分载波相位观测数据进行单点定位，可以获得厘米级的精度。唐有国[2]贾登科[3]等结合境外工程的生产实例，对缺少坐标系统的欠发达国家和地区使用PPP技术进行坐标系建立及平面控制测量，并取得毫米级精度进行了研究。李冲等[4]探讨了利用PPP技术进行水深测量的基本原理和作业步骤，从多个方面分析了其精度和可靠性。远海水深测量的作业区域远离大陆，往往没有现成的控制点资料，与欠发达国家的作业情况类似。PPP技术能很好的克服上述困难，有效解决远海水深测量定位问题。
4.2 水位改正
水位改正是水深测量的一项基础性工作，水位改正的精度直接影响最后成图的精度。刘雁春[5]提出了调和常数水位改正法及水位加权改正法，并且提出了三角分带法的完善数学模型。暴景阳等[6]将海道测量的垂直基准理论和水位改正方法综合为统一的水位控制理论与方法体系。
目前，水深测量水位改正可以通过布设验潮站、GPS无验潮测深模式、潮汐场数值预报以及基于余水位配置的潮汐推算等方法予以解决[7]。布设验潮站是近岸水深测量及海洋工程使用最为广泛的水位改正方法。验潮站的具体操作手段包括设立水尺、使用压力式验潮仪和验潮井验潮仪等。GPS RTK无验潮测深模式主要是利用GPS获取定位数据及海面瞬时高程，并配合测深仪水深数据，从而获取海底地形数据的一种作业模式。RTK配合测深仪的无验潮作业模式适用于近岸水深测量，PPK配合测深仪[8，9]及PPP配合测深仪[4]的无验潮作业模式能使用于远海水深测量。王征等[10]研究了用于海洋水深测量的天文潮加余潮水位订正方法，并在沿岸测量中得到验证，数值精度符合测量标准要求。吴中鼎[11]利用潮汐数值预报的方法对南海区域进行水位改正，其精度到达令人满意的效果。黄辰虎等[12]基于全球潮汐场DTU10模型及GPS无验潮测深两种改正模式，形成了一套适用性强的航渡水深测量水位改正方法与流程。卢军民等[13]利用高平潮法进行水位传递应用于远岸水深测量，并进行了精度分析。另外，郑童瑜等[14]通过对EGM96、WDM94和GFZ重力场模型计算的测区重力（似）大地水准面的比较，提出了一种利用重力场模型和移去—恢复法确定海域无控制岛屿高程的方法。武威等[15]综合利用水准测量和卫星定位测量，给出了基于三角高程测量的高精度远距离海岛礁高程基准的统一方法和实施方案，并针对此方案给出了一些跨海三角高程需要注意和值得借鉴的参考意见。
5 结语
远海水深测量的重点和难点是平面定位和水位改正。随着 PPK和PPP技术的日趋成熟，远海水深测量定位精度逐步提高。远距离水位改正精度也随着理论的成熟及试验积累得到逐步改善。
参考文献
[1] 欧阳永忠，陆秀平，黄谟涛，等.GPS测高技术在无验潮水深测量中的应用[J].海洋测绘，2005，（1）：6-9.
[2] 唐有国，麦若绵，贾登科.精密单点定位（PPP）原理及其在境外工程项目中的应用[J].水运工程，2013（7）：127-130.
[3] 贾登科，麦若绵，朱国锋.欠发达国家坐标系统计平面控制有关问题探讨[J].水运工程，2013（7）：122-126.
[4] 李冲，张胜书，李见阳.PPP技术在水上测量成果质量检验中的可行性研究[J].城市勘测，2012（3）：82-84.
[5] 刘雁春.海洋测深空间结构及其数据处理[M].北京：测绘出版社，2003.
[6] 暴景阳，刘雁春.海道测量水位控制方法研究[J].测绘科学，2006，31（6）：49-51.
作者简介
黄勇清（1980-），男，工程师，主要从事港口工程测量工作。