CN111397583A - 一种基于航道地形图和水位数据的水深信息生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于航道地形图和水位数据的水深信息生成方法，属于航道测绘与航道维护领域。所述方法包括：以航道地形图为基础，通过读取航道地形图中的测量数据，结合水位站实测水位或预测水位，采用不同水位站加权系数计算模型动态修正图示水深点或高程点处的水深值，筛选出满足条件的水深点或高程点，构成可航区域，生成水深信息，为航标位置校核提供科学依据，为船舶安全航线和航道水深预警工作提供主要判据，为长江航道管理提供更为科学的水深信息服务，且由于可直接对CAD格式的航道地形图进行操作，有效地简化操作过程，提高工作效率。

Description

一种基于航道地形图和水位数据的水深信息生成方法

技术领域

本发明涉及航道测绘与航道维护领域，具体的，涉及一种基于航道地形图和水位数据的水深信息生成方法。

背景技术

数字测图是利用测绘先进仪器如全站仪、GPS等工具，野外进行地形信息数据采集，室内借助计算机与地形图成图软件进行编辑成图，是一种全解析测图的方法。它实现了测图的自动化、数字化、高精度。将数字测图技术运用于航道工程，可为航道的工程资料管理、工程设计数字化、自动化奠定坚实的基础。而航道地形测图是指以通航河段为描绘对象，反映航道及有关陆域的地形、地物、地貌及助航标志等内容的带状测量图，主要包括通航河段全部河床范围内的水上水下地形、地物，水深，流速流向，岸上一定范围的地物标志，以及航行碍航物、限航物等，特别反映了水下障碍物和岸上与航行或水道变化有关的地物，以及港区水域、陆域的设施，助航设施等，是航道规划、航道工程设计与施工、航道维护、船舶航行等工作的参考图籍资料。

航道水深信息表征了航道条件，是重要的航道尺度指标，也是船舶在航行中参考的最重要的指导参数，同时它也为航道部门组织开展航道维护工作提供了决策依据。目前航道管理部门使用水深测量仪测量的水深数据数值为实测水深值，即测深仪测得的水面至河床的绝对深度。但在实际使用中，由于海拔、潮汐等原因，实测的绝对水深值不仅对于航行船舶没有使用价值，对其他河段也没有参考价值，实测数据是无法标注在等高线图上的。因此需要使用国家规定的标准来进行水深标注，即先将实测水深值转化为图注水深，这一过程称为航道水深数据的高程校正。

针对航道水深信息生成，目前具有一种解决方案《一种基于电子航道图及水位数据的航道水深信息生成方法》。该方案以电子航道图为基础，根据沿江水位站发布的实测与预测水位信息，结合电子航道图的基准面信息对水深值进行动态修正，得到绝对水深值；根据绝对水深值，提取等深线；根据等深线的深度区间，计算指定深度的可航区域和动态中心线，并通过WebService发布所生成的水深信息。

该方案在具体实现过程中，存在以下缺点：一是电子航道图更新周期长。根据《长江电子航道图系统运行条件下航道维护技术规范》等有关规定，电子航道图的更新需要经过河床地形测量、数据预处理、生产制作以及数据检测后方可发布使用。一般情况下，河床地形测量频率最高1次/月、数据预处理最短用时4小时/幅、生产制作最短用时4小时/幅。二是电子航道图更新发布及航道水深信息生成需要专门机构利用ArcGIS工具箱对电子航道图进行等深线的提取，该方法无法直接对CAD格式的航道地形图进行操作，操作专业性强，不具备普遍适用性。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于航道地形图的和水位数据的水深信息生成方法，以航道地形图为基础，通过读取航道地形图中的测量数据，结合水位站实测水位或预测水位，采用不同水位站加权系数计算模型动态修正图示水深点或高程点处的水深值，筛选出满足条件的水深点或高程点，构成可航区域，生成水深信息，为航标位置校核提供科学依据，为船舶安全航线和航道水深预警工作提供主要判据，为长江航道管理提供更为科学的水深信息服务，且由于可直接对CAD格式的航道地形图进行操作，有效地简化操作过程，提高工作效率。

发明内容

为解决现有技术的问题，达到上述目的，本发明提供一种基于航道地形图和水位数据的水深信息生成方法。所述技术方案如下：

步骤1：读取航道地形图中的测量数据。该测量数据包括水深点或高程点信息以及基准面代码信息等；

步骤2：根据水位站发布的实测或预测水位信息，采用不同水位站加权系数计算模型，求取步骤1中的水深点或高程点处的实际水位值；

步骤3：根据步骤2获得的实际水位值，结合航道地形图的基准面代码来计算实际水深值。即当基准面为航行基准面或理论最低潮面时，实际水深值为图示水深值与实际水位值之和；当基准面为绝对高程时，实际水深值为实际水位值与图示高程值之差；

