水位數(shù)據(jù)處理計(jì)算程序開(kāi)發(fā)和編制

水位數(shù)據(jù)處理計(jì)算程序開(kāi)發(fā)和編制上海達(dá)華測(cè)繪公司壽順寶摘要：針對(duì)在水運(yùn)工程水深測(cè)量中遇到水位控制、水位改正的實(shí)際問(wèn)題，提出了水位加權(quán)系數(shù)平均值計(jì)算方法，并應(yīng)用vissualBasic6.0編寫(xiě)計(jì)算程序。該方法的應(yīng)用是對(duì)傳統(tǒng)作業(yè)方法的一大改進(jìn)，免去了人工繪制聯(lián)合潮位曲線，提高讀取水位值的準(zhǔn)確度和分辨率。關(guān)鍵詞：水位數(shù)據(jù)處理程序開(kāi)發(fā)編制前言水位改正是水深測(cè)量工作中的重要部分。為了正確表示水底形態(tài)，需要將瞬時(shí)水面測(cè)得的深度化算到深度基準(zhǔn)面起算的深度。水位改正的方法較多，在水運(yùn)工程水深測(cè)量中，大部分采用分帶法。因?yàn)榉謳Хㄟm用潮差線和相同潮時(shí)線基本上與岸線垂直的測(cè)區(qū)，同時(shí)要求相鄰水位站之間距離要滿足最大潮差不大于lm、最大潮時(shí)差不大于2m,否則須增設(shè)定點(diǎn)水位站或采用其他解析法。分帶方法一般可分三種：?jiǎn)握痉謳桓恼?；雙站分帶水位改正；三角（三站）分帶改正。單站水位改正、雙站水位改正往往是繪制測(cè)區(qū)鄰近水位站的水位曲線圖進(jìn)行分區(qū)、分帶內(nèi)插水位改正,而三角分帶改正是采用模擬法,一般將測(cè)區(qū)按一定的比例縮小,使三個(gè)水位站和測(cè)區(qū)能繪制在同一幅圖上,用模擬桿分別豎插在三個(gè)水位站上,用某時(shí)刻的水位讀數(shù)或潮高值模擬瞬時(shí)該時(shí)刻海平面進(jìn)行分區(qū)分帶內(nèi)插水位改正,直接用幾何法量取測(cè)深點(diǎn)在這模擬瞬時(shí)海平面上的水位值或潮高,這就是所謂的“三角分帶法”。在實(shí)際操作中這個(gè)方法由由于受客觀條件的限制和實(shí)際需要,水位站的布設(shè)密度一般是不足的,對(duì)測(cè)區(qū)面積較大的測(cè)區(qū)而言,當(dāng)潮汐傳播存在縱橫向比降時(shí),使得“模擬法”的三角分帶有許多麻煩和操作誤差難以達(dá)到精度要求,故“三角分帶法”在生產(chǎn)過(guò)程控制中難以應(yīng)用。近年來(lái),引進(jìn)了HYPACKMAX水道測(cè)量軟件,雖然能在水位改正的自動(dòng)化處理取得了比較滿意的效果,但是,在進(jìn)行水位數(shù)據(jù)處理時(shí),只能采用建立單站水位曲線的方法進(jìn)行水位改正,對(duì)于在同一測(cè)區(qū)必須使用二個(gè)或二個(gè)以上水位站進(jìn)行分帶改正的水位數(shù)據(jù)無(wú)法處理。為此，在這種情況下我們?nèi)圆捎脗鹘y(tǒng)方法，傳統(tǒng)的做法是：根據(jù)整點(diǎn)或半點(diǎn)水位觀測(cè)值，先在厘米方格紙上人工繪制組合(一條或多條)水位曲線圖，要求非觀測(cè)時(shí)刻的水位改正值，在組合水位曲線圖上摘取瞬時(shí)潮高(或潮位)值，然后人工將潮高(或潮位)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這種方法，對(duì)于大潮汛、潮差大的時(shí)段分帶改正，免不了會(huì)出現(xiàn)一些“跳帶”現(xiàn)象，造成局部區(qū)域潮位修正失真。于是，開(kāi)發(fā)和編制加權(quán)系數(shù)平均值計(jì)算法確定測(cè)深點(diǎn)的水位改正值的方法。加權(quán)系數(shù)平均值的計(jì)算理論依據(jù)及條件和數(shù)學(xué)模型在感潮河口段往往由于受水下地貌形態(tài)和河岸狀態(tài)的影響，水位的推移速度要比外?？斓亩?，除某點(diǎn)正處在潮汐的高潮或低潮時(shí)間外，該點(diǎn)的瞬時(shí)水位與其測(cè)區(qū)內(nèi)潮波同相的各水位站的水位是呈相關(guān)關(guān)系，即各站間潮時(shí)和潮高變化與距離成正比。