航道測量中地形圖改化水深圖的方法探討

郝芷依

摘 要：本項(xiàng)目在沒有對原始水深數(shù)據(jù)處理的情況下，利用地表圖與水深圖的關(guān)系，通過對水文數(shù)據(jù)的推求和應(yīng)用，在圖面上將地形圖改化為水深圖。利用地形數(shù)據(jù)改化形成水深圖，采用的技術(shù)方法合理，符合規(guī)范要求，節(jié)約人力物力。本項(xiàng)目的可參照性強(qiáng)，可在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：改化；地形圖；水深圖；設(shè)計(jì)水位；斷面；比降

引言

在航道測量中，根據(jù)設(shè)計(jì)單位的要求提供水下地形圖或水深平面圖，也有這樣的情況發(fā)生，前期要求提供水下地形圖，在后期會有應(yīng)用同河段水深平面圖的可能。遇到這樣的情況，為避免人力、財(cái)力的浪費(fèi)，亟待找到一種方法通過二者的聯(lián)系將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，經(jīng)過探討，可將地形圖改化為水深圖，并經(jīng)過實(shí)際案例的應(yīng)用，獲得成功。

1 原理

將地形圖數(shù)據(jù)改化為水深圖，是應(yīng)用設(shè)計(jì)水位直接進(jìn)行圖上斷面高程改正，求得水深。傳統(tǒng)的水深圖形成，不僅需要設(shè)計(jì)水位，而且還要進(jìn)行瞬時(shí)水位聯(lián)測，并采用線性內(nèi)插法求算改正數(shù)，改正施測水深得到圖上水深。相比之下，直接利用地形圖數(shù)據(jù)改化為水深，僅需要設(shè)計(jì)水位數(shù)據(jù)，只要設(shè)計(jì)水位準(zhǔn)確，其成果就能滿足精度要求。

采用這種方式所具備的條件是：

a.有完整的河床地形圖；

b.特定水位下全河段的比降資料；

c.可靠的水位站資料。

由此可見，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是全河段設(shè)計(jì)水位推算在圖上應(yīng)用，設(shè)計(jì)水位推算可由我單位技術(shù)人員自行推算，用水位站點(diǎn)校核方法進(jìn)行合理化趨近，以滿足精度要求。

2 數(shù)據(jù)處理流程

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)推算。利用河流比降資料，結(jié)合區(qū)段內(nèi)各航道參數(shù)，推算各段設(shè)計(jì)水位，為河床地形數(shù)據(jù)改化提供可靠依據(jù)。

（2）地形圖數(shù)據(jù)整理與編輯。在源圖上將數(shù)據(jù)進(jìn)行合理抽稀，刪除河道外數(shù)據(jù)，滿足電子圖制作之用途。

（3）數(shù)據(jù)批量處理。將圖上整理編輯后的高程數(shù)據(jù)，應(yīng)用Access數(shù)據(jù)庫軟件，進(jìn)行批量處理，滿足高程數(shù)據(jù)改化為水深數(shù)據(jù)之要求。

（4）圖上斷面劃分。根據(jù)推算的設(shè)計(jì)水位，設(shè)計(jì)梯度改正區(qū)間，確定斷面改正數(shù)據(jù)，以保證水深改正精度。

（5）高程數(shù)據(jù)改化。按標(biāo)示的斷面改正數(shù)據(jù)，對圖上高程數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，變?yōu)楹降浪钪怠?/p>

（6）水深圖編輯。建立水深數(shù)字模型（DEM），生成并編輯等深線。

3 實(shí)際案例應(yīng)用

根據(jù)我局規(guī)劃要求，生產(chǎn)松花江上游電子航道圖，需要水深平面圖資料，此河段只有河床地形圖數(shù)據(jù)，通過上述的方法將其進(jìn)行改化，形成完整的水深平面圖，滿足生產(chǎn)電子航道圖的要求。

這是一項(xiàng)系統(tǒng)工作，按上述流程合理組織人力，自上游至下游方向，分塊工作。根據(jù)項(xiàng)目內(nèi)容，人員組織如下：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)推算2人；地形圖數(shù)據(jù)整理與編輯4人；數(shù)據(jù)批量處理2人；圖上斷面劃分2人；高程數(shù)據(jù)改化4人；水深圖編輯4人。