步骤4：根据步骤3获得的实际水深值，结合用户输入的水深阈值确定可航区域，生成水深信息。

而且步骤2中，求取步骤1中的水深点或高程点处的实际水位值的实现方式如下：

步骤2.1：根据航道地形图获取水深点或高程点以及水位站的里程值；

步骤2.2：考虑到水位的变化以及落差具有连续性，建立加权系数计算模型为：

W_i(x,y,t)＝K_iw_i(x,y,t)

所述W_i表示水深点处的实际水位值，所述w_i表示第i个水位站的水位值，所述K_i表示第i个水位站的加权系数；加权系数与水深点或高程点到水位站的距离成反比，即水深点或高程点距离水位站越近，该水位站的水位对水深点或高程点的影响就越大；当水深点或高程点无限靠近某一水位站时，该水位站的加权系数即为1，其他水位站的加权系数则趋于0；不同个数水位站的加权系数计算公式如表1所示；

表1不同个数水位站的加权系数计算公式

步骤2.3：根据里程表查找距离水深点或高程点最近的水位站A，若水深点或高程点处于水位站A的有效范围内，则水深点或高程点的实际水位值即为A站测得的水位值；

步骤2.4：若水深点或高程点没有位于水位站A的有效范围内，则继续查找第二个距离水深点或高程点最近的水位站B，求得水深点到AB连线的垂直距离，若距离在阈值范围内(这个阈值由工作人员根据实际情况设定进行设定)，则直接利用加权系数计算模型，求得水深点或高程点处的实际水位值；

步骤2.5：若水深点或高程点到AB连线的垂直距离超过规定的阈值，则继续查找距离最近的第三个水位点C，利用加权系数计算模型，求得水深点或高程点处的实际水位值。

而且步骤4中，由于航道部门在设置航道维护水深值设定时，一般会留有0.5m-1.5m的富裕水深，因此，需要将用户输入的航道维护水深值与用户输入的阈值相加，再与步骤3获得的实际水深值进行比较。记水深点处的实际水深为D_A，用户输入的维护水深为D_U，阈值为δ_h，则此时可航区域的实际水深应满足条件：

D_A≥D_U+δ_h

筛选出满足所述条件的所有水深点或高程点后，即可计算生成一个多边形，保证该多边形包含所有满足条件的水深点或高程点，从而确定出可航区域。

本发明技术方案带来的有益效果为：

本发明的提供一种基于航道地形图的和水位数据的水深信息生成方法，以航道地形图为基础，可直接对CAD格式的航道地形图进行操作，有效地简化操作过程，提高工作效率；通过动态修正图示水深点或高程点处的水深值，筛选出满足条件的水深点或高程点，构成可航区域，为航标位置校核提供科学依据；采用不同水位站加权系数计算模型动态修正实际水位值，并以此计算实际水深值，生成水深信息，为船舶安全航线和航道水深预警工作提供主要判据，为长江航道管理提供更为科学的水深信息服务。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种水深信息生成方法流程图

图2是本发明实施例提供的一种航道地形图的图示水深点处实际水位值的计算方法流程图

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述：

本实施例以航道部门对所管辖区域的航标进行日常维护为例阐述实现方法，通过对沿线水位数据的定时采集，结合管辖区域的航道地形图，对图示水深点或高程点处的水深值进行动态修正；然后根据航道部门发布的航道维护水深，筛选出满足条件的水深点或高程点，构成可航区域，生成水深信息。具体实施时采用计算机软件技术自动实现，工作人员只需要导入对应区域的航道地形图，输入要求的航道维护水深，系统便可自动输出水深信息。如图1所示，具体实施包括以下步骤：

步骤1：读取航道地形图中的测量数据。该测量数据包括水深点或高程点信息以及基准面代码信息等。航道地形图采用矩形区域分幅的方式将整个长江航道分割成一个个图幅，每一个图幅都有一个对应的图幅编码，表示对应的航段。每个图幅采用统一的基准面，其中的水深点或高程点所采用的基准面与图幅基准面相同。基准面信息一般通过代码的方式进行存储，包含三种值：24代码航行基准面，101代表吴淞高程，102代表理论最低潮面。

