1、海洋測繪HYDROGRAPHICSURVEYINGANDCHARTINGDOI：10.3969/j.issn.1671-3044.2014.02.015三峽河段表面流速流向數(shù)據(jù)處理姚明經(jīng)陳沖王紫陽*(1.長江三峽通航管理局通航工程技術(shù)中心，湖北宜昌443(X)2；2.宜昌長江三峽通航水工測量隊，湖北宜昌443002)摘要：提出了三峽河段表面流速流向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框架，制定了數(shù)據(jù)自動處理的流程，基于VB6.0實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理算法與系統(tǒng)，生成支持清華山維EPS2008的數(shù)據(jù)格式，最終生成流速流向圖。最后，通過三峽一葛洲壩兩壩間河段石牌水域四萬五千流量級表面流速流向觀測實例，驗證了該數(shù)據(jù)處理方法的準(zhǔn)確性

2、和成圖的快速性。關(guān)鍵詞：表面流速流向；前方交會；自動跟蹤;CPSRTK中圖分類號：P208文獻標(biāo)志碼：B文章編號：1671-3044(2014)02-0053-03收稿日期：2013-10-18；修回日期:2014-0M7作者簡介：姚明經(jīng)(1984.)，男，湖北宜都人，助理工程師，碩士研究生，主要從事數(shù)字航道應(yīng)用和電子江圖制作研究。1引言長江三峽通航管理局管轄范圍內(nèi)的三峽河段地理位置特殊，通航管理要求高，三峽壩區(qū)航道、錨地維護測量項目多，時間要求急，精度要求高。隨著轄區(qū)河段數(shù)字航道系統(tǒng)的建成，長江全線電子航道圖的正式公開發(fā)布，三峽河段作為其中最重要的組成部分，航道測圖頻率及數(shù)據(jù)更新任務(wù)日益繁重

3、，對航道維護測量的高質(zhì)高效帶來新的要求。表面流速流向測量是航道水文測量中一項重要的內(nèi)容，對于航道整治設(shè)計和航道維護來說不可或缺，其觀測數(shù)據(jù)量大，圖形要求規(guī)則美觀。目前主要采取測量機器人(自動跟蹤全站儀)、GPSRTK2-4或網(wǎng)絡(luò)RTK51直接測量的方式，輔以經(jīng)緯儀前方交會的方式。內(nèi)業(yè)主要采用Excel進行數(shù)據(jù)計算處理，或是可編程計算器實現(xiàn)，涉及觀測數(shù)據(jù)的取舍、計算結(jié)果的選取，造成人工操作、干預(yù)工作量比較大，過程繁瑣不夠流暢，嚴重影響工作進度。針對這一狀況，需要編制一套數(shù)據(jù)處理軟件，能夠?qū)α鲬B(tài)數(shù)據(jù)進行程式化的、最大程度減少人工干預(yù)的處理計算。本文依據(jù)航道、錨地維護測量工作中數(shù)據(jù)處理的實際問題，進

4、行三峽河段表面流速流向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框架設(shè)計和算法實現(xiàn)，開發(fā)出一套適合三峽河段表面流速流向數(shù)據(jù)處理綜合系統(tǒng)，滿足航道維護測量的高質(zhì)、高效要求。同時通過石牌水域四萬五千流量級表面流速流向數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用，對數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和成圖的快速性進行了驗證。2三峽河段表面流速流向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框架設(shè)計對于經(jīng)緯儀前方交會法觀測數(shù)據(jù),使其能自動判斷不同交會條件，有選擇地篩選交會條件最優(yōu)的觀測數(shù)據(jù)進行定位計算，對多個符合條件的定位數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理,計算最優(yōu)的交會坐標(biāo)，計算流速流向，形成可供后期成圖軟件直接調(diào)用的數(shù)據(jù)格式文件;對于智能型測量機器人跟蹤測量、GPSRTK測量方法，主要是設(shè)置數(shù)據(jù)接口，直接讀取測量數(shù)據(jù)文件，

5、形成可供后期成圖軟件直接調(diào)用的數(shù)據(jù)格式文件。根據(jù)上述思想，基于VB6.0,設(shè)計如圖1所示的三峽河段表面流速流態(tài)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的體系框架,該體系結(jié)構(gòu)主要包括資源層、數(shù)據(jù)訪問層、邏輯層和表現(xiàn)層。資源層是該架構(gòu)的基礎(chǔ)，主要包括軟件資源和硬件資源。數(shù)據(jù)訪問層，就是用于專門與數(shù)據(jù)庫進行交互，執(zhí)行數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改、顯示以及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等操作。邏輯層，即航道表面流速流向數(shù)據(jù)處理模塊，包括公共模塊和專用模塊(數(shù)據(jù)處理)。公共模塊包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)內(nèi)插3個模塊；專用模塊包括數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)方位角計算、數(shù)據(jù)匯總、交會角計算、坐標(biāo)計算、交會角判斷、互差判斷和流速計算等9個模塊。表現(xiàn)層，即系統(tǒng)界

