項(xiàng)謙和，陳春雷，項(xiàng)似林

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074； 2. 浙江省測(cè)繪大隊(duì)，浙江 杭州 310030)

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論海洋基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)的質(zhì)量監(jiān)控
——以浙江省為例

項(xiàng)謙和1，2，陳春雷2，項(xiàng)似林2

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074； 2. 浙江省測(cè)繪大隊(duì)，浙江 杭州 310030)

Research on the Quality Control of Marine Basic Surveying and Mapping Data——Taking Zhejiang Province as an Example

XIANG Qianhe，CHEN Chunlei，XIANG Silin

摘要：海洋區(qū)域與陸地區(qū)域自然現(xiàn)象的重要區(qū)別在于分布有時(shí)刻運(yùn)動(dòng)著的水體，而海洋測(cè)繪的對(duì)象是海洋，其測(cè)繪方法與陸地測(cè)繪方法有明顯的差別。本文結(jié)合浙江省海洋基礎(chǔ)測(cè)繪項(xiàng)目測(cè)繪過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)控制海洋基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究，從利用3S技術(shù)、水位控制測(cè)量、水位控制資料整理、水下地形測(cè)量、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)入庫(kù)等方面提出了方法，為基礎(chǔ)海洋測(cè)繪項(xiàng)目更好地實(shí)施作準(zhǔn)備，給類似項(xiàng)目的實(shí)施提供參考。

關(guān)鍵詞：海洋測(cè)繪；3S技術(shù)；舟山群島新區(qū)；質(zhì)量控制；水位測(cè)量

海洋區(qū)域與陸地區(qū)域自然現(xiàn)象的重要區(qū)別在于分布有時(shí)刻運(yùn)動(dòng)著的水體，使其測(cè)繪方法與陸地測(cè)繪方法有明顯的差別，海洋基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)沒(méi)有質(zhì)量控制及保證，很難保證海洋基礎(chǔ)測(cè)繪成果的正確性和可靠性。為了有效控制海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)及成果質(zhì)量，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)范作業(yè)方法及流程；浙江省海洋基礎(chǔ)測(cè)繪項(xiàng)目嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的“二級(jí)檢查，一級(jí)驗(yàn)收制度”，保證了測(cè)繪數(shù)據(jù)與成果的精度與質(zhì)量[1-5]。海洋測(cè)繪的對(duì)象是海洋，海洋測(cè)繪不僅要獲取和顯示這些要素各自的位置、性質(zhì)、形態(tài)，還包括它們之間的相互關(guān)系和發(fā)展變化，如航道和礁石、燈塔的關(guān)系，海港建設(shè)的進(jìn)展，海流、水溫的季節(jié)變化等。因此，只有增強(qiáng)質(zhì)量意識(shí)和提高測(cè)繪方法，統(tǒng)一在海洋測(cè)繪作業(yè)全過(guò)程，才能獲取更高精度、更好質(zhì)量的測(cè)繪數(shù)據(jù)與成果[6-11]。本文結(jié)合浙江省海洋基礎(chǔ)測(cè)繪項(xiàng)目測(cè)繪過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)控制海洋測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，從利用3S技術(shù)、水位控制測(cè)量、水位控制資料整理、水下地形測(cè)量、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)入庫(kù)等方面提出方法，以提高海洋基礎(chǔ)測(cè)繪成果質(zhì)量。

一、浙江省海洋基礎(chǔ)測(cè)繪概況

根據(jù)國(guó)家海洋發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，打造“一核兩翼三圈九區(qū)多島”為空間布局的海洋經(jīng)濟(jì)大平臺(tái)，即以寧波—舟山港為核心。浙江省舟山群島新區(qū)海洋基礎(chǔ)測(cè)繪(二標(biāo)段)區(qū)域概略位置為121°51′19″E—122°47′49″E，30°06′55″N—30°47′56″N(如圖1所示)。測(cè)區(qū)范圍西起岱山縣高亭鎮(zhèn)魚(yú)腥腦島，東至普陀區(qū)東極鎮(zhèn)東福山島，南起定海區(qū)干覽鎮(zhèn)西碼頭港，北至岱衢洋中部。測(cè)區(qū)分別是1∶10 000比例尺的約1269 km2區(qū)域、1∶25 000比例尺的約184 km2區(qū)域及1∶2000比例尺的54 km2區(qū)域。