此外，在有限的感潮河口范圍內(nèi)，視同相潮波點(diǎn)的集合為一個(gè)空間平面。故將瞬時(shí)海面視作平面，測(cè)深定位點(diǎn)到任何一個(gè)水位站沿線瞬時(shí)水位變化是呈線性關(guān)系的。因此，測(cè)深定位點(diǎn)的水位值可以用具有相關(guān)關(guān)系的水位站的瞬時(shí)水位加權(quán)平均值來(lái)表示，于是，建立數(shù)學(xué)模型如式(1)所示。H(x,y,t)=K*h(x,y,t) (1)iii式中：Hi(x,y,t)--為測(cè)深定位點(diǎn)的瞬時(shí)潮位值；hi(x,y,t)--為第i個(gè)潮位站的瞬時(shí)潮位值;Ki--為第i個(gè)潮位站的加權(quán)系數(shù)。i加權(quán)系數(shù)(K.)應(yīng)滿足以下條件：i各站間的潮時(shí)和潮高變化與距離成正比。由于離水位站距離不同,加權(quán)系數(shù)對(duì)測(cè)深定位點(diǎn)影響也不同，所以，水位站的加權(quán)系數(shù)K.與i該站到測(cè)深定位點(diǎn)的距離d.成反比，即K.=1/d..測(cè)深定位點(diǎn)離水位iii站越近，加權(quán)系數(shù)K.越大。.h.是從深度基準(zhǔn)面起算的同相潮高.3．加權(quán)系數(shù)應(yīng)為不大于1的正實(shí)數(shù)。4．加權(quán)系數(shù)和等于1。5．當(dāng)測(cè)深定位點(diǎn)無(wú)限接近某一水位站時(shí),該站的加權(quán)系趨于1,而其余水位站的加權(quán)系數(shù)趨于零。根據(jù)《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》，為滿足計(jì)算水位的精度要求，水位站的布設(shè)可根據(jù)港口的實(shí)際情況，盡量分布合理，例如：長(zhǎng)江口測(cè)區(qū)從吳淞口到長(zhǎng)江口燈船，布設(shè)有吳淞、長(zhǎng)興、橫沙、北槽中、中浚、牛皮礁、綠華山等水位站，對(duì)于某一測(cè)深定位點(diǎn)，水位改正值可根據(jù)實(shí)際情況采用一個(gè)或二個(gè)、或三個(gè)水位站的瞬時(shí)水位加權(quán)平均計(jì)算。表（一）列出了二個(gè)、三個(gè)水位站加權(quán)系數(shù)的計(jì)算公式。二個(gè)、三個(gè)水位站加權(quán)系數(shù)的計(jì)算公式表表（一）站數(shù)二個(gè)站三個(gè)站滿足條件0WK21i￡也=1件叫沁=10WK21iKl：K2：K3=1/d1：1/d2：1/d3K1+k2+k3=1加權(quán)系數(shù)0=5+0K1=d2/DK2=d1/DD=(d1*d2)+(d2*d3)+(d3*d1)K]=(d2*d3)/DK2=(d3*d])/DK3=(d]*d2)/D加權(quán)潮位平均值H=K*H11aH2=k2*HbHit=Hl+H2point 1 2H=K*H11aH2=K2*HbH3=￡*HcH.t=H1+H2+H3圖形A嚴(yán)中ointBA/L^°int程序結(jié)構(gòu)在某一測(cè)區(qū)進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，水位站是相對(duì)固定的，而測(cè)深點(diǎn)是隨著測(cè)量船在測(cè)深線上移動(dòng)而形成軌跡，因而測(cè)深點(diǎn)到各水位站的距離也是不相同的，對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)也是個(gè)變量，已知水位站的坐標(biāo)和在各測(cè)深線上不斷變化的每一測(cè)深點(diǎn)的坐標(biāo)，則可計(jì)算出每個(gè)測(cè)深點(diǎn)到潮位站的距離，從而可根據(jù)測(cè)深定位的時(shí)間和以此時(shí)間對(duì)應(yīng)的

