经验交流▏海洋工程测量水深数据选取原则研究
一、海洋工程测量水深点选取原则及影响分析 随着海洋测量技术日新月异的发展，海洋测量采集的数据往海量化发展，特别是多波束技术，机载激光测深技术的广泛应用，目前海洋测量采集的数据分辨率几乎能达到 1cm2 。对野外采集的海洋测量数据进行采样处理，在有限的图纸空间上，尽可能高地还原海底地形地貌，成为海洋测量工作者面临的一个重要研究课题。目前，实际工作中应用得比较广泛的是等距随机选取原则及取浅点原则。
①等距随机选取原则是对野外采集的海洋测量数据，按照实际应用需要，选取固定的步长，通过随机等距分布选点原则对整个测量区域内的数据进行分析和提取。其原理如图 1 所示。
图 1
2 种选取原则断面示意图
应用等距随机选取原则对水深数据进行选择，水深图成图后水深注记整齐，美观，但是可能漏过对航行安全造成较大影响的浅点。因此，在实际工程应用中，倘若应用等距随机选取原则，一般还需要测量人员，对野外采集数据进行人工判读，对影响航行安全的浅点进行补选和加密。而对于疏浚工程量的计算，从图 1 中可以看出，等距随机选取原则，因为数据有一定的随机性，其形成的水深断面相对于原始测量数据形成断面有高有低，相对与取浅点原则，计算的工程量与真实工程量更接近。
②取浅点原则是将野外测量的海量水深测量数据，根据实际需要，按照一定的步长，将所有测量范围划分为多个小区域，再逐一对每一区域内的数据进行对比分析，并选取该范围内水深最浅点，作为该小范围内的代表水深，反映在最终的水深测量图上。应用取浅点原则进行水深数据选取后，绘制的水深测量图，水深注记相对比较杂乱，不利于用图人对水下地形地貌进行总体判读，但是水下的浅点，可能对航行安全有影响的障碍物均能在图上呈现。从图 1 中可以看出，取浅点原则形成的水深断面几乎都在原始数据断面之上，相应的，用其计算疏浚工程量会偏大。
对水下地貌复杂水域以及水下地貌平缓水域 2 个地区的水深测量数据，采用上述 2 种不同选取原则进行水深对比，对比统计情况如表 1 所示。
表 表 1
不同选取原则应用对比统计表 项目 山海湾水域 大亚湾水域
等距随机选取 浅水点选取 等距随机选取 浅水点选取 最小水深 -0.8m -2.2m 6.5m 6.3m 最大水深 29.5m 29.03m 20.1m 19.8m
水下地貌复杂水域水下地形变化大，坡度较陡，而水下地貌平缓水域水下地形相对较为平缓。由表 1 中的数据可以看出，应用 2 种不同原则，对数据进行选取，最终得出的水深有较大的不同。水下地貌复杂水域最终选出来的图面最小水深相差达 1.4m ，而水下地貌平缓水域中的测量水深方差则达到了 13.5m。对于同一测量数据，通过采用不同的数据选取原则后，得出来的水深图有较大的区别，甚至对水深的影响可能大于规范限差要求。因此，在海洋水深测量中，需对水深数据的选取进行专门考虑，选择合适的选取原则，确保测量的原则能够满足基本的测量应用需求。
二、海洋工程测量水深点选取原则对比分析 ⒈ 水深图影响 对上述的水下地貌复杂水域以及水下地貌平缓水域，对同一区域同一次测量获得的水深测量数据，按照等距随机以及取浅点原则进行了处理，处理后得到的水深，按等深距 1m，进行水深图绘制，对比分析如图 2 和图3 所示。
图 2 水下地貌复杂水域数据水深测量对应图
图 3 水下地貌平缓水域数据水深测量对应图
2 种不同的水深数据选择原则应用后，选取数据形成的水深图具有较为明显的差别。图 2 水下地形比较复杂，按等距随机选取原则进行选取，选取结果在成图后，图面水深注记比较规整，图面比较美观，水深总体趋势比较明晰。而取浅点原则的结果则对水深浅点有较好的展现，对于水域
是否能满足通航要求，对于疏浚扫浅施工有较好的指导意义。但是图面相对较为杂乱，地形趋势不是非常清晰。
图 3 所示的水下地貌平缓水域，水深变化比较平缓，趋势比较明显，水下地形无明显突变。可以看出两种数据选取原则所形成的水深图虽然有着大体上的相似性，但是在细化分析之后发现，二者之间的等深线走势上有着明显的差别，而对于同一条等深线，在平面位置上也有明显的偏移。通过上述分析可以看出，2 种不同数据选择原则，绘制的水下地形基本趋势无太大的区别，等距随机取样图面相对较整齐美观，但是对于影响通航的浅点体现不如取浅点原则。取浅点原则对于浅点有较好的体现，但是图面比较杂乱，成图需要更多的人工处理，增加了测量工作量。
⒉ 疏浚工程量测量影响 从图 1 可以看出，应用不同的数据选取原则，对疏浚工程量计算的影响不同。以地貌复杂及地貌平缓 2 个水域为例，应用 2 种不同数据选取原则的水深图，按照同一标准进行了疏浚工程量计算，计算出的疏浚工程量统计如表 2 所示。
表 表 2 疏浚工程测量中两种原则应用的结果对比 项目 山海湾水域 大亚湾水域 等距随机选取 浅水点选取 等距随机选取 浅水点选取 工程量/m3
5077.0 7127.7 2558.8 2749.5
差值百分比/% 38.4 8.3
则进行数据处理后，计算的数据工程量存在明显的差异，而这种差异与海域的水下地形分布有关。具体来说，水下地形比较平缓，无明显突变区域，差异相对较小（水下地貌平缓水域仅相差 8.3%），而对水下地形较为陡峭，突变较多的区域，计算的工程量差异较大（水下地貌复杂水域，相差达 38.4%）。从图 1 可以看出，对于疏浚工程量的计算，采用等距随机原则，因为具有一定的随机性，存在正负补偿的可能，计算结果更为接近真实疏浚量。因此，对于主要用于疏浚计量的测量，采用等距随机取样更为适用。如果测量区域不大，数据量不大，也可以采用所有数据进行计算的方法。
三、结语 综上所述，对同一测量数据采用不同的选取原则，形成的水深测量图有较大的差异，尤其是在水下地形地貌比较复杂，突变较多的区域，这种差异更大。在海洋工程测量中应根据水下地形情况，实际应用需求，进行综合分析，选取适合的选取原则。通过本文的研究分析，对于数据选取的原则可以得出如下参考意见：
⑴对于通航测量以及疏浚扫浅，采用取浅点原则更为合理； ⑵对于疏浚计量，采用等距随机取样原则，更为准确； ⑶水深较为平缓区域，采用等距随机取样原则图面美观，且不影响疏浚，通航应用；
⑷取浅点原则还可以根据实际需要，进行适当的调整，比如以区域内水深的平均值作为该区域的代表水深； ⑸结合等距测量原则及取浅点原则对数据进行处理，可以在保证图面美观的同时，对浅点及水下障碍物也能有一定程度的表达。