海测规范▏拟修订《海道测量规范》之水位控制 - 海洋测绘基准传递技术规范

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一、再次修改编写说明2010年，《海道测量规范》开始了修订工作，暴景阳教授牵头承担了水位控制部分的编写任务。暴教授将水位控制相关的条目整合为独立章节，于2012年4月完成了第一稿。结合近几年行业发展与作业情况、相关单位的建议与意见，许军在暴教授指导下，对本部分进行了重写。与现行规范相比，具有如下特点或重要改变：⒈ 强化质量控制，弱化过程控制条目按水位控制组织实施流程划分为技术设计、验潮站设立、观测、数据预处理、基准面确定、水位改正数的计算等部分。条目集中于每部分的工作内容以及质量要求，而尽量不涉及具体的作业方法与过程。⒉ 水位改正方法的开放性，以及要求的针对性在水位改正方法选择上，保持开放态度，除了传统上的分带、分区及其改进方法（时差法、最小二乘曲线拟合法等），明确允许（且不限于）基于高精度GNSS技术方法（无验潮模式）、潮汐模型与余水位监控的方法、虚拟站技术等。考虑到不同类型水位改正方法在原理上的显著差异，在技术设计阶段要求必须明确拟采用的水位改正方法，并进行针对性的论证分析。论证分析的内容和要求，与水位改正方法相关，如现行规范中重要的技术设计要求“测区应满足潮汐性质基本相同、相邻验潮站之间最大潮高差不大于1m、最大潮时差不大于2h的条件”将只针对分带、分区及其改进方法。⒊ 提高基准面确定的精度要求首先，对于布设的验潮站，强制要求在长期验潮站控制下，由基准面传递技术确定平均海面与深度基准面L值。现行规范对于确定深度基准面L值的要求过于宽松，如一次或三次24h、15天等水位观测即可独立计算L值。其次，对于平均海面与深度基准面L值的传递提出了明确的精度指标，以及进行精度评估的要求。⒋ 完善全过程文档要求完善全过程文档是技术设计合理、作业过程规范、数据处理严谨、基准面确定可靠等目标能实现的重要保证，是论证分析、精度评估等质量控制措施得到贯彻的集中体现，也是质量检查的重要依据与基本保证。相比现行规范，本次修订虽减少了条目数量与篇幅，但增加了论证分析与精度评估等工作内容，这在技术层面上对作业单位提出了较高的要求，后续可组织编写配套的操作指导手册，给出详细的理论与技术方法。二、水位控制⒈ 一般要求⑴水位控制的主要任务是通过利用、布设验潮站，建立水位控制站（网），或利用海区已有潮汐相关参数，为测量区域提供平均海面、深度基准面、平均大潮高潮面等参考面信息，为水深测量和相关地形要素测量提供水位改正数。⑵用于水位控制的验潮站，根据连续观测时段的长度，分为长期验潮站、短期验潮站和临时验潮站。长期验潮站应有5年以上连续观测的水位资料；短期验潮站应有30天以上连续观测的水位资料；临时验潮站一般应有15天以上的连续水位资料，若短于15天，应说明理由。⑶深度超过200米的水深测量任务，水位改正精度需求低于30厘米的相关测量任务，可由潮汐模型确定深度基准面，由潮汐预报法提供水位数据。根据任务设计，深度超过200米的水深测量工作也可不实施水位改正。⒉技术设计⑴根据测量任务要求和技术指标，对验潮站的布设或利用、水位改正方法、基准面确定方法、观测设备选型、水准联测路线布设等做出总体设计。⑵技术设计时应明确水位改正方法（参见附录J），根据已有验潮站数据、潮汐模型（或潮波图），设计水位控制网的布设或利用的方案，分析论证水位控制效果。基础资料不足时，可通过现场勘察和布设临时验潮站等措施，确保设计的有效性。①采用分带、分区及其改进方法（时差法、最小二乘曲线拟合法等）时，测区（或各分区域内）应满足潮汐性质基本相同、相邻验潮站之间最大潮高差不大于1m且最大潮时差不大于2h的条件。②基于高精度GNSS定位技术实施水深测量任务时，应论证定位与姿态确定的精度；分析地球椭球面、平均海面与深度基准面的空间形态，给出基准转换方案及其精度指标。③基于潮汐模型与余水位监控法实施水位改正时，应分析潮汐模型在测区的覆盖程度与天文潮位预报精度、余水位的空间一致性。④采用虚拟站技术时，应明确水位恢复的技术方法，分析其精度。⑶在保证密度和控制效果的前提下，短期和临时验潮站应优先选择布设在湾顶、河口、水道口和无潮点附近等影响水位控制效果的特征位置。⒊ 验潮站设立⑴验潮站的具体选址应选择在与外海自由畅通，水流平稳，设备不易受风浪影响、急流冲击和船只碰撞的地点。(2)对各新建验潮站应设立验潮站经历簿，对原用的验潮站和拟恢复的历史站应建立验潮站考证簿。验潮站经历簿和考证簿的格式和填写内容见附录E。(3)水准点和大地控制点埋设①短期验潮站应埋设主要水准点与工作水准点标志各2个，临时验潮站应埋设主要水准点和工作水准点标志各1个。②主要水准点应设在高潮线以上，地质比较坚固稳定、适于长期保存、易于进行水准联测的地方，水准点埋石按GB12898-2009的要求执行。在验潮站附近的原有水准点，经检查合格，可作为主要水准点。③工作水准点应设在验潮设备附近，以便经常检查水位零点的变动情况。可在岩石、固定码头、混凝土面、石壁上凿标志，并作记号。不具备上述条件时，亦可埋设牢固的钢质标志或木桩。

