水深測(cè)量中的水位改算程序開發(fā)

楊欣程+楊松

摘 要：水深測(cè)量的工程項(xiàng)目中，水位改算是必不可少和至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。文章針對(duì)不同測(cè)量區(qū)域，在設(shè)置不同個(gè)數(shù)的水位站情況下，從單水位站、雙水位站、三水位站、多水位站水位改算等方法，進(jìn)行了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軟件開發(fā)。通過實(shí)例應(yīng)用可提高水深測(cè)量數(shù)據(jù)的處理效率。

關(guān)鍵詞：水深測(cè)量；水位改算；程序設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U612 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）06-0032-02

水深測(cè)量的水位改算，計(jì)算方法繁瑣，工作量大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為提高水深測(cè)量數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化程度，減少測(cè)繪人員內(nèi)業(yè)工作量，本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行了軟件的開發(fā)，針對(duì)水位改算中的不同個(gè)數(shù)的水位站的改算方法進(jìn)行了探討，并編制出相應(yīng)軟件，使之能適應(yīng)各種復(fù)雜的測(cè)區(qū)水位控制情況。

1 水位改算原理與方法

在河口海灣、河道水下地形測(cè)量中，河底高程是根據(jù)回聲測(cè)深儀測(cè)得的實(shí)測(cè)水深與相應(yīng)的水位求得的：

公式中，G為河底高程；Z為某一基面以上的水位；H為測(cè)點(diǎn)施測(cè)時(shí)的水深。

因此，測(cè)點(diǎn)高程的精度取決于該點(diǎn)水位與實(shí)測(cè)水深的精度。若所用定位與測(cè)深設(shè)備精度較高，則河底高程G的精度就主要決定于測(cè)點(diǎn)水位的精度。

在寬度不大的潮汐河道中，兩相鄰站之間的水位可按距離線性內(nèi)插求得。河口和海灣水域的寬度通常較大，水位不僅有縱向變化，可能還有明顯的橫向變化，在計(jì)算測(cè)點(diǎn)水位時(shí)，必須考慮水位的這種橫向變化。

計(jì)算施測(cè)點(diǎn)在施測(cè)時(shí)刻t下，參與計(jì)算的水位站t時(shí)刻下的水位。根據(jù)時(shí)間進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算t時(shí)刻下，單個(gè)水位站的水位。單個(gè)水位站所測(cè)水位是某一個(gè)時(shí)間序列下的水位變化：

給定t時(shí)刻，在上述時(shí)間序列判斷t時(shí)刻位于tk、tk+1之間或者t時(shí)刻與tk時(shí)刻相等。再根據(jù)時(shí)間差值進(jìn)行內(nèi)插，求得t時(shí)刻下單個(gè)水位站的水位。

1.1 雙站水位改算

對(duì)于橫比降較小的河段，可采用線性插補(bǔ)進(jìn)行水位改算。

由圖1中的A1、A2（兩個(gè)水位站）和P點(diǎn)（水下測(cè)點(diǎn)）坐標(biāo)，可求得P點(diǎn)A1A2直線的垂點(diǎn)A3的坐標(biāo)，然后在直線A1A2上按照距離內(nèi)插得到A3的水位：

式中，SA1A3為A1與A3之間的距離；SA1A2為A1與A2之間的距離。

1.2 三水位站改算

對(duì)于三水位站改算的方法，如果考慮橫比降時(shí)可以采用二步內(nèi)插法或者三角形單元面積加權(quán)法進(jìn)行水位改算。判斷實(shí)測(cè)P點(diǎn)在三個(gè)水位站構(gòu)成三角形A1A2A3的內(nèi)部還是外部，如果在外部，可選取河岸同側(cè)的兩個(gè)水位站參與計(jì)算，按照雙水位站的計(jì)算方法，如果在內(nèi)部，可按照三水位站方法進(jìn)行計(jì)算，如下：

（1）二步內(nèi)插法計(jì)算P點(diǎn)的水位：

A1、A2、A3代表三個(gè)水位站，對(duì)應(yīng)的某時(shí)刻水位分別為Z1、Z2、Z3。如果P點(diǎn)位于三角形A1A2A3內(nèi)，則對(duì)于P點(diǎn)的水位Zp計(jì)算如下：

第一步：根據(jù)A2與A3某時(shí)刻的水位利用距離內(nèi)插計(jì)算出A1P與A2A3交點(diǎn)A4點(diǎn)該時(shí)刻下的瞬時(shí)水位。

