KELLER-DCX-22壓力式驗潮儀觀測數(shù)據(jù)處理方法

黃東陽

摘 要：隨著壓力式驗潮儀的普及，其采集的數(shù)據(jù)的精度越來越受到關(guān)注，文章采用KELLERDCX-22壓力式驗潮儀觀測的數(shù)據(jù)同時結(jié)合海水密度、濾波光滑處理、修正至當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嬉约皩Τ蔽粩?shù)據(jù)可靠性進行計算和分析，以便達到預(yù)想的精度。為此次潮州港水深測量水位提供可靠性的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水密度計算 濾波 理論最低潮面 數(shù)據(jù)可靠分析

1.引言

在海道測量和海洋測繪當(dāng)中，潮汐觀測是測量過程中的主要內(nèi)容之一。在以往的測量作業(yè)當(dāng)中，通常采用人工驗潮方式。投入了大量的時間和勞動力，而驗潮儀的普及，給海洋測繪行業(yè)帶來了很大的便利。

由于天氣和儀器本身等諸多因素的影響，驗潮儀所采集的數(shù)據(jù)通常不能直接用于水位改正，需要進行相應(yīng)的處理。把潮位數(shù)據(jù)的誤差控制在誤差允許范圍內(nèi)，以達到潮汐分析和水位改正的要求。

2018年4月交通運輸部南海航海保障中心廣州海事測繪中心測量分隊在潮州港水深測量任務(wù)當(dāng)中，為獲取足夠的潮汐數(shù)據(jù)，達到預(yù)期的水深測量精度，分別在汕頭深澳鎮(zhèn)、潮州大塘電廠、柘林灣海事局碼頭、三百門碼頭的水下固定位置以及在海巡1762測量船上分別安放了KELLER-DCX-22壓力式驗潮儀，設(shè)置為每隔5min記錄一次數(shù)據(jù)，其中海巡1762上的壓力驗潮儀作為氣壓值的測定。獲得了大量的觀測數(shù)據(jù)。對這些觀測數(shù)據(jù)進行分析。

2.KELLER-DCX-22驗潮儀數(shù)據(jù)計算原理

壓力式自動驗潮儀的主要原理是壓力探頭內(nèi)半導(dǎo)體擴散硅片或者是陶瓷電容壓力傳感器在受到靜壓力時會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，經(jīng)過溫度補償和線性修正后傳感器輸出為電壓或電流信號，最后通過A/D轉(zhuǎn)化為潮位值。

KELLER-DCX-22壓力式潮位儀的原始數(shù)據(jù)如圖1。

壓力式潮位儀潮位關(guān)系式如下：

φ為驗潮儀的地理緯度

通過以上的公式推導(dǎo)，可以算出潮位值。

3.驗潮數(shù)據(jù)海水密度的計算與改正

為了方便得到較為精確的水密度值，在不用量取海水鹽度的情況下，可采用如下方法：以柘林灣臨時驗潮站為例。將驗潮儀，分別固定于水下1m、2m、3m的位置，量取多組數(shù)據(jù)，如圖2。

通過公式（1）計算可得到相應(yīng)深度層的水密度值，如表1。

通過表1得到的海水密度值反算出不同深度值的誤差，如表2。

從上表結(jié)果可知，采用1010.88kg/m3密度值誤差最小，引起最大誤差值為-1.24cm；滿足“觀測誤差不大于±2cm的”觀測規(guī)范要求。驗潮棒投放在3m深度層以下，故該采用1010.88kg/m3密度值計算潮位水深。

4.驗潮數(shù)據(jù)的濾波光滑處理

受風(fēng)浪等短周期引起的因素影響，如圖3。

需要對驗潮數(shù)據(jù)進行濾波平滑處理，以上濾波以柘林灣驗潮儀為例。濾波既要消除因風(fēng)浪引起的短周期干擾， 還不能對潮位數(shù)據(jù)有損壞。一般可以采用多次多項式的方法對潮位數(shù)據(jù)進行自動濾波。濾波程序采用滑動濾波的思想，可以根據(jù)潮汐類型自主選擇濾波長度。濾波長度過長可能會對潮位曲線有不利的影響，需要顧及潮汐類型選取合理的濾波長度，從而確保濾波的最佳效果。

5.驗潮數(shù)據(jù)的修正至當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?/p>

通過等外水準測得人工水尺讀數(shù)的改正數(shù)，然后通過人工水尺讀數(shù)與自動驗潮儀數(shù)據(jù)的比對，把自動驗潮儀的數(shù)據(jù)修正到當(dāng)?shù)氐睦碚撟畹统泵?，如?。

通上表可知自動驗潮儀數(shù)據(jù)的改正數(shù)為-1.47m時，數(shù)據(jù)誤差在不大于±2cm，符合規(guī)范要求。

為保證自動驗潮儀數(shù)據(jù)的嚴謹和可靠性，人工檢核需要在測前、測后同時至少15天進行一次，即人工水尺讀數(shù)與自動驗潮儀數(shù)據(jù)進行比對。檢核時間應(yīng)不少于2小時，采樣間隔為10分鐘一次。

6.驗潮數(shù)據(jù)的可靠分析

通過附近相鄰或相近的驗潮站的觀測數(shù)據(jù)的曲線，可以推導(dǎo)其潮汐性質(zhì)。本次測量成果所安放的驗潮儀均為岸上，通過人工水尺比對方式可以確定驗潮儀的零點有無漂移，同時也可通過岸上各站潮位曲線的相關(guān)性進行判斷并修正（如圖4）。該方法適用于海上定點驗潮站。

7.結(jié)束語

驗潮儀的使用給海上測量帶來了便利，在實際的應(yīng)用中，應(yīng)特別關(guān)注外面環(huán)境變化對測量結(jié)果精度的影響。其中海上氣壓影響最為顯著，海水密度次之。本次潮州港水深測量潮位數(shù)據(jù)通過上述的處理，較好地提高了驗潮數(shù)據(jù)的準確度，能夠滿足水深測量的水位改正要求。

參考文獻：

[1]莫旭科.壓力式驗潮儀數(shù)據(jù)誤差分析及校準[A].氣象水文海洋儀器，2017.

[2]張鐵軍.壓力式驗潮儀觀測數(shù)據(jù)的處理方法研究[B].海洋測繪，2007.