基于VBA技術的航道流速流向成圖的實現

陳春

摘 要：本文提出了山區河段流速、流向數據處理的系統框架，基于Excel強大的函數計算及數據統計功能，實現數據處理算法與系統集成。生成的成果數據進入CASS軟件，最終生成了航道流速流向圖。最后，以嘉陵江重慶段航道灘險流速流向項目實例，驗證了該數據處理方法的可靠性。

關鍵詞：VBA編程技術;航道灘險;流速;流向

Abstract： This paper presented a system framework for data processing of flow velocity and flow direction in mountainous rivers. Based on Excel's powerful functions of function calculation and data statistics， data processing algorithm and system integration were realized. The result data was entered into CASS software， and the flow chart of the channel was finally generated. Finally， the reliability of the data processing method was validated by an example of the current velocity and direction of the Jialing River in Chongqing section.

Keywords： VBA programming technology;channel shoals;flow velocity;flow direction

1 研究背景

發展內河航運對構建“兩型”社會、轉變發展方式具有重大意義。而作為內河航運的三大要素之一的內河航道，則是航運發展的先決條件[1]。創新航道維護管理模式，促進航道維護由被動型向主動型轉變，對保障航道安全暢通，提升公共服務品質至關重要。草街成庫后，庫區干支流通航條件大為改善，通航水域范圍、航道等級和通航船舶噸位均大幅提高，給航道管理提出了更加科學、更加智能化的要求。結合嘉陵江航道管理實際情況，為保障對水運系統信息進行快速及時匯總、分析、預測，要求航道管理部門在管理中實現自動化、智能化處理各種信息。

表面流速流向測量是航道水文測量中的一項重要內容，對航道整治設計和航標布設等航道維護來說不可或缺。近年來，隨著觀測技術的不斷發展，觀測方式變得簡單，獲取的數據量較大，數據處理要求更高，圖形制作要求美觀。主要的數據采集方式有CORS流動站定時采集和動態后處理技術[2]。內業獲得外業采集的頂點坐標數據后，主要采用Excel進行數據計算處理或是編程計算實現，涉及觀測數據質量判斷、數據取舍、計算結果圖形展示。人工操作重復工作量大，過程煩瑣不夠流暢，嚴重影響工作進度效率。通過VBA編程技術，能夠對流態數據進行程式化、最大程度上減少人工干預的計算處理。

本文依據合川三江航道維護測量工作中數據處理的實際問題，進行航道流速、流向數據處理系統框架設計和算法實現，開發出一套適合重慶河流航道表面流速、流向數據的處理系統，以滿足航道維護測量的高質、高效的工作要求。同時，通過嘉陵江門栓石灘1 000個流量下航道表面流速流向數據處理的應用，對數據處理的準確性和成圖快速性進行驗證。

2 編程語言

VBA作為一個集成的開發環境，能夠使AutoCAD數據與其他VBA應用程序，如Microsoft Excel軟件，直接共享，實現無縫連接，交換數據。利用VBA編程建立AutoCAD2008與Excel2010的通信，實現數據交換，快速繪制航道表面流速流向圖。

在VBA代碼中實現重復繪制流速線、流速大小等一系列圖形對象，則必然會涉及循環和條件分支語句。VBA中的循環有很多，如FOR…NEXT，DO While…loop和Goto…Line等。

3 外業數據獲取

根據項目需求，沿河寬均勻投放5枚移動浮標，每20s觀測一次浮標位置，成圖比例為1∶2 000;采用中海達V30移動浮標及重慶市北斗地基增強系統對項目實施觀測。

3.1 基于CORS自動采集技術的外業數據獲取

CQGNSS是重慶市統一的現代測繪地理信息空間定位基準。凡在重慶市市域范圍內需要CQGNSS提供亞米級、厘米級或毫米級導航定位服務的用戶，使用中海達V30CORS模式可以獲取到1Hz的定位數據[3]。獲取到坐標數據的同時，可以通過數據的實時解狀態，判斷外業數據觀測質量，解狀態為固定解時才會被采用，并進入內業處理。該方法的優點是不用架設基站、覆蓋范圍寬廣、數據實時性高等，缺點是需要網絡連接。重慶市CORS系統見圖1。

3.2 基于PPK技術外業數據獲取

采用2臺中海達V30GNSS接收機，1臺作為基站架設在固定位置，另外1臺放在浮標上，以靜態方式1Hz的頻率觀測數據。將獲得的ZHD格式文件通過HGO轉換成RENIX文件，然后得到2個觀測文件，通過南方測繪公司的PPK免費解算軟件可以獲取移動浮標的位置坐標。該方法的優點是不需要差分鏈路、數據質量高等，缺點是需要架設基站、覆蓋范圍寬小[4]。

3.3 基于無人機正射影像技術的岸線采集

無人機作為一種飛行遙感平臺，具有機動靈活、易于起降、可云下飛行、低空大比例尺制圖、小區域高分辨率和遙感數據獲取效率高等優勢，可對敏感重點水域、岸線、礁等進行重點和大頻次監測，也可進行及時、動態、大面積的江域使用現狀監測。

