作品展示▏汤民强：利用测线交点差数据校验时间相关要素的方法

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在海洋调查测线设计中，通常有主测线和检查线（联络测线）的设计，这样可以保证拥有一定数量的测线交点。通过统计主检交点的测量数据差值，根据各类规范公式可以评估测量结果的内符合精度，这也是测线交点差的常规用途。由于有些交点误差中也包含了与时间相关的测量要素，那么通过对交点误差的统计分析，来校验这些时间相关要素量值的大小，也不失为一种有效的手段。下面就给出几个与时间相关的交点差数据分析的应用示例。

一、海洋重力仪的零漂分析

根据现行规范，海洋重力仪的一个重要指标就是零漂要小于3mgal每月。通常零漂是在室内静态观测一个月以上，统计长期的数据变化，得出重力仪零漂是否符合线性关系，并确定零漂的月漂移值。如图1中的两套海洋重力仪设备的室内静态观测值，其中图1a中零漂值线性良好，月漂移值为-0.73mGal，符合规范要求；图1b中零漂值线性良好，但月漂移值超出了规范要求，为13.8mGal。

(a)零漂值线性良好，月漂移值为-0.73mGal，符合规范要求。

(b)零漂值线性良好，月漂移值为13.8mGal，超出规范要求。

图1 海洋重力仪室内静态观测

室内静态观测可以用长时间序列的数据来计算月漂移值，野外数据一般是在码头做基点比对，那么海上作业数据如何来检查零漂值是否也符合线性规则、数值大小呢？

假定测量数据的零漂是符合线性规则的，那么忽略交点的其它误差，只考虑零漂值。那么我们以每个主检交点的时间差为横轴，交点差为纵轴作图，图谱应当反映出零漂的线性变化。如图2中是某海上重力试验测线，7横6竖13条测线，测线间距6km，共42个交点，实测数据的标准偏差为0.49mGal，按照海洋调查规范计算的内符合精度为0.40mGal（未调差前的计算公式），数据质量良好。而实测数据主检交点时间差与重力交点差的线性关系也非常好，见图3中，线性拟合斜率为0.44，计算月漂移值为13.1mGal。

零漂线性与室内静态观测的数据非常吻合，证明了设备在海上的测量试验中工作稳定性很好。重力数据修正零漂值后计算内符合精度为0.3mGal（未调差），测量精度也是非常好的。

（6×7，42个交点，测线间距6km，点表示交点差值的大小，红代表正值，蓝代表负值）

图2 海上重力试验测线

图3 实测数据主检交点时间差与重力交点差的线性关系

二、水深测量中潮位数据的时间效用分析

在长路由调查或某些特定海域的水深测量中，由于验潮站的控制距离有限，或者潮位计被拖网渔船拖走了，不得不使用预报潮位，潮位控制不够的问题就会出现，从而影响到成果数据。在水深图中，潮位影响会造成等深线畸变的现象。尤其在测区地形较为平坦的海域尤其明显，十厘米左右的误差都会造成很严重的等深线畸变，如图4中，该区域海底地形平坦，水深大约24m，在测线方向存在明显的畸变。虽然测量精度能符合规范要求，但是成图效果的确不会特别理想。那么通过交点差数据来分析潮位应用的时间问题，是一种很方便快捷的办法。

图4 因潮位问题造成的等深线畸变

程序计算上类似于多波束测量探头参数校正的自动化过程。因为潮时变化与原始潮位站的距离有关，所以用每条检查线上的交点差来统计标准偏差，如图5中主测线与检查线cxline3有10个交点，交点差的标准偏差为0.16cm。在通过计算dt在正负60min区间的偏移时间，可以看到图6中所示的，偏移时间在+22min时，主检测线交点差的标准偏差达到最小值0.04cm，明显的优化了精度指标。

通过分析测线交点差与潮位的时间关系，可以很好的找到问题所在，进而可以对应用潮位进行进一步分析，确定潮时定量数值，合理的消除交点误差，提升测量成果质量。同时测线交点的数据量非常小，计算速度会非常快，对分析效率也有很大的好处。

图5 主检测线位置与交点差示意图

图6 潮位偏移时间与测线交点差标准误差分布的关系图

三、船体吃水的线性变化分析

船体吃水的变化，对船载传感器的测量设备都会有影响，比如海洋重力测量和水深测量，都需要进行船体吃水改正，通常大船上可以使用皮尺吊坠来测量船舷两侧的高度来换算吃水变化，小船上可以用比测板来标定探头的吃水，进而换算船体吃水。这些做法不可避免的会受到涌浪、人工判读等因素的影响，用数值分析的方式无疑会帮助优化这一过程。

如果假定船体吃水是线性变化的，那么用测线交点差来检验船体吃水的数值大小，同样是个很好的办法。只需要设定吃水变化的区间，用测线交点差数据进行吃水改正，再统计交点差的总体标准偏差即可。如图7中的示例，横轴为假定的航次前后船体吃水变化，纵轴为测线交点差的标准偏差，统计显示误差最小值时船体吃水变化为5cm处，即为较为合理的船体吃水变化值。

图7 船体吃水与测线交点差标准误差分布的关系图

四、小结

文中通过海洋重力测量和地形测量中的三个应用示例，演示了用测线交点差来校验测量中的时间相关要素的方法。测线交点差数据的时间要素是项重要的测量参数，结合线性拟合和统计寻优法则，在检验与时间相关的测量要素时，可以发挥很好的量值检测作用。

【作者简介】汤民强，男，1980年3月生于黑龙江伊春，河南淮阳人。2002年毕业于青岛海洋大学地质系，从事海洋测绘、海洋地质与地球物理调查工作。现就职于国家海洋局南海调查技术中心，任副总工程师。多次主持南中国海、西太平洋海域的地球物理调查航次，两次参加南极科学考察。

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