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浅析水深测量误差分析与改正 神华黄骅港无有限责任公司 李国豪 摘要：21世纪随着海洋经济的快速发展，近海工程建设项目日益增多，工程建设首先要进行海底地形地貌调查，尤其是在工程设计、施工及疏浚工程，要求提供详细准确的水深地形资料，同时也是工程量结算的依据，因此要求进行高精度的水深测量，误差偏大，会造成施工工作量有误，工程结算投资偏差较大。本文从水深测量误差原因和提高测量精度措施两个方面探讨了水深测量误差分析与改正。 关键词：水深测量误差；原因；措施； 一、水深测量误差原因 1.1　现代海洋水深测量的特点 除了与现代陆地地形测量具有的高精度、自动化、高效率等相同特点外，现代海洋水深测量还具有以下特点：①全天候、测量作业连续；②误差源复杂；③测量环境多变；④海底地形看不见，很难掌握其实际情况，测量性质属于水下声波探测；⑤测量观测值较多，集定位、导航、测深及潮汐观测四种测量手段于一体，需要较强的数据采集、存储、查询、分析处理和管理能力。 1.2　误差因素分析 水深地形测量流程见图1，水深测量过程可划分为外业测量和内业处理阶段，针对每一个影响水深测量质量的过程和环节，须进行全面细致的分析。 在水下地形图的测量中，目前测深工作方法采用走航式水深测量，测深仪采用单波束回声测深仪，影响水深测量精度的主要误差有水深测量误差、环境因素、使用者能力水平因素和内业资料处理。 (1)潮位观测误差。由于水深测量的结果是当地理论最低潮位面的深度值，必须把外业测量结果归算到当地理论最低潮位面之上，因此潮位的测量精度会影响到水深测量精度。一般潮位观测误差包括水尺零点误差、观测水位读数误差。水尺零点高程一般采用陆地控制点引测，水尺零点高程精度由陆地水准测量精度决定，因陆地水准测量按国家四等水准测定，精度较高，一般可满足水深测量需要，观测水位读数误差变动性较大，为偶然误差，观测方法分人工读数和验潮仪记录。人工读数因受海况影响，产生较大误差，海面波动时，读取波峰和波谷的平均值作为观测水位记录值。目前，海洋潮汐观测技术已经有了很大发展，随着压力式潮位仪、超音波式潮位仪及GPS潮位仪的使用，使得潮位观测精度可达到1 cm。而对于水尺零点误差、观测水位读数误差，只要提高观测的精度，就能减少或削弱。 (2)船速误差。测深仪的工作原理是从水面的换能器向海底发射声波，声波到达海底或碰到不同的介质界面时返射，再被换能器接收，所经历的时间为t，声速为v，按H=t×v/2，得到水深H。水深测量是动态测量，当水深较大深时，声波从发射到被接收有时间差，在这段时间里，船已行进了一定的距离，这必然会产生误差。另外，测深仪换能器是按一定的圆锥角度来发射声波的，通常为30°(图2)。 假设声波从A点按30°(∠EAC)的圆锥角发射，到达坡度为30°(∠BCD)的海底，首先返射声波的是C点，在A点所测的深度不是垂线BD，而是AC，假设AC=5 m，按相关三角公式计算，则AB=5. 5 m，有0. 5 m的误差。由于上述误差，在实测水深较深或海底坡度较大的地形时，往往产生地形图等深线向断面方向前后凸凹、弯曲的情形。所以，当在水深较深或海底坡度较大、水下地形变化较大的地方测深时，测深船应尽量慢速航行，以降低和消除此项误差。 二、提高测量精度措施 2.1　测深仪校验 应对测深仪进行定期检验，并选用有模拟记录的测深仪，测深时，应随电池电压的变化，适时地调正零线、吃水线和校准线(或声速)，当水深大于16m时，还应检测测深仪的换挡误差。成图前，应把电脑自动采集的水深数据与模拟记录纸进行校对，以消除假水深，并加上相关改正。 2.2　消除由装配测深仪等设备所引起误差 (1)在安装换能器时，应让所有计划上船的参与人员全部上船，并在保持船体平衡后，再固定换能器，调校好换能器的吃水深度，以确保换能器的吃水准确不变。 (2)换能器应装在距船首1/3~1/2船长处，尽量消除动吃水的影响。当出现动吃水，并大于0. 05m时，应进行动吃水的测定和改正。其情况如图3所示。图中，H正常水深，h1为换能器入水深度(吃水)，h2为换能器到海底深度，Δh为动吃水。由于换能器的吃水h1，在测深仪里已进行了调校设置，所以实测值为(h1+h2)，即瞬时正常水深值H。当换能器装在测深船航行时首尾平衡线的前面时，由于船尾动力的作用，使平衡线的前面向上翘起，产生了上浮的动吃水Δh，使水深值偏深，此时H = (h1+h2) -Δh，H = (h1+h2) +Δh，