2海道测量(第二章海道测量基础)资料

11 f(x) R



误差分布密集 （a） 误差分布函数 精度高

准确度低

B x

平均值 f(x) 准确值 平均值 误差分布离散 （b） R

精度低

准确度高

B x

图2—1 精度与准确度

第二章 海道测量基础 海道测量在技术方面正在发生根本性的转变。随着卫星定位系统的应用，特别是差分技术的使用，平面定位的精度有了较大的提高。同常规的断面测量相比，多波束和机载激光系统几乎可以提供海底的全覆盖测量。本章在分析了海道测量误差的基础上，讨论了测深密度、平面基准和垂直基准、海道测量分类等基本概念，最后对海道测量规范中海道测量误差标准进行了研究和比较。

2.1 测量误差分析 2.1.1 测量误差指标 测量误差包括偶然误差、系统误差和粗差，测量误差的大小决定了测量成果的质量。衡量测量误差的指标通常采用精度（Precision）和准确度（Accuracy）。 精度表示观测值与其数学期望（平均值）的离散程度，是指内部符合精度或可重复精度。精度表示观测值偶然误差的大小，是衡量偶然误差大小的指标。若两组观测值的误差分布相同，则两组观测值的精度相同。通常采用中误差R



作为衡量精度的指标，其方差2R可由下式计算： dfEDR）（）（）（222

（2—1）

或： niinRn122lim （2—2） 不同的R对应着不同形状的分布曲线，R越小，曲线越陡峭，R越大，则曲线越为平缓，如图2—1所示。 准确度表示观测值的真值或准确值与其数学期望（平均值）的离散程度。准确度是衡量系统误差的指标，可由下式计算： 12

）（XEXB~ （2—3）

当不存在系统误差时，XXE~）（，则0B 由于在某一固定地点进行重复观测并不能消除系统偏差B，所以精度高并不能保证准确度高，误差分布非常密集的测量数据可能包含多项较大的没有测定的系统偏差，如图2—1（a）。同样误差分布比较离散的测量数据可能具有较高的准确度，如图2—1（b）。例如使用测深仪对某一深度进行重复测量，其测深精度为±0.1m，若考虑其它误差因素其准确度可能只达到±0.2m。 精度和准确度的合成可用精确度来表示。精确度表示观测结果与其真值或准确值的接近程度，包括观测结果与其数学期望的接近程度和数学期望与其真值的偏差。因此精确度不但包括偶然误差，而且还包括系统误差，反映了偶然误差和系统误差的联合影响程度。当不存在系统误差时，精确度就是精度，精确度是一个全面衡量观测质量的指标。 通常采用均方误差MSE作为衡量精确度的指标： 22222~~））（（）（XEXXXEMSERBR （2—4）

从公式（2—4）可以看出，只有当系统偏差0B时，2RMSE，即观测值中不含系统误差时，精确度与精度是一致的。 在实际工作中，常常假定系统偏差是固定不变的，将高精度系统的观测值作为真值或准确值，采用与高精度系统进行校准比对的方法来计算均方误差MSE，以消除系统偏差。例如在高精度的控制点上对DGPS定位系统进行固定偏差测定。 在海道测量工作中，由于各种观测值的真值或准确值往往是求不到的，系统偏差也很难获取和消除。例如电波传播的多路径效应，气温的改变，海水盐度和风力的变化等。这些偏差在同一时间和地点呈现系统误差的性质，但却随着时间和地点的变化表现出偶然误差的性质。一般采用概率统计的方法计算误差，并加以消除。根据误差理论，偶然误差落在中误差R、2R、3R范围内的置信度分别为68.3%、95.5%和99.7%。所以一般将2R



或3R作为测量误差的限差。 在海道测量工作中，必须严格按照测量规范的要求定期对测量仪器设备进行校准比对，以消除偶然误差、系统误差和粗差。同时为提高测量成果质量还必须制定严密周全的测量计划，选择合适的测量设备并作好维护保养。 2.1.2 海道测量的精度和准确度

海道测量具有动态、实时和海底地貌不可视性的特点，一般无法对测量数据进行多余观测和重复观测，无法对各种测量误差进行精确测定，与陆地测量相比，海道测量就像开放式的支导线测量，几乎没有确定测量成果质量的控制指标，因此准确高效地实施海道测量并非易事。由于在内业处理过程中无法提高测量数据的精度指标，因此在测量过程中确 13