技術(shù)方法如下：

（1）推算設(shè)計(jì)水位

在232公里航段內(nèi)，比降點(diǎn)34個(gè)，均位于航道主河道區(qū)，點(diǎn)平均間距6.8公里。設(shè)計(jì)水位推算采取比降內(nèi)插入法，工作內(nèi)容如下：

a.合理選取比降點(diǎn)。一是考慮比降數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的河段水文特征，特別是考慮大頂子樞紐回水區(qū)及至以下區(qū)段；二是滿足水深圖的精度。

b.選擇水位參考站?；诟叱滔到y(tǒng)和控制區(qū)段，參考站應(yīng)用1995年施測的水文資料，分別選擇在區(qū)段上端和中下端。

c.設(shè)計(jì)水位檢查。本區(qū)段可作為設(shè)計(jì)水位檢查的原有參考數(shù)據(jù)只有兩個(gè)，分別位于松上80公里和137公里，受大頂子庫區(qū)和高程系統(tǒng)的影響，只有松上137公里設(shè)計(jì)水位數(shù)據(jù)可供使用。為保證推算結(jié)果科學(xué)，我們采取獨(dú)立推算、逐步趨近的方式。

（2）水深斷面劃分

水深斷面劃分直接影響水深的改化精度，按《水運(yùn)工程測量規(guī)范》對水深改正要求，本項(xiàng)目水深斷面梯度小于5cm。同時(shí)，在分汊河段，為避免產(chǎn)生“回流”現(xiàn)象，采取有效措施，一是斷面垂直河流走勢；二是分汊河段的入口與出口水位，與主河道相應(yīng)位置水位相一致，而不考慮分汊段的長度變化。

（3）數(shù)據(jù)改化

數(shù)據(jù)改化分設(shè)計(jì)兩個(gè)步驟，一是先借助EPSW全息軟件，按水深劃分的區(qū)間，采用“多邊形圈定范圍”的方法，分塊改化；二是將改化后的全部數(shù)據(jù)入庫，進(jìn)行批量處理，生成水深數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)學(xué)改化模型為：

hm=Hd-Hm

hm-圖上水深；Hd-設(shè)計(jì)水位；Hm-地形圖數(shù)據(jù)

（4）水深圖編輯

采用專業(yè)繪圖軟件，編輯繪制水深圖，其主要內(nèi)容為：

a.建立水深數(shù)字模型（DEM），生成并編輯等深線；

b.保留原地形圖的航道設(shè)施、跨河建筑物、過江電纜等，按要求進(jìn)行標(biāo)繪；

c.對非水域數(shù)據(jù)合理取舍。

本項(xiàng)目是首次利用前述原理進(jìn)行生產(chǎn)并完成電子航道圖制作的，無需外業(yè)工作，人員投入較少，平行工作，各工序銜接密切。進(jìn)一步優(yōu)化環(huán)節(jié)內(nèi)容和步驟，可作為今后數(shù)據(jù)處理的生產(chǎn)模式。

4 應(yīng)用情況

本項(xiàng)目自2012年11月1日開始實(shí)施，2013年3月31日全部工作結(jié)束，歷時(shí)5個(gè)月。其中數(shù)據(jù)處理和地形補(bǔ)繪在哈爾濱完成，歷時(shí)三個(gè)半月，形成的水深平面圖滿足制作電子圖的需要，電子圖制作在大連完成，并經(jīng)檢查和修改，歷時(shí)1個(gè)半月。

通過本項(xiàng)目工作，利用已有河床地形圖改化為水深圖，其原理可行，流程上趨于成熟，這為今后同類型工作起到了示范作用。由于引入設(shè)計(jì)水位，將河床地形圖與航道水深圖聯(lián)系起來，二者轉(zhuǎn)換過程是可逆的，即水深圖也可以改化為相應(yīng)的地形圖，進(jìn)一步優(yōu)化這種模式，加密水位斷面數(shù)，縮小斷面間距，盡量減小的水位改正梯度值，可有效提高改化精度。這種方法可以推廣至航道測量數(shù)據(jù)處理多方面工作，適合較大規(guī)模淺灘整治工程測量數(shù)據(jù)處理，滿足航道養(yǎng)護(hù)與管理之需要。

參考文獻(xiàn)

[1]長江航道局.內(nèi)河航道測量[M].人民交通出版社，1982.endprint