基于折線逼近法處理水位遙測數(shù)據(jù)的研究

呂 哲

（柳州水文中心，廣西 柳州 545000）

近年來，隨著科技進(jìn)步，水文監(jiān)測自動化、信息化建設(shè)不斷推進(jìn)，水文監(jiān)測方式、水文信息處理與傳統(tǒng)水文有了革命性改變。全量程、全要素、全自動標(biāo)準(zhǔn)化水文站網(wǎng)不斷建設(shè)織密，海量的水文數(shù)據(jù)匯聚到水文信息中心。做好水文的服務(wù)和支撐是第一位的，水文中心（測）站面對紛繁的測報(bào)任務(wù)，需要做好“日清月結(jié)”，按規(guī)范要求完成好水文資料整編常規(guī)工作。

以水位數(shù)據(jù)采集為例，每隔5 min自動采集一組水位數(shù)據(jù)，每天有288組數(shù)據(jù)，一年就有10.5萬多級數(shù)據(jù)。將來可能還要求每分鐘都能有實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，只有足夠多的數(shù)據(jù)才能正確完整模擬天然河流水位變化過程。數(shù)據(jù)量的增大，提高監(jiān)測的精準(zhǔn)度，同時也給數(shù)據(jù)的處理提出了挑戰(zhàn)。如何能在大量的水文監(jiān)測數(shù)據(jù)中選出最少的節(jié)點(diǎn)，使之既能反映實(shí)際變化過程，又能滿足各種整編成果的計(jì)算精度和規(guī)范要求，“折線逼近法”結(jié)合人工干預(yù)，可以花較少的時間做到“日清月結(jié)”。

1 逼近法原理

“折線逼近法”就是在每5 min的遙測水位過程線（以下簡稱“遙測線”）上找出控制點(diǎn)連成折線過程線，并讓其與“遙測線”相比較，當(dāng)兩者相差Δt較大時，通過不斷增加摘錄點(diǎn)次，使其不斷逼近“遙測線”。折線逼近法原理見圖1。

圖1 折線逼近法原理示意圖

2 程序化處理的應(yīng)用實(shí)例

以黃冕水文站遙測水位線與折線逼近法生產(chǎn)對照圖為例，黃冕水文站2021年9月15日遙測水位線與折線逼近法生成線對照圖見圖2。

圖2 黃冕水文站2021年9月15日遙測水位線與折線逼近法生成線對照圖

具體實(shí)現(xiàn)步驟：

（1）水位訂正。將所有當(dāng)天人工觀測的水位，包括測流、測沙、測斷面時觀測的水位，按照91 408（空格）93.71在錄入文本框輸入。水位整編時，人工觀測水位與遙測水位一定要有關(guān)聯(lián)，才能確保水位資料的正確性。

（2）人工干預(yù)。在過程線上人工增、刪節(jié)點(diǎn)，從而達(dá)到折線無限逼近遙測線。在一些水位變化頻繁的水文站如受閘壩影響的水文站，水位變化急劇，程序通過簡單鼠標(biāo)單擊的人工干預(yù)，就能達(dá)到較好的效果。判斷的標(biāo)準(zhǔn)就是對照所有遙測點(diǎn)參與計(jì)算的日平均水位與折線的日平均水位是否一致或者在允許誤差范圍內(nèi)。

移動鼠標(biāo)到繪圖區(qū)，鼠標(biāo)沿遙測線移動，會自動捕捉到遙測線的節(jié)點(diǎn)，同時右邊的列表框會高亮顯示捕捉到的節(jié)點(diǎn)，要繪圖區(qū)雙擊鼠標(biāo)，該節(jié)點(diǎn)就會被摘錄。在摘錄點(diǎn)列表框，若不需要某節(jié)點(diǎn)，只需在列表框用鼠標(biāo)雙擊該節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)就會從摘錄表中刪除，重得檢查，直至兩個系列計(jì)算的日平均水位一致，兩條線接近重合。

（3）實(shí)例計(jì)算

對柳州水文中心水位變化比較復(fù)雜的柳城水文站8月16日～9月15日1個月實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果見表1。

表1 柳城水文站8月16日～9月15日逐日平均水位表

8月30日8月31日9月1日9月2日9月3日9月4日9月5日9月6日9月7日9月8日9月9日9月10日9月11日9月12日9月13日9月14日9月15日92.83 92.80 92.63 92.91 92.72 92.69 92.78 92.83 93.02 92.73 92.81 92.72 92.75 92.84 92.81 92.80 92.71 92.83 92.80 92.63 92.91 92.72 92.69 92.78 92.83 93.01 92.73 92.81 92.72 92.75 92.84 92.81 92.80 92.72 00000000 00 0.01 0.01 0000000-0.01 92.72 92.80 92.75 92.75 92.79 92.73 92.76 92.80 92.85 92.78 92.79 92.79 92.77 92.83 92.81 92.79 92.74 92.72 92.80 92.74 92.75 92.79 92.73 92.76 92.80 92.85 92.78 92.79 92.79 92.77 92.83 92.81 92.79 92.74 00000000000000 12 16 11 9 11 11 17 13 17 13 10 9 11 18 16 15 14

從表1可以看出，用折線逼近法最后精簡出的水位過程線的節(jié)點(diǎn)（水位摘錄點(diǎn)）僅440個，比實(shí)測點(diǎn)少8928個，僅占實(shí)測點(diǎn)總數(shù)的4.70%。模擬水位過程計(jì)算的日平均水位與原始實(shí)測水位過程計(jì)算的日平均水位最大誤差為l cm，滿足規(guī)范（2 cm內(nèi)）要求，達(dá)到在不失真的情況下用較少的控制點(diǎn)表達(dá)實(shí)測水位過程的目的。從8月16日～9月15日31 d時間內(nèi)只有8月18日有個突變水位需要人工干預(yù)，柳城水文站水位變幅不大，但由于受下游僅3 km的大埔水電站放水發(fā)電的影響，水位波動較大，水位摘錄難度大，程序能很好適應(yīng)復(fù)雜水位變化情形，基本不用人干預(yù)就能很好地?cái)M合遙測水位過程。

3 結(jié)語

水位數(shù)據(jù)是水文資料整編中數(shù)據(jù)量最大，也是最容易出現(xiàn)錯誤且不易發(fā)現(xiàn)。本文通過引入折線逼近法，結(jié)合人工干預(yù)，將人工觀測水位與遙測水位關(guān)聯(lián)，能很好地解決了水文資料整編工作中水位數(shù)據(jù)精簡問題。通過圖表的形式直觀地進(jìn)行水位訂正、摘錄，測站職工可以做到水文資料“日清月結(jié)”，確保水文資料能滿足各種整編成果的計(jì)算精度和規(guī)范要求。