6、面設(shè)計,為主程序界面設(shè)計和各個模塊界面設(shè)計。主程序界面包括3個子界面，分別對應(yīng)航道流速流向測量3種方式:經(jīng)緯儀前方交會法、智能型測量機器人跟蹤法和GPSRTK定位法。三峽河段出血流速流向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)娜咖狠數(shù)據(jù)添加敬抑:刑際故樞株改數(shù)抑/rihj圖I峽河段表面流速流向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)框架圖3系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)以經(jīng)緯儀前力.交會數(shù)據(jù)自動處理為例。數(shù)據(jù)自動處理主要由數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)判斷、數(shù)據(jù)后處理4個部分構(gòu)成。（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理：在表面流速流向經(jīng)緯儀前方交會法觀測中，通常假設(shè)X站（大于2站，在此設(shè)定最多為8站）同時對浮標(biāo)進行觀測，以減小觀測誤差°數(shù)據(jù)偵處理，主要包括對各測站觀測數(shù)據(jù)進行格式

7、的轉(zhuǎn)換、各測站坐標(biāo)方位角的計算以及數(shù)據(jù)的匯總各測站觀測數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)格式為度分秒“度分秒”，如“1,1,116.4348”，表示記錄編號為I,測站編號為1,觀測數(shù)據(jù)為116°43/48,因此在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，將“度.分秒”格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為“弧度”，記錄為"1,2.037323”o同時，對測站控制點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如“1,3413855.043,37514819.83,3,3412958.859,37515100.19”，表示編號為1的測站X、Y坐標(biāo)分別為（3413855.043,37514819.83）,其后視點編號為3,后視點,、Y坐標(biāo)分別為（3412958.859,3751

8、51（X）.19）。經(jīng)過坐標(biāo)方位角計算-，得到測站1相對后視點的坐標(biāo)方位角為2.838400,記錄為"1,2.838400”,最后將各測站的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果和各測站坐標(biāo)方位角相加匯總，如上例,數(shù)值相加得第一測站數(shù)據(jù),記錄為“1,4.875723”。（2）數(shù)據(jù)計算：主要是根據(jù)前方交會公式8,計算待測點P的坐標(biāo)（X,Y）o在實際觀測中，每一個待測點，通常有大于3站的經(jīng)緯儀在同時觀測，假設(shè)仃/V站.此時根據(jù)前方交會方法，就有C；個交會角，計算出每一次觀測得到的交會角，用于交會角判斷，刪除不滿足要求的數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)判斷:包括交會角判斷和互是判斷，數(shù)據(jù)判斷的目的是篩選出合適的坐標(biāo)數(shù)據(jù).每一個待測

9、點，就有C個交會角,組坐標(biāo)數(shù)據(jù)，交會角判斷原則就是根據(jù)交會角的大小，將小于30。、大于150。的交會角對應(yīng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)過濾出來，保留滿足交會角要求的坐標(biāo)數(shù)據(jù)9;氏差判斷，是在交會角判斷的基礎(chǔ)I：,將偏差很遠的數(shù)據(jù)過濾出來?；ゲ钆袛嗟脑瓌t是,對每一個測點，如果有大于3組的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，則將偏差很遠的數(shù)據(jù)過濾出來，最終保留3組坐標(biāo)數(shù)據(jù);否則,取其平均值。如圖2,經(jīng)過交會角判斷，保留r5組坐標(biāo)數(shù)據(jù)，互差，判斷就是取5組坐標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值,也就是中心點（左圖紅色的點），然后分別計算每組坐標(biāo)數(shù)據(jù)到中心點的距離，將偏離中心點最近的兩組坐標(biāo)篩選出來（虛線內(nèi)的點），依此循環(huán)it到保留3紐坐標(biāo)數(shù)據(jù)（實線內(nèi)的點），最后取

10、保州的3組坐標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值（右圖紅色的點）。圖2互差判斷示意圖（4）數(shù)據(jù)后處理:主要包括數(shù)據(jù)內(nèi)插和計算流速坐標(biāo)數(shù)據(jù)有可能存在空缺值的情況，造成這種情況的原因有兩種，一種是在觀測時,受視線遮擋、或是受測站點位置影響，有效11星數(shù)不足導(dǎo)致無法獲得固定解或是受通訊系統(tǒng)的影響,沒有任何觀測數(shù)據(jù);另一種是在交會角判斷的時候，將不符合要求的坐標(biāo)數(shù)據(jù)過濾出來，造成數(shù)據(jù)空缺。因此，要對空缺數(shù)據(jù)進行內(nèi)插,內(nèi)插的原則是均值內(nèi)捕,根據(jù)空缺值的前后數(shù)據(jù),求M平均值。計算流速，是在內(nèi)插的基礎(chǔ)上,根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及觀測時間間隔計算流速,也就是距離比時間。規(guī)定，第一條記錄,也就是起點流速設(shè)置成“9999”。與經(jīng)緯儀前方交會數(shù)