第二步：根據(jù)A1與A4該時(shí)刻下水位利用距離內(nèi)插計(jì)算P點(diǎn)該時(shí)刻下的瞬時(shí)水位。

（2）三角形單元面積加權(quán)法計(jì)算P點(diǎn)的水位：

A1、A2、A3代表三個(gè)水位站，對(duì)應(yīng)的某時(shí)刻水位分別為Z1、Z2、Z3。如果P點(diǎn)位于三角形A1A2A3內(nèi)，則對(duì)于P點(diǎn)的水位Zp可以按照三角形面積加權(quán)法計(jì)算：

1.3 多水位站改算

例如在湖泊地區(qū)可采用距離加權(quán)法進(jìn)行水位改算，湖面廣闊橫比降情況不易掌握，此時(shí)的水位改算可采用距離加權(quán)法。

設(shè)A1、A2、A3、A4四個(gè)水位站某時(shí)刻水位分別為Z1、Z2、Z3、Z4，則P點(diǎn)的水位可由P點(diǎn)至四個(gè)已知水位點(diǎn)距離的倒數(shù)加權(quán)求得，設(shè)P點(diǎn)至上述四點(diǎn)的距離分別為SA1、SA2、SA3、SA4，則P點(diǎn)的水位為：

（公式6）

由上述四個(gè)水位站計(jì)算施測(cè)點(diǎn)瞬時(shí)水位，進(jìn)而可推出N（N>=4）個(gè)水位站計(jì)算P點(diǎn)瞬時(shí)水位的方法。

2 水位改算程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)水位改算算法，設(shè)計(jì)水位改算程序輸入、輸出文件類型及格式。本次程序開發(fā)主要以autocad dwg格式為底圖，底圖所包含數(shù)據(jù)應(yīng)有河道中心線、臨時(shí)水位站位置點(diǎn)、水深測(cè)量測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

此文件為軟件的輸出文件，存在的意義在于方便各級(jí)審查，因此所包含的信息要盡可能的齊全，包括的字段為測(cè)點(diǎn)點(diǎn)名、施測(cè)日期、施測(cè)時(shí)間、北坐標(biāo)、東坐標(biāo)、測(cè)時(shí)水深、測(cè)時(shí)水位、河底高程、備注。各字段間采用tab或者逗號(hào)分隔。

3 程序開發(fā)及應(yīng)用

本程序以.NET為平臺(tái)，采用C#語言操作ActiveX_automation CAD進(jìn)行開發(fā)，程序設(shè)計(jì)主界面如圖6所示：

程序可導(dǎo)入不同儀器的原始測(cè)點(diǎn)文件，進(jìn)行中間格式轉(zhuǎn)換為計(jì)算需要的水下測(cè)點(diǎn)文件中間格式。程序設(shè)計(jì)不同個(gè)數(shù)水位站進(jìn)行水位推算的方法，在CAD圖中選擇河道中心線獲取中心線的坐標(biāo)信息，同時(shí)選擇水位站點(diǎn)可獲取水位站的位置坐標(biāo)信息，選擇對(duì)應(yīng)水位站的水位數(shù)據(jù)文件。此程序可將數(shù)據(jù)與圖形結(jié)合，如圖7所示，可在CAD圖中選擇計(jì)算的水位站數(shù)據(jù)和河道中心線。

4 總結(jié)

本程序在長(zhǎng)江河段、湖泊水深測(cè)量工程中，得到了實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)過軟件自動(dòng)處理的水位數(shù)據(jù)與人工進(jìn)行斷面改算所得的水位進(jìn)行比較，水深差值均在水深測(cè)量精度0.1米以下，具有較高水位處理精度，能夠滿足水深測(cè)量的相關(guān)規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)水利部.SL257-2000《水道觀測(cè)規(guī)范》[S].北京.中國(guó)水利水電出版社，2001.

[2]李貴生，柳長(zhǎng)征，車兵，張偉軍.基?于?H?y?p?a?c?k?軟?件?水?位?推?算?的?應(yīng)?用[J].水利水電快報(bào)，2012（33）：22-24.

[3]葉境湖，李俊位.港口水深測(cè)量中的水位改正方法[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)， 2015（24）：37-38.

[4]黎學(xué)宇.水深測(cè)量中水位數(shù)據(jù)處理方法及程序開發(fā)[J].水運(yùn)工程，2009（7）：154-156.

[5]李冠億.深入淺出AutoCAD.NET二次開發(fā)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.