根據各種地貌類型和江面交接線的判別，分辨出岸線所在。根據岸線的定義，合理確定岸線位置、性質及高程，人工勾繪岸線;然后將遙感修測的岸線與純野外測量的岸線標識岸線進行對比融合。嘉陵江合川段無人機正射影像見圖2。

4 內業數據處理原理及功能實現

4.1 數據預處理

通過外業數據采集獲得浮標每秒的位置信息，而筆者的成果要求是20s的位置，所以，要利用Excel對獲取得到數據進行篩選提取。若遇到20s位置為非固定解或者存在空缺值的情況，需要進行相鄰點內插，以滿足成圖需求。

4.2 互差判讀

針對每20s獲得的點位坐標，使用程序進行坐標差值篩選并觀察畸變大小，找出原因。利用線性函數對相關7個數據點進行數據擬合，保留滿足要求的坐標值?；ゲ钆凶x原則是：對每一個測點，如有大于相鄰6個測量坐標平均值，將當前點作為畸變點刪除。當前點作為空缺值后，按照相鄰6點的坐標差值進行內插獲得當前點正確坐標[5]。

4.3 展點連線

流速線采用2個頂點的多段線繪制（用多段線的優點是只要一個數組即可依次儲存該條測線所有浮標點的XY）。先定義AcadLWPolyline對象變量[6]和存儲頂點坐標的數組（命名為PLineP），再利用AddLightWeightPolyline方法給對象變量“賦值”的方式繪出多段線。流速線起點坐標為[X始，Y始]，終點坐標為[X終，Y終]，則數組PLineP中儲存的數據依次為X始，Y始，X終，Y終。其中

其中，[n]為繪圖比例;[VX]為X向分速度;[VY]為[Y]向分速度。

嘉陵江航道門栓石灘外業成果如表1所示。

注：星號表示數據脫密。

4.4 流速標識及數理統計

流速采用多行文字標注。定義AcadMText對象變量、存儲文字插入點坐標的數組和儲存流速標注文字的變量，再利用AcadMText方法將其標注在與流速線中點距離L的位置。流速標注文字只表示大小，可以使用EXCEL中的abs（）函數對流速值取絕對值并單獨儲存一列，再取相應浮標點的坐標text屬性。

展點連線完成和需要對圖面流速進行統計分析，得出該測線的最大、最小、平流流速如表2所示。

5 系統應用

5.1 嘉陵江門栓石灘介紹

門栓石灘位于嘉陵江重慶段上游，距河口里程為120.5～122km。灘中左岸密布礁石，上游有黃盤石，下游有猴子石。分為上下門栓石和小小門栓石，自古以來都是嘉陵江上著名的險灘。草街成庫前后流速變小，過往船舶噸位變大對航行安全要求更高。

5.2 系統在嘉陵江門栓石灘流速流向中的應用

草街水庫平、枯期（每年11月至次年4月），水位在正常蓄水位203m和死水位202m之間變化，電站進行日、周調節運行。汛期（5月至10月），正常蓄水位：203.00m（每年11月至次年4月）;死水位：202.00m;汛期排沙水位：200.00m（入庫流量在6 000～15 000m3/s）。

灘險特征主要表現為暗礁密布于左岸造成水深不足而礙航，主流分心靠左岸掃岸而下，江岸為細砂質岸坡，河底基巖為沙溪廟組泥巖、砂巖。船舶上下行應根據流速和流向相應加大舵量靠右岸主漕通行。為保證通航安全，在不同流量情況下，要根據水位、流速流速流向情況及時調整航標位置。嘉陵江航道門栓石灘流速流向圖見圖3。

6 結語

流速流向成圖系統自2016年建立以來已取得了初步成效，實現了嘉陵江險灘在不同流量下監測預警以及數據分析等成果，同時也積累了相關使用經驗，將進一步提升航道維護管理的質量和效率，大大降低航道水位變動期對過往船舶帶來的危害。

參考文獻：

[1]梁雄耀.內河航運基礎知識簡明讀本[M].重慶：重慶出版社，2010.

[2]羅文彪，栗金釗.VBA在水工模型試驗流速分布圖繪制中的應用[J].中國水運月刊，2016（6）：191-195.

[3]朱桂華，朱寶生.基于VBA技術實現Excel數據生成CAD對象的方法[J].中國西部科技，2007（8）：88-89.

[4]梁雄耀，黨志勝，游曉霞.內河大比例尺電子航道圖的制作方法[J].世界海運，2007（5）：39-40.

[5]郭亮.AutoCAD二次開發在混凝土結構施工圖繪制中的應用[D].合肥：合肥工業大學，2007.

[6]中華人民共和國交通運輸部.水運工程測量規范：JTS 131—2012[S].北京：人民交通出版社，2012.