水深測量中的水位改算程序開發

楊欣程+楊松

摘 要：水深測量的工程項目中，水位改算是必不可少和至關重要的環節。文章針對不同測量區域，在設置不同個數的水位站情況下，從單水位站、雙水位站、三水位站、多水位站水位改算等方法，進行了數據結構設計及軟件開發。通過實例應用可提高水深測量數據的處理效率。

關鍵詞：水深測量；水位改算；程序設計

中圖分類號：U612 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）06-0032-02

水深測量的水位改算，計算方法繁瑣，工作量大，費時費力。為提高水深測量數據處理的自動化程度，減少測繪人員內業工作量，本文結合實際生產進行了軟件的開發，針對水位改算中的不同個數的水位站的改算方法進行了探討，并編制出相應軟件，使之能適應各種復雜的測區水位控制情況。

1 水位改算原理與方法

在河口海灣、河道水下地形測量中，河底高程是根據回聲測深儀測得的實測水深與相應的水位求得的：

公式中，G為河底高程；Z為某一基面以上的水位；H為測點施測時的水深。

因此，測點高程的精度取決于該點水位與實測水深的精度。若所用定位與測深設備精度較高，則河底高程G的精度就主要決定于測點水位的精度。

在寬度不大的潮汐河道中，兩相鄰站之間的水位可按距離線性內插求得。河口和海灣水域的寬度通常較大，水位不僅有縱向變化，可能還有明顯的橫向變化，在計算測點水位時，必須考慮水位的這種橫向變化。

計算施測點在施測時刻t下，參與計算的水位站t時刻下的水位。根據時間進行插補計算t時刻下，單個水位站的水位。單個水位站所測水位是某一個時間序列下的水位變化：

給定t時刻，在上述時間序列判斷t時刻位于tk、tk+1之間或者t時刻與tk時刻相等。再根據時間差值進行內插，求得t時刻下單個水位站的水位。

1.1 雙站水位改算

對于橫比降較小的河段，可采用線性插補進行水位改算。

由圖1中的A1、A2（兩個水位站）和P點（水下測點）坐標，可求得P點A1A2直線的垂點A3的坐標，然后在直線A1A2上按照距離內插得到A3的水位：

式中，SA1A3為A1與A3之間的距離；SA1A2為A1與A2之間的距離。

1.2 三水位站改算

對于三水位站改算的方法，如果考慮橫比降時可以采用二步內插法或者三角形單元面積加權法進行水位改算。判斷實測P點在三個水位站構成三角形A1A2A3的內部還是外部，如果在外部，可選取河岸同側的兩個水位站參與計算，按照雙水位站的計算方法，如果在內部，可按照三水位站方法進行計算，如下：

（1）二步內插法計算P點的水位：

A1、A2、A3代表三個水位站，對應的某時刻水位分別為Z1、Z2、Z3。如果P點位于三角形A1A2A3內，則對于P點的水位Zp計算如下：

第一步：根據A2與A3某時刻的水位利用距離內插計算出A1P與A2A3交點A4點該時刻下的瞬時水位。

第二步：根據A1與A4該時刻下水位利用距離內插計算P點該時刻下的瞬時水位。

（2）三角形單元面積加權法計算P點的水位：

A1、A2、A3代表三個水位站，對應的某時刻水位分別為Z1、Z2、Z3。如果P點位于三角形A1A2A3內，則對于P點的水位Zp可以按照三角形面積加權法計算：

1.3 多水位站改算

例如在湖泊地區可采用距離加權法進行水位改算，湖面廣闊橫比降情況不易掌握，此時的水位改算可采用距離加權法。

設A1、A2、A3、A4四個水位站某時刻水位分別為Z1、Z2、Z3、Z4，則P點的水位可由P點至四個已知水位點距離的倒數加權求得，設P點至上述四點的距離分別為SA1、SA2、SA3、SA4，則P點的水位為：

（公式6）

由上述四個水位站計算施測點瞬時水位，進而可推出N（N>=4）個水位站計算P點瞬時水位的方法。

2 水位改算程序數據結構設計

根據水位改算算法，設計水位改算程序輸入、輸出文件類型及格式。本次程序開發主要以autocad dwg格式為底圖，底圖所包含數據應有河道中心線、臨時水位站位置點、水深測量測點數據。

此文件為軟件的輸出文件，存在的意義在于方便各級審查，因此所包含的信息要盡可能的齊全，包括的字段為測點點名、施測日期、施測時間、北坐標、東坐標、測時水深、測時水位、河底高程、備注。各字段間采用tab或者逗號分隔。

3 程序開發及應用

本程序以.NET為平臺，采用C#語言操作ActiveX_automation CAD進行開發，程序設計主界面如圖6所示：

程序可導入不同儀器的原始測點文件，進行中間格式轉換為計算需要的水下測點文件中間格式。程序設計不同個數水位站進行水位推算的方法，在CAD圖中選擇河道中心線獲取中心線的坐標信息，同時選擇水位站點可獲取水位站的位置坐標信息，選擇對應水位站的水位數據文件。此程序可將數據與圖形結合，如圖7所示，可在CAD圖中選擇計算的水位站數據和河道中心線。

4 總結

本程序在長江河段、湖泊水深測量工程中，得到了實際應用，經過軟件自動處理的水位數據與人工進行斷面改算所得的水位進行比較，水深差值均在水深測量精度0.1米以下，具有較高水位處理精度，能夠滿足水深測量的相關規范要求。

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