基于CORS的潮位觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及短期驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面的確定方法

湯均博，周 立

(淮海工學(xué)院測(cè)繪工程學(xué)院，江蘇連云港 222005)

基于CORS的潮位觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及短期驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面的確定方法

湯均博，周 立

(淮海工學(xué)院測(cè)繪工程學(xué)院，江蘇連云港 222005)

將CORS技術(shù)應(yīng)用于潮位觀測(cè)，設(shè)計(jì)出基于CORS的潮位觀測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)、短期驗(yàn)潮站驗(yàn)潮的同步化和自動(dòng)化，并在此基礎(chǔ)上推演出短期驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面的確定方法。

潮汐觀測(cè)；連續(xù)運(yùn)行參考站(CORS)；深度基準(zhǔn)；短期驗(yàn)潮站

一、引 言

潮位觀測(cè)是海洋測(cè)量中一項(xiàng)重要的工作。傳統(tǒng)的驗(yàn)潮方法是水尺驗(yàn)潮或驗(yàn)潮儀自動(dòng)驗(yàn)潮。這兩種方法除需要投入人力物力外，最主要的缺陷是不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)、短期驗(yàn)潮站之間的潮位同步聯(lián)測(cè)，短期驗(yàn)潮站多年平均海面及深度基準(zhǔn)面的位置也不能實(shí)時(shí)確定。

為了保證航行安全和航道的利用率，我國(guó)采用理論最低潮面作為深度基準(zhǔn)面。受潮汐和風(fēng)浪的影響，深度基準(zhǔn)面存在明顯的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。即使在相同的海域，不同短期驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面相對(duì)多年平均海面的位置也有所不同[1]。本文提出應(yīng)用GNSSCORS進(jìn)行潮位觀測(cè)，并在此基礎(chǔ)上闡述短期驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面的確定方法。

二、基于CORS的潮位觀測(cè)方法

1.基本原理

GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(CORS)是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)地提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類型的GNSS觀測(cè)值(載波相位，偽距)、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息及其他有關(guān)GNSS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的GNSS作業(yè)相比，連續(xù)運(yùn)行參考站具有作用范圍廣、精度高、野外單機(jī)作業(yè)等眾多優(yōu)點(diǎn)。目前沿海近海海域大多被CORS系統(tǒng)覆蓋[2]。將CORS應(yīng)用于潮位觀測(cè)，相對(duì)于傳統(tǒng)潮位觀測(cè)具有方便、快速、實(shí)時(shí)連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。

短期驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面的確定方法主要有獨(dú)立求定法和傳遞推估法。獨(dú)立求定法利用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式，計(jì)算理論最低潮面距離多年平均海面的距離；傳遞推估法利用測(cè)區(qū)內(nèi)已有長(zhǎng)期驗(yàn)潮站的理論最低潮面估算得到臨時(shí)驗(yàn)潮站的理論最低潮面[3]。

常用的傳遞推估方法有同步改正法和潮差比傳遞法。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，當(dāng)長(zhǎng)、短期驗(yàn)潮站距離不遠(yuǎn)，深度基準(zhǔn)面變化微小，可假定長(zhǎng)、短期驗(yàn)潮站所在位置的長(zhǎng)、短期平均海面的差距相等。設(shè)C、D分別為長(zhǎng)期驗(yàn)潮站和短期驗(yàn)潮站，可采用下式推算深度基準(zhǔn)面

式中，MC、MD分別為同步潮位觀測(cè)期間驗(yàn)潮站C、D從多年長(zhǎng)期平均海面起算的短期平均海面的高度；LC、LD分別為驗(yàn)潮站C、D從多年長(zhǎng)期平均海面起算的深度基準(zhǔn)面的高度。

潮差比傳遞法的公式為

式中，RC、RD分別為多年長(zhǎng)期驗(yàn)潮站C和短期驗(yàn)潮站D的潮差。

該方法的依據(jù)是：潮差越大，理論最低潮面越低，其假設(shè)比較接近事實(shí)，潮差比傳遞法的使用范圍較廣。潮差比法僅需要3～6 d的同步水位觀測(cè)資料，通過(guò)比較高低潮位來(lái)確定潮差比。

深度基準(zhǔn)面和平均海面具有較強(qiáng)的時(shí)間歷元特性，式(2)中，RC和RD是3～6 d的同步觀測(cè)期間的高低潮位差的平均。

附加時(shí)間一致性要求，對(duì)應(yīng)的平均海面應(yīng)是同步潮位觀測(cè)期間的短期平均海面，故潮差比可表示為

2.潮位觀測(cè)方法設(shè)計(jì)

分別在長(zhǎng)期多年驗(yàn)潮站C和短期驗(yàn)潮站D設(shè)置GNSS-CORS接收機(jī)，實(shí)時(shí)觀測(cè)海水面WGS-84橢球大地高。CORS接收機(jī)安置方法如圖1所示。

圖1 驗(yàn)潮站GNSS CORS接收機(jī)安置示意圖

圖2 長(zhǎng)短期驗(yàn)潮站潮位觀測(cè)關(guān)系示意圖

三、短期驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面的確定

由于在實(shí)際工作中，長(zhǎng)期驗(yàn)潮站多年平均海水面的位置大多是參照高程基準(zhǔn)面確定的，因此確定短期驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面的位置包括兩方面的內(nèi)容：一是確定短期驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面的位置hD；二是求定短期驗(yàn)潮站相對(duì)多年平均海水面的高度LD。

當(dāng)長(zhǎng)、短期驗(yàn)潮站有陸路相通時(shí)，通常采用水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)法確定hD；當(dāng)長(zhǎng)、短期驗(yàn)潮站沒(méi)有陸路相通時(shí)，可通過(guò)同步改正法測(cè)定hD[4]。 由圖2可知，長(zhǎng)、短期驗(yàn)潮站瞬時(shí)海水面相對(duì)于多年平均海水面的高度分別為

由式(5)，長(zhǎng)、短期驗(yàn)潮站短期平均海面相對(duì)于多年長(zhǎng)期平均海面的高度為

式中，N為觀測(cè)期數(shù)。代入式(1)，得

代入式(4)，得

四、結(jié)束語(yǔ)

海洋驗(yàn)潮及深度基準(zhǔn)面的確定是海洋測(cè)量中極其重要且經(jīng)常性的工作。通過(guò)引入GNSS CORS實(shí)時(shí)驗(yàn)潮，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)、短期驗(yàn)潮站潮位觀測(cè)同步化和自動(dòng)化，可節(jié)省大量的人力物力。若在實(shí)際工作中，開(kāi)發(fā)出基于CORS的深度基準(zhǔn)面計(jì)算系統(tǒng)，則更能簡(jiǎn)化確定深度基準(zhǔn)面的煩瑣工作，這在實(shí)際工作中是切實(shí)可行的，值得推廣。

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The Design of Tide Observation System and Determination of Sea Level Datum for the Short Term Tidal Gauges Based on the CORS

TANG Junbo，ZHOU Li

P229

B

0494-0911(2014)07-0053-02

2013-04-23

湯均博(1968—)，男，湖北英山人，副教授，研究方向?yàn)樾l(wèi)星定位技術(shù)在海洋測(cè)繪中的應(yīng)用。

湯均博，周立.基于CORS的潮位觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及短期驗(yàn)潮站深度基準(zhǔn)面的確定方法[J].測(cè)繪通報(bào)，2014(7)：53-54.

10.13474/ j.cnki.11-2246.2014.0224