水深测量中多站潮位的数据处理程序设计

水深测量中多站潮位的数据处理程序设计
1 前言
在沿海工程的施工测量工作中，潮位的控制及改正是非常重要的环节。

以往采用传统的人工分带进行潮位改正，不但计算方法繁琐，工作量大，费时费力，处理精度也较低，严重限制了成图工期，影响作业进度，最新的HYPACK MAX软件进行潮位处理技术也只能同时处
理最多三个潮位站且只能为同一天的数据，现有的潮位处理技术已不能适应测绘技术发展的需求。

为提高水深测量数据处理的自动化程度，减少测绘人员工作量，加快出图速度，本文结合实际生产的工程实例进行了软件的开发，针对潮位改正中的潮位插值计算方法、潮位分区区域的划分等几个方面进行了探讨，并编制出相应软件，使之能适应各种复杂的测区潮位控制情况，操作方便，处理结果可靠，具有重要的实用价值。

2 潮位数据处理方法
在进行多站潮位内插改正时，不论图解还是由软件自动改正都必须遵循如下的潮位分带假设。

假定潮位站间潮波以一定速度匀速传播，潮波整个潮波匀速传播意味着相邻站潮波周期相似，潮高相关。

也就是潮位站间的潮位的潮时、潮高变化与其距离成比例。

软件实现多站潮位内插改正的原理：采用现有的计算机技术，借助AUTO CAD平台，通过潮位记录文件绘制各站潮位过程曲线，使用
水深原始记录文件中水深定位点的时间，在图上内插各潮位站潮位，使用水深定位点的位置信息，不再沿用传统潮位每0.1m为一分带的
潮位分带方法，消除了传统的分带改正方法存在潮位人工分带的人为造成的水位台阶式跳跃，而与实际潮位面是一个连续的曲面情况不相符的情况。

在CAD平面图中，根据水深点与潮位站的几何关系，根据潮位站分布、潮位改正方案划分测区分区，内插瞬时潮位，此方法较以往通过数学计算内插法相比，克服潮位改正不直观，准备数据复杂，不容易发现错误的弱点。

2.1单站潮位改正方法
在单站潮位站能够控制的测区范围内，在Auto CAD中，以潮高为纵轴，时间为横轴，绘制该站的潮位过程曲线，根据水深原始文件中的水深点的时间，在潮位过程曲线上内插潮位值，将每点的潮位数据添加到水深原始文件中。

2.2 双站潮位改正方法
在双站潮位能够控制测区水位的范围内，进行线型内插潮位。

图1 潮位站与测点关系图
图1中a、b是水深点D在潮波传播路径（图中红线）上投影长度，线段长度是潮位计算的重要数据；如果没有潮波传播路径，程序将两站连线自动作为潮波传播路径。

要获取水深点D的实时改正潮位，可根据水深定位点的位置、时间，利用软件在CAD中绘制的潮位曲线上进行潮位内插实时潮位，
图2 潮位计算关系示意图
如图2 所示关系，按下列公式计算D点的实时水位h D。

X1 = a ×(h B - h A)/(a + b)
h D = h A + X1
2.3 三站潮位改正方法
三站分带潮位改正的基本原理：
传统的三站潮位分带改正按图3 所示的人工分带，不但计算方法繁琐，工作量大，而且在水位改正中无法实现自动数据处理。

采用软件来实现有着明显优势，其实施原理为：
图3 三站潮位人工分带示意图
水深定位点的潮位根据水深原始文件提供水深点的时间及平面位置，在CAD中各潮位站潮位过程线上内插各潮位站的瞬时潮位，再计算内插每点的潮位，自动对水深原始文件进行改正。

具体计算方法如下：
图4 三站潮位改正分区示意图如图4 所示，当D点位于单站改正半径范围内时，水深点的潮位按照单站潮位改正方法进行水位改正，程序适时计算单位半径，当点超出单站半径时，程序在图上会显示该点的潮位有较大误差，以警示之。

当D点位于三站A、B、C两两连线的外侧，水深点的潮位按照双站潮位改正方法内插水位进行改正。

当D点位于三站A、B、C三角形内，要获取D点的实时潮位，主要分两步实施，其方法为：
（1）先要求得E点的水位改正数h E
X1 = a ×(h B - h A)/(a + b)，h E = h A + X1；
（2）根据E、C点的实时潮位按两站潮位改正方法求取D点的潮
位
X2 = d × (h C - h D)/(c + d)，h D = h E + X2。