保成果的质量，满足海道测量规范的精度要求尤为重要。 定位与测深是海道测量的主要工作。通常在确定测量船艇平面位置的同时，在垂直方向上测量水深，定位数据与水深数据是各自独立测定的，两种数据唯一相关的要素是时间，因此定位和测深必须保持同步。测船的定位一般采用无多余观测的方式测定船位，定位的准确性完全取决于测量过程中的精确性。测深是在变化的海面上进行，与定位一样，没有多余观测数据对测深精度进行检核。 海道测量的成果水深图是多种观测量合成的结果，实际上相当于支导线的第二条边，每一条边的测定完全采用不同的测量方法、仪器设备和测量基准。这就使得测得的水深之间很难进行定量的比较，尤其是海底变化比较复杂的海区。由于测量的水深点之间的精度比较应当在三维方向上进行，因此对每一个独立的水深的精度进行全面评估必须全面考虑在测定该点过程中的各项误差。 由此可以看出，海道测量成果的精度完全取决于测量的各个组成项目的精度高低，根据误差的组成可分为定位误差、测深误差、潮汐改正和数据处理误差等。根据误差的性质可分为校准比对、测量参数改正（时间、距离和速度）、坐标换算和测量数据改正误差等。由于与时间密切相关，所以应尽可能地经常进行校准比对，缩短测量参数的测定周期。同一海区进行重复测量时测量成果具有一定的差异性，特别是不同的测量人员使用相同或不同的测量设备进行不同方向测量使得这种差异尤为明显，甚至相同的测量人员使用相同的测量设备大多数情况下测量结果也不一样。一般来说，对每个单项测量精度的评估非常困难，虽然最终的比对结果可以采用概率统计的方法进行精度评定，但由于测量设备重复比对不在实际的动态环境下进行，所以海道测量的成果质量只能根据测量设备重复比对获得的结果进行评估，估计的结果只能是概率意义上的估计精度。其它用于精度估计的方法有主测线与检查线比对和进行多余观测计算测量误差。

2.2 测深密度与测深线方向

2.2.1概述 目前水深测量主要以水面船只进行断面测量为主，作业是在看不见海底地貌的动态海面上进行。因此要完善地显示海底地貌，发现航行障碍物，必须研究测深密度和测深线布设的方向。 测深密度（Sounding Density）表示在海道测量工作中单位面积内获取的水深点数量。海底地貌显示的详尽程度由测深密度决定，在同一海区密度越大海底地貌的显示越完善，但是增大测深密度必须提高测图比例尺，增加测量图板的数量，加大测量工作量和作业成本，所以在实际工作中必须根据海区情况，确定合适的测深密度。确定测深密度主要根据以下几个因素： 14

1.海区的重要性（军事及经济建设的实际需要）； 2.海底地貌的复杂程度（水深、起伏变化、海底底质和障碍物情况等）； 3.测量设备（定位、测深和数据采集系统）的技术性能； 4.测量工作量和测量成本； 5.测图比例尺（测图比例尺通常由上述几个因素共同确定）。 总之，测深密度的确定原则是既要满足实际需要又要经济。 目前水深测量主要以水面测量船按计划测线进行断面测量，所以测深密度实际上由测深线上定位间隔和测线间距两部分确定。定位间隔和测线间距如图2-1所示。

图2-1 定位间隔和测线间距 2.2.2 定位间隔

定位间隔的确定可分为手工测量和自动测量两种情况。在有些海区不便使用回声测深仪，只能使用简易测深工具，当采用手工方式定位或采用水砣及测杆等简易测深工具进行深度测量时，定位或测深不是连续进行的，其中采用水砣或测杆等人工方法进行深度测量时，定位点之间允许内插一个点，为了保证测量的准确性，必须对定位间隔进行限制。 当采用自动定位方式和回声测深仪进行深度测量时，测深线上定位和测深几乎是连续进行的，定位点之间的间隔可以根据时间（比如1秒）或距离（比如3米）来确定。在《GB海道测量规范》中，为保证完善显示海底地貌，对水深测量中的定位间隔进行了明确的规定，具体见表2—1。 目前水深测量的定位、测深和数据采集系统大多采用自动测量方式，定位点之间的间

定位间隔 0 2 08 18 24 35 48 82 96 101 112 52 测线间距

0 2 04 12 19 23 36 45 62 23 石 94 102

48

0 1 08 13 19 26 34 43 54 73 91 101

0 2 06 11 18 24 35 42 5 83 99 102

控制点A 1 5 02 12 2 24 32 42 49 69 81 10 1 2 04 16 28 34 42 48 54 66 73 101