④大地控制点标石埋设按GB/T 18314-2009有关规定执行，可利用已有国家大地控制点或与主要水准点重合。

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(4)水位观测仪器安装

①水尺设置应稳固，可垂直固定安置于码头壁、陡岸壁或泥沙底质、风浪和海流较小的平坦海底，设置方法参见附录D。必须保证低潮不干出，高潮不淹没。若水位变化幅度超过一根水尺量程，应设立水尺组，两相邻水尺垂向重合高度不小于0.3m。②设置自动验潮仪应保证其传感器稳固，水位变化在其量程范围内，低潮时不干出。⒋ 观测(1)水准点联测与GNSS观测①陆地沿岸验潮站主要水准点的高程应按不低于四等水准测量要求，与国家水准网点联测。联测困难时，可由长期验潮站主要水准点测定。②工作水准点与主要水准点之间的高差，按四等水准测量要求，工作前后各测定一次。③大地控制点应按不低于C级GPS网精度要求，与高等级GPS网（C级以上）点实施联测。⑵水位零点关系确定①工作水准点与水尺零点、各水尺零点间或水尺与自动验潮仪零点间的高差，应按等外水准或水面水准测定。实施水面水准法时，应在水面平静时连续观测水位三次，其高差的互差不得超过3cm，取中数使用，超限时应重测。②水尺与自动验潮仪的零点应经常校核，最长不超过7天应联测一次工作水准点、水尺零点、自动验潮仪零点间的相互高差。当零点变动超过3cm时，应校核零点高程，校核情况应记入观测手簿。⑶水位观测①水尺观测水位的要求❶水位观测应精确到1cm，观测误差不得大于2cm。当水面在两根水尺重叠范围内时，应同时读取两根水尺读数，并归算至基尺零点，互差不得大于2cm。❷采用北京时，时间记至整分。每日观测前后对时各1次，误差不应超过1min。❸高、低平潮及其前后1h，以及30min内水位变化超过0.5m时和潮位变化异常时，每整10min观测一次。其它情况下每隔30min观测一次；每日1、7、13、19时观测风向、风力。❹当短期和临时验潮站连续观测已达到规定的与长期验潮站同步时间长度后，可只在水深测量及前后各延时2h的时段进行水位观测。②自动验潮仪观测水位，时间基准采用北京时；仪器的读数精度不低于1cm，时间比对精度不低于1min；数据记录的时间间隔应不大于10min（含）。⒌ 数据预处理⑴水尺读数应归算为基尺零点上的水位，并根据零点校核记录，对水位实施零点变化改正。⑵根据水位数据的累积时长，选择合适的潮汐分析方法，提取主要分潮的调和常数，参见附录G。⑶以同步日平均海面变化曲线与余水位曲线等，检测水位零点的突变或渐变，并进行订正。⑷以同步水位或余水位曲线等，对突跳点实施粗差判断及其订正修复。⒍ 基准面确定⑴测区新设的验潮站必须在长期验潮站控制下，由基准面传递技术确定多年平均海面与深度基准面L值。⑵短期验潮站与临时验潮站多年平均海面的确定可采用水准联测法、同步改正法与回归分析法等传递方法（参见附录F）。确定精度必须进行评估，精度应优于10cm（95%置信度）。⑶短期验潮站与临时验潮站深度基准面L值的确定可采用潮差比法、主要分潮振幅和比值法等传递方法（参见附录H）。确定精度必须进行评估，精度应优于15cm（95%置信度）。