2.4 多站潮位改正方法
对于多于三站的潮位改正，能够按照三站潮位潮位改正分区的，应按三站潮位改正方法划分测区分区，如三站分区划分明显不合理，可以采取下列方法进行潮位改正：在其各站连线内定位点的潮位改正，基于各站之间的潮位相关的假设，根据各水位站的瞬时水位，按照潮位与水深点至各站距离的倒数为权，以加权平均值作为内插水深点的瞬时水位，公式如下：
Hp = (h1/S1+h2/S2+h3/S3+... +hn / Sn) / (1/S1+1/S2+1/S3+…+1/ Sn)
图5 多站潮位站点水位改正示意图
3 软件功能的实现步骤
根据生产需求，软件共分6个功能进行设计，具体功能内容如下：
3.1 潮位站信息文件制作
潮位站信息文件为txt文本文件，包括潮位站名、东方向坐标、北方向坐标，每一潮位站信息为一行，各数值之间用空格或逗号分隔。

3.2 各站潮位数据文件制作
潮位数据文件名应该与潮位站信息文件中的潮位站名完全相同，每行格式为:
日期(yyyy-mm-dd),时间(hh:mm:ss),潮位。

3.3 根据潮位站分布、潮位改正方案划分测区分区
整个测区应该根据潮位站分布、潮位改正方案划分测区分区，每个测区应该包含其参与潮位改正的相应的潮位站。

测区范围线为封闭的多段线，在“测区分区”层中。

程序自动将测量分区内的潮位站用多段线连结起来，并置于“潮位分区”层中。

测区分区范围线可以跟潮位分区线重合，但不得小于潮位分区线，否则程序会无法正确匹配该测量区域内参与水位改正的水位站，并提示“测区分区内无潮位站！”。

如下图，黑色多段线为测区分区线，红色多段线为潮位分区线。

图6 多站潮位分区示意图
※如测区内只有一个潮位站，程序自动在潮位站附近，绘制一条长0.5mm的潮位分区多段线；
※如测区内只有两个潮位站，且两潮位站潮位分区线不能作为潮位传播路径，则需在传播方向上绘制通过测区分区的多段线，作为内插潮位的基准线。

※如果每一测区分区内没有潮位分区范围线（多段线），或多于一条潮位分区多段线，程序提示错误，退出程序。

※如果水深点距离潮位站的长度超过单站有效半径，程序提示潮位误差已大于0.1m，应该加设潮位站，以便正确进行潮位改正，有效控制水位。

※如果两潮位站间最大潮差超过1.0m，程序则在图上和命令行警示。

3.4 绘制潮位过程线
要进行潮位数据处理，首先在CAD中，运行潮位绘制程序。

程序会绘制出潮位过程曲线，并自动进行曲线的检查、剔除粗差。

潮位过程曲线如下图，纵横向比例通过潮位放大系数、时间比例系数在可以在程序对话框中设置。

图7潮位过程线绘制界面
图8潮位曲线图（红线为内插时间标志线）
图9 潮位曲线详图
3.5 潮位改正的数据文件制作
3.5.1 潮位数据文件可以为水深原始文本文件，每行格式为:
点名,东方向坐标，北方向坐标,日期(yyyy-mm-dd),时间(hh:mm:ss.ss),原始水深。

3.5.2 程序也可使用HYPACK MAX 中编辑文件夹中的日志文件（LOG），格式略（建议在单波束编辑时，保存HYPACK MAX 旧格式水深文件）。

3.6 水深点潮位改正
图10 潮位改正对话框
运行潮位改正程序，选取测区内所有测区分区线、水深原始文本文件，或日志文件，程序自动根据每点的时间、位置坐标，自动选择测区分区线，由测区分区线，得知参与潮位改正的各潮位站，计算内插每点的潮位，将潮位输出到水深原始文件每行的末尾。

程序中如果潮位数据不足，则会潮位曲线上打印蓝色竖线，表示该时间处缺少潮位，并在平面图上打印警示文字。

本软件在长江口、杭州湾的水深测量工程中，得到了实际应用，经过软件自动处理的潮位数据与人工分带改正所得的潮位、HYPACK MAX 改正所得的潮位进行比较，水深差值均在水深测量精度0.1米以下，具有较高水位处理精度，能够满足水深测量的相关规范要求。

由于编者时间和水平有限，程序还存在许多需要进一步改进之处，敬请诸位不吝赐教。

王朝金
WLISP连云港工作室（QQ393456632）二O一一年五月一日。