水文特性：港內(nèi)潮汐類型為正規(guī)半日潮和非正規(guī)半日潮兩種，最大潮差超過(guò)4 m，潮流基本呈往復(fù)流，平均漲潮流速一般為1.03～1.54 m/s，最大可達(dá)2.06 m/s。平均落潮流速一般為0.77～1.08 m/s。舟山海域?qū)倥_(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮、山體滑坡等多種災(zāi)害多發(fā)區(qū)域。

圖1　二標(biāo)段各區(qū)塊位置分布

二、水位控制測(cè)量

1. 水位站布置

根據(jù)水位控制技術(shù)要求及水位站選址原則，結(jié)合本測(cè)區(qū)海域地形特征，測(cè)量期間在岱山高亭、浪洗電廠、定海小沙、大長(zhǎng)涂、廟子湖、大漁山及大衢山水位站等地方設(shè)置了7個(gè)水位站，見(jiàn)表1。

表1　各水位站位置一覽表

2. 水位站高程

根據(jù)要求，每個(gè)水位站應(yīng)埋設(shè)工作水準(zhǔn)點(diǎn)和主要水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志各一個(gè)。岱山高亭、定海小沙、浪洗電廠及大長(zhǎng)涂水位站附近有高等級(jí)的水準(zhǔn)點(diǎn)，統(tǒng)一采用現(xiàn)有水準(zhǔn)點(diǎn)作為本項(xiàng)目的主要水準(zhǔn)點(diǎn)，它們的工作水準(zhǔn)點(diǎn)高程通過(guò)與主要水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)獲得。廟子湖水位站工作水準(zhǔn)點(diǎn)的高程采用同步傳遞法確定，廟子湖站主要水準(zhǔn)點(diǎn)被設(shè)置在碼頭的后緣，其高程通過(guò)與工作水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)獲得。所有水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)都按照四等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行。

3. 水位觀測(cè)資料整理

水位觀測(cè)采用自記水位計(jì)，記錄間隔為5 min，記錄水位值為每30 s的平均水位。得到的原始水位值需進(jìn)行氣壓改正及高程改正，從而得到1985國(guó)家高程基準(zhǔn)(二期)下的水位值。通過(guò)分析計(jì)算，得到各相鄰水位站之間的潮高及潮時(shí)關(guān)系(見(jiàn)表2)。最大潮時(shí)差出現(xiàn)在廟子湖站與大衢山站之間，時(shí)差值為67 min；最大潮高差出現(xiàn)在岱山高亭站與大漁山站之間，潮高差為0.49 m，符合規(guī)范要求。

表2　相鄰水位站潮高及潮時(shí)關(guān)系統(tǒng)計(jì)表

三、水下地形測(cè)量技術(shù)方法

1. 測(cè)線布設(shè)原則

主測(cè)深線方向應(yīng)垂直等深線的總方向布設(shè)，主測(cè)深線間隔為圖上1.5 cm，測(cè)點(diǎn)間距為圖上0.8 cm，深槽和地形變化劇烈地段適當(dāng)加密。對(duì)狹窄航道，測(cè)深線方向可與等深線成45°角。在下列情況下，布設(shè)測(cè)深線的要求為：

1) 沙嘴、岬角、石陂延伸處，一般應(yīng)布設(shè)輻射線。如果布設(shè)輻射線還難以查明其延伸范圍，則應(yīng)適當(dāng)布設(shè)平行其輪廓線的測(cè)深線；重要海區(qū)的礁石和小島周?chē)鷳?yīng)布設(shè)螺旋形測(cè)深線；鋸齒形海岸，測(cè)深線應(yīng)與岸線總方向成45°。

2) 測(cè)線間隔的確定應(yīng)顧及海區(qū)的重要性、海底地貌特征和水深因素；原則上，主測(cè)深線間隔為圖上1.5 cm。對(duì)于需要詳細(xì)探測(cè)的重要海區(qū)和海底地貌復(fù)雜的海區(qū)，測(cè)深線間隔應(yīng)適當(dāng)縮小。螺旋形測(cè)深線間隔一般為圖上的0.25 cm；輻射線間隔最大為圖上1.5 cm，最小為0.25 cm。