⑷对于恢复的历史站点，若据深度基准面高程等信息将水位归算至深度基准面，应采用平均海面传递技术，对多年平均海面与深度基准面的关系进行检核。⒎ 水位改正数的计算⑴水位改正数的计算必须采用技术设计明确的水位改正方法，若调整水位改正方法或布设（利用）验潮站网方案，应说明原因，并按9.2技术设计要求进行分析论证。⑵利用验潮站水位数据对多波束测深数据实施水位改正时，水位改正数成果可采取网格形式的多文件水位序列，或依测线位置和时间的单文件水位序列。⑶利用高精度GNSS测高技术开展水深测量时，可对经天线高和瞬时测深值传递得到的海底大地高，根据深度基准面大地高数据，归算为水深数据。⒏ 文档记录⑴水位控制的实施应进行全过程文档记录，以技术设计、验潮站经历簿或考证簿、技术总结等文档形式，记录技术设计、验潮站设立与观测、数据处理、基准面确定与水位改正数计算等过程中的关键步骤、分析论证、处理方法与过程等。⑵技术设计文档，可作为测量任务或工程项目技术设计（或方案）的组成部分，应包含测区潮汐分布规律、观测设备选型、拟采用的水位改正方法、验潮站方案（长期验潮站与历史站点的利用情况、新布设站的选址）、水位控制效果的分析论证、基准面确定方案、水准联测路线布设等内容。⑶每个利用或布设的验潮站都应建立经历簿或考证簿，按格式填写相应内容，参见附录E。⑷技术总结文档，可作为测量任务或工程项目技术总结的组成部分，应包含验潮站定址与设立情况、数据观测过程（水准联测、GNSS观测、水位零点检校等）、数据预处理过程、基准面确定方法与精度评估、水位改正数的计算等内容。【编后记】本着科学严谨的态度，为体现与时俱进的精神，近日，许军博士与暴景阳教授借本次征求意见的机会，对原系由暴景阳教授牵头编写的“水位控制”部分再次作出修改，进一步对原修改稿进行了优化与完善，以体现现势性和可操作性为前提。在此，对许军博士与暴景阳教授严谨认真的学术作风表达感谢，也欢迎业界同行们就此修改发表自己的意见，旨在保证规范修订的现势性与权威性，以便指导将来的海洋测绘实践。本修改意见仅供大家相互学习、交流与探讨，在正式颁布前不能作为强制执行的标准，现有执行标准仍为《海道测量规范》（GB12327-1998）标准，特此说明。【作者简介】许军，1981年出生，男，讲师，博士，大连舰艇学院海洋测绘系，主要从事精密潮汐模型、水位改正、海域垂直基准等方面的理论与技术方法研究；暴景阳，1965年生，男，辽宁凌源人，博士，教授，博士生导师。中国测绘地理信息学会海洋测绘、大地测量与导航两个专业委员会委员，我国海洋测绘学科带头人之一。长期从事海洋大地测量、测量数据处理等方向的教学和研究，在海洋测绘垂直基准、海洋潮汐理论与测绘应用等特色研究领域取得较丰硕的研究成果，并为海洋测绘界同仁所公认。对海洋测绘理论和技术体系的更新与变革也有所探索。曾获得首届海洋测绘学科发展突出贡献奖。获省部级科技进步二等奖3项，三等奖5项，中国测绘学会测绘科技进步一、三等奖各一项。获育才奖银奖1次。■本系列文章谢绝其他平台转载，版权归《海道测量规范》修订组所有。

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