11、據(jù)動處理流程不同，智能型測世機器人跟蹤法和CPSRTK定位法數(shù)據(jù)自動處理只經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)計算兩個過程,數(shù)據(jù)預(yù)處理階段主唉是完成數(shù)據(jù)和字段的選取，數(shù)據(jù)計算階段完成數(shù)據(jù)內(nèi)插和流速計算，形成最終結(jié)果，生成支持清華山維EPS2008格式的文件。本文采用圖1的體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)自動處理流程來設(shè)計二峽河段表面流速流向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)具體的算法和界面，見圖3。圖3三峽河段表面流速流向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主界而4系統(tǒng)在石牌水域表面流速流向觀測應(yīng)用示范應(yīng)用數(shù)據(jù)來源于石牌水域，該水域流ht大、水流湍急、流態(tài)壞、流速大，給觀測T作帶來了一定的難度，本項目是三峽局兩壩間航道最大流量:級的原型觀測項目，觀測時間為2()11

12、年7月,采用全站儀跟蹤測址為主，經(jīng)緯儀前方交會法為輔進行流速流向測量。進入系統(tǒng),進行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)導(dǎo)出，導(dǎo)出到清華山維EPS中°,編碼設(shè)置為自定義的流態(tài)符號6800，并加載水沫線、航標(biāo)和通航建筑物,最終成圖見圖4。理，節(jié)省r大量:復(fù)雜的工序，極大地提高r效率，計算結(jié)果準(zhǔn)確，圖形規(guī)范美觀，使用非常方便通過石牌水域四萬五流量級表面流速流向觀測實例，驗證了數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和成圖的快速性該系統(tǒng)的投入使用，將有效提高三峽壩區(qū)河段航道維護測前質(zhì)量和效率，減輕技術(shù)人員內(nèi)業(yè).作強度,為轄區(qū)河段的安全暢通，提供翔實科學(xué)的航道、錨地維護測植原型觀測資料。圖4石牌水域四萬R流技級表面流速流向圖傳

13、統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法需要一周左右，現(xiàn)在縮減為2天，目.計算結(jié)果準(zhǔn)確。本方法簡化K數(shù)據(jù)處理的流程，提高K效率，能夠1'1動計算出每條測線流程、最大、最小和平均流速。為三峽一葛洲壩兩壩間航道汛期通航水流條件進行系統(tǒng)性原型觀測，進行全河段代表船舶(隊)的實船試驗，為優(yōu)化和完善通航管理、交通組織、安全保障、航標(biāo)配布、航道整治、設(shè)施建設(shè)等提供數(shù)據(jù)支持。5結(jié)束語本文設(shè)計K一個三峽河段表面流速流態(tài)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的體系框架，針對不同的觀測方法,實現(xiàn)r相應(yīng)的數(shù)據(jù)門動處理。通過VB編程實現(xiàn)對表面流速流向數(shù)據(jù)的處理功能，能夠進行大仙數(shù)據(jù)的批址處參考文獻：|杜亞南，浦澤良.長江下游“沙”航道整治I：程表面流速流向觀測

14、J.海洋測繪,2006,26(I)：47-49.2章茂林.GPS在水面流速流向測量中的應(yīng)用J.水利水文自動化,2006(1):33-35.3錢蘇芬，涂瑤，陳先國.GPS/GPRS技術(shù)在水ifil流速、流向測屋中的應(yīng)用J.中國水運.2011(11):15.4 陸歷富.RTK技術(shù)在表面流向及流速測/中的應(yīng)用J.西部交通科技,2006(6):19.5 李昱.基F網(wǎng)絡(luò)RTK的水Ifii流速流向測量系統(tǒng)研究J.現(xiàn)代測繪,2013,36(2)：33.35.6 張科.精密空間前方交會計算的可編程計算器實現(xiàn)J.測繪工程,2009,18(I)：6870E坤,張勁松.川Z1：河流的流速流向計算與成圖效率C/中國航

15、海學(xué)會航標(biāo)專業(yè)委員會測繪學(xué)坦學(xué)術(shù)研討會學(xué)術(shù)交流論文集,2009.7 佟彪.VB語言與測量程序設(shè)計M.北京：中國電力出版社,2007.8 郭振平.兩點前方交會的粘度分析J.輕金屆,2005(12)：69.9 北京清華山維新技術(shù)開發(fā)仃限公司.EPS2OO8地理信息工作站使用說明書R1.2010.ThreeGorgesChannelSurfaceCurrentVelocityandDirectionDataProcessYAOMingjing1,2tCHENChong1,2,WANGZhiyang12(I.ThreeGorgesNavigationAuthorityNavigationEnginee

16、ringTechnologyCenter,Yichang443(X)2,China；2.YichangThreeGorgesNavigationHydraulicEngineeringSurveyTeam,Yichang443(X)2,China)Abstract:Inthispaper,aframeworkofThreeGorgeschannelsurfacecurrentvelocityanddirectiondataprocessingsystemisdiscussed.Furthermore,acorrespondingstrategyofautomaticdataprocessingisproposed,andaspecificalgorithmandsystemsaredesignedandimplementedbasedonVB6.0,thenamapismadebyEPS2008.Finally,demonstrationapplicationiscarriedoutonthesurfacecurrentvelocityand