3) 檢查線的方向應(yīng)盡量與主測(cè)深線垂直，分布均勻，并要求布設(shè)在較平坦處，能普遍檢查主測(cè)深線。檢查線總長(zhǎng)不少于主測(cè)深線總長(zhǎng)的5%。

2. 導(dǎo)航定位

定位采用信標(biāo)(星站)差分GPS系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果及統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表3。

表3　差分GPS系統(tǒng)測(cè)試定位數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

定位中誤差最大為±0.47 m，表明GPS定位精度符合本次測(cè)量定位要求。測(cè)試定位數(shù)據(jù)位于0.5 m半徑范圍內(nèi)，表明GPS穩(wěn)定性良好。

3. 潮間帶測(cè)量

對(duì)于海島周邊潮間帶區(qū)域，半潮線以上部分采用地形測(cè)量方法實(shí)施，斷面線的間距為圖上2～3 cm；半潮線以下部分采用水深測(cè)量方法實(shí)施，水深測(cè)量和地形測(cè)量應(yīng)有必要的重疊區(qū)域，由水深測(cè)量獲得的高程與地形測(cè)量獲得的高程互差絕對(duì)值應(yīng)不大于0.4 m。

4. 特殊地形(地物)探測(cè)

特殊地形(地物)主要指測(cè)區(qū)影響船舶航行安全或?qū)５椎匦斡休^大改變的干出礁、暗礁及沉船等。通過(guò)查閱現(xiàn)有海圖及島礁志等文獻(xiàn)資料，確定測(cè)區(qū)內(nèi)特殊地形(地物)分布情況及其已知高程值并錄入到導(dǎo)航底圖中。外業(yè)實(shí)施時(shí)，對(duì)特殊地形(地物)要進(jìn)行加密測(cè)量。對(duì)于暗礁，盡可能測(cè)得其最淺點(diǎn)水深。對(duì)于露出水面的干出礁，還進(jìn)行了拍照記錄。最終整理得到本項(xiàng)目測(cè)區(qū)內(nèi)特殊地形(地物)112處，其中包括干出礁69個(gè)、暗礁43個(gè)。

四、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)入庫(kù)

1. 水深數(shù)據(jù)整理及高程計(jì)算

根據(jù)測(cè)深儀打印模擬記錄校對(duì)計(jì)算機(jī)采集的數(shù)字化記錄，改正假信號(hào)、誤跟蹤等數(shù)字化錯(cuò)誤記錄，對(duì)波浪引起的粗差進(jìn)行平滑處理，并對(duì)定位點(diǎn)之間的特殊水深點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插。測(cè)深儀記錄的是瞬時(shí)海面下的水深，需對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行水位改正，換算到1985國(guó)家高程基準(zhǔn)(二期)起算的深度。水位改正采用三站時(shí)差法，根據(jù)水位站的位置關(guān)系及潮波傳播方向，將7個(gè)臨時(shí)水位站劃分成7個(gè)三角網(wǎng)格，在每個(gè)三角網(wǎng)中通過(guò)最大相關(guān)計(jì)算求出組成該三角網(wǎng)的3個(gè)水位站之間的潮時(shí)差。對(duì)于三角網(wǎng)中的任意水深點(diǎn)，通過(guò)空間平面關(guān)系計(jì)算該任意點(diǎn)相對(duì)于3個(gè)水位站的時(shí)間延時(shí)，從而得到對(duì)應(yīng)時(shí)刻3個(gè)水位站的水位值，再利用空間平面關(guān)系，便可得到該任意水深點(diǎn)的水位改正值。

2. 測(cè)深精度分析

在程序計(jì)算時(shí)，取相交的主測(cè)線和檢查測(cè)線數(shù)據(jù)(見(jiàn)表4—表6)，計(jì)算其交點(diǎn)作為深度互差對(duì)比重合點(diǎn)，該點(diǎn)主、檢測(cè)線水深由對(duì)應(yīng)測(cè)線上前后兩秒實(shí)測(cè)水深通過(guò)線性內(nèi)插獲取(通常前后兩秒之間的定位距離約為3～5 m)。