各潮位站的瞬時(shí)水位值，計(jì)算確定相關(guān)數(shù)據(jù)，利用VB6.0編程求取實(shí)時(shí)測(cè)深點(diǎn)潮位加權(quán)平均值，見(jiàn)《潮位自動(dòng)數(shù)據(jù)處理計(jì)算程序》結(jié)構(gòu)框圖。輸入使用的潮位站坐標(biāo)1F建立潮位文件、夕小業(yè)米集數(shù)據(jù)文件—jt計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制恭汀位曲線圖1A r讀取潮位文件.測(cè)深定位點(diǎn)位置信息1r計(jì)算測(cè)深點(diǎn)至相應(yīng)潮位站距離L計(jì)算測(cè)深定位點(diǎn)節(jié)料立加權(quán)平均值r計(jì)算測(cè)深定位點(diǎn)圖載水深生成繪圖文件圖一.計(jì)算程序結(jié)構(gòu)框圖按上述計(jì)算程序框圖的思路，應(yīng)用VB6.0編制的《潮位自動(dòng)數(shù)據(jù)處理計(jì)算程序》，供測(cè)量作業(yè)應(yīng)用。水深教據(jù)處理的實(shí)用性與精度《水運(yùn)工程測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)潮位自動(dòng)數(shù)據(jù)處理計(jì)算程序》的應(yīng)用是對(duì)傳統(tǒng)作業(yè)方法的一大改進(jìn)，它將免去目前人工繪制聯(lián)合潮位曲線圖,可以減少人為繪圖和摘取潮位值的誤差。例如，就長(zhǎng)江口52km深水航道1：10000測(cè)圖測(cè)量而言，一次測(cè)量任務(wù)至少需要采集約15000個(gè)的測(cè)深定位點(diǎn)，應(yīng)用該程序進(jìn)行水深數(shù)據(jù)編輯處理，一個(gè)人在20分鐘之內(nèi)就能全部完成水位改正工作。根據(jù)《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》要求，在組合水位曲線圖上人工讀取水位值時(shí)，按四舍五入法讀數(shù)原則，水位值讀到0.1m，而采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行水位加權(quán)平均值計(jì)算處理可使潮位取值精度達(dá)到0.01m,從而使水深值的精度比原來(lái)人工處理提高10倍，這對(duì)于提高疏浚工程土方量計(jì)算的準(zhǔn)確度來(lái)說(shuō),其意義是十分重要的。在長(zhǎng)江口水域中臨時(shí)設(shè)置了A、B、C三個(gè)臨時(shí)水位站進(jìn)行測(cè)試，由于測(cè)試數(shù)據(jù)較多,只能摘抄其中幾例雙站、三站的數(shù)據(jù)以示說(shuō)明,如表（二）所示。從表（二）“VB計(jì)算與人工計(jì)算差值”欄中可知，兩者差值很小,吻合的很好，可以證明采用VB編制的軟件（包括數(shù)模）計(jì)算成果有足夠的精度和可靠性。水位加權(quán)平均計(jì)算比較表 表（二）水位改正所用站名時(shí)間（時(shí)、分）X（東）Y（北）圖裁水深力加權(quán)平均水立夕業(yè)記錄水深A(yù)站潮高B站潮高C站潮高人工計(jì)算修正水立VB計(jì)算與人工十算差值A(chǔ)—B4.315776480085.1530.450.7631.210.301.001.520.77-0.01AB5.395807877726.5530.4210.631.480.481.382.281.060.00A—BC11.13575044>3483.2429.303.3532.653.583.283.163.36-0.01A—BC12.205736260435.1429.562.7032.263.012.612.412.71-0.01B-C16.475686548241.2330.331.1831.510.300.801.461.180.00B-C17.535674745192.6629.242.0231.260.501.362.362.020.00A—C12.2025710.860338.2830.002.5532.553.012.612.412.56-0.01AC13.2625696663290.2930.151.6931.842.141.841.541.690.00五結(jié)論在長(zhǎng)江口深水航道測(cè)量工程中，使用