3. 深度誤差分析

根據(jù)《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》，在不考慮平面位移的情況下，由水深測(cè)量主測(cè)線及檢查測(cè)線重合點(diǎn)水深中誤差計(jì)算公式得知，本項(xiàng)目水深不大于20 m的主、檢測(cè)線重合點(diǎn)共3011個(gè)，中誤差為0.16 m；大于20 m的重合點(diǎn)共1943，中誤差為0.007H，滿足規(guī)范要求。

4. 數(shù)據(jù)入庫(kù)

為確保入庫(kù)資料的可靠性，在入庫(kù)前對(duì)相關(guān)入庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，包括數(shù)據(jù)精度檢查、屬性精度檢查、要素完整性檢查、邏輯一致性檢查、接邊檢查及其他，以合理表示數(shù)據(jù)要素，正確注記文字，分類分層無(wú)誤，確保圖符表達(dá)的正確與圖飾的美觀。在遵循制圖規(guī)范的基礎(chǔ)上，做到表示準(zhǔn)確、接邊無(wú)誤、構(gòu)面完整、關(guān)聯(lián)正確，特別在內(nèi)業(yè)編輯時(shí)注意各類地物之間的相應(yīng)關(guān)系。

表4　主測(cè)線和檢查測(cè)線比對(duì)情況

表5　重合點(diǎn)比對(duì)結(jié)果(H≤20 m)

表6　重合點(diǎn)比對(duì)結(jié)果(H>20 m)

1) 為了保證以上要求的實(shí)現(xiàn)，所有編輯嚴(yán)格按照操作規(guī)范執(zhí)行，保證所有要素符號(hào)都有匹配的要素編碼及相關(guān)的要素基本屬性(層、線型、顏色、寬度)。

2) 點(diǎn)狀獨(dú)立地物用帶編碼的空間點(diǎn)來(lái)表示；連續(xù)、完整的線狀地物，用帶編碼的多段線來(lái)表示；封閉的面狀地物，用帶編碼的封閉多段線來(lái)表示。

五、結(jié)論與建議

1) 測(cè)區(qū)所在舟山海域島礁密布，海岸線以陡崖和人工岸線為主，實(shí)際測(cè)量過(guò)程中很難測(cè)到1985國(guó)家基準(zhǔn)二期的0 m線。根據(jù)測(cè)區(qū)范圍設(shè)置要求，遇人工堤壩或巖石陡崖時(shí)則完整測(cè)繪至人工堤壩或巖石陡崖即可。在地形復(fù)雜地區(qū)，由于受比例尺限制，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)無(wú)法完整反映地形變化，由計(jì)算機(jī)繪制生成的等值線走勢(shì)可能存在與實(shí)際地形不一致現(xiàn)象，需要根據(jù)周邊島礁分布及潮流走勢(shì)，通過(guò)人工判斷編繪等值線，建議加陸域航攝圖件的加快推進(jìn)。

2) 外業(yè)測(cè)量前應(yīng)盡可能通過(guò)搜集現(xiàn)有資料(如現(xiàn)有海圖、島礁志書(shū)等)確定測(cè)區(qū)內(nèi)特殊地形地物的概位，以便在外業(yè)過(guò)程中進(jìn)行有針對(duì)性的測(cè)量。在外業(yè)測(cè)量過(guò)程中，由于單波束測(cè)深很難真正測(cè)到特殊地形地物的最淺點(diǎn)，為了與現(xiàn)有資料保持一致，特別是與現(xiàn)有的海圖保持一致，建議在成圖階段引入海圖中特殊地形地物的最淺點(diǎn)，防止因漏測(cè)導(dǎo)致特殊地形地物的不完整及對(duì)航行安全的影響。

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中圖分類號(hào)：P229

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2016)04-0064-04

作者簡(jiǎn)介：項(xiàng)謙和(1977—)，男，博士生，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楹Ｑ鬁y(cè)繪、大地測(cè)量、地籍測(cè)量。E-mail: 215187606@qq.com

收稿日期：2015-12-10

引文格式： 項(xiàng)謙和，陳春雷，項(xiàng)似林. 論海洋基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)的質(zhì)量監(jiān)控——以浙江省為例[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(4)：64-67.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0122.