步骤2：根据水位站发布的实测或预测水位信息，采用不同水位站加权系数计算模型，求取步骤1中的水深点或高程点处的实际水位值；

步骤2.1：根据航道地形图获取水深点或高程点以及水位站的里程值；

步骤2.2：考虑到水位的变化以及落差具有连续性，建立如下加权系数计算模型：

W_i(x,y,t)＝K_iw_i(x,y,t)

其中W_i表示水深点或高程点处的水位值，w_i表示第i个水位站的水位值，K_i表示第i个水位站的加权系数；加权系数与水深点到水位站的距离成反比，即水深点或高程点距离水位站越近，该水位站的水位对水深点或高程点的影响就越大；当水深点或高程点无限靠近某一水位站时，该水位站的加权系数即为1，其他水位站的加权系数则趋于0；不同个数水位站的加权系数计算公式如表1所示；

步骤2.3：根据里程表查找距离水深点或高程点P最近的水位站A，若水深点或高程点处于水位站A的有效范围内，此时水位站的加权系数K₁＝1，则水深点或高程点实际水位值W_P＝W₁＝K₁W_A,即水深点或高程点的实际水位值即为A站测得的水位值；

步骤2.4：若水深点或高程点没有位于水位站A的有效范围内，则继续查找第二个距离水深点或高程点最近的水位站B，求得水深点或高程点到AB连线的垂直距离h，若距离h在阈值范围内(这个阈值可根据实际情况进行设定)，此时，A和B两个水位站的加权系数分别为K₁＝s₂/S，K₂＝s₁/S，且S＝s₁+s₂，则水深点或高程点实际水位值W_P＝W₁+W₂＝K₁W_A+K₂W_B，即水深点或高程点的实际水位值即为A站和B站测得的水位值的加权系数平均值。

步骤2.5：若水深点或高程点到AB连线的垂直距离超过规定的阈值，则继续查找距离最近的第三个水位点C，此时，A、B和C三个水位站的加权系数分别为K₁＝s₂s₃/S，K₂＝s₁s₃/S，K₃＝s₁s₂/S且S＝s₁s₂+s₂s₃+s₁s₃，则水深点或高程点处实际水位值W_P＝W₁+W₂+W₃＝K₁W_A+K₂W_B+K₃W_C，即水深点或高程点处的实际水位值即为A站、B站和C站测得的水位值的加权系数平均值。

步骤3：根据步骤2获得的实际水位值，结合航道地形图的基准面代码来计算实际水深值。即当基准面为航行基准面或理论最低潮面时，实际水深值为图示水深值与实际水位值之和；当基准面为绝对高程时，实际水深值为实际水位值与图示高程值之差；

记基准面代码为Datum，实际水深为D_A，相对水深为D_R，实际水位为W，具体的计算公式如下：

当Datum＝24或Datum＝102时，

D_A＝D_R+W

当Datum＝101时，

D_A＝W-D_R

步骤4：根据步骤3获得的实际水深值，结合用户输入的水深阈值确定可航区域，生成水深信息。由于航道管理部门在设置航道维护水深值设定时，一般会留有0.5m-1.5m的富裕水深，因此，需要将用户输入的航道维护水深值与用户输入的阈值相加，再与步骤3获得的实际水深值进行比较。记水深点或高程点处的实际水深为D_A，用户输入的维护水深为D_U，阈值为δ_h，则此时可航区域的实际水深应满足：

D_A≥D_U+δ_h

筛选出满足条件的所有水深点或高程点后，即可计算生成一个多边形，保证该多边形包含所有满足条件的水深点或高程点，从而确定出可航区域，生成水深信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于航道地形图和水位数据的水深信息生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，读取航道地形图中的测量数据。该测量数据包括水深点或高程点信息以及基准面代码信息等；

步骤2，根据水位站发布的实测或预测水位信息，采用不同水位站加权系数计算模型，求取步骤1中的水深点或高程点处的实际水位值；

步骤3，根据步骤2获得的实际水位值，结合航道地形图的基准面代码来计算实际水深值。即当基准面为航行基准面或理论最低潮面时，实际水深值为图示水深值与实际水位值之和；当基准面为绝对高程时，实际水深值为实际水位值与图示高程值之差；

步骤4，根据步骤3获得的实际水深值，结合用户输入的水深阈值确定可航区域，生成水深信息。

2.根据权利要求1所述基于航道地形图和水位数据的水深信息生成方法，其特征在于：步骤2中，求取步骤1中的水深点或高程点处的实际水位值的实现方式如下：

步骤2.1，根据航道地形图获取水深点或高程点以及水位站的里程值；

步骤2.2，考虑到水位的变化以及落差具有连续性，建立加权系数计算模型为：

W_i(x,y,t)＝K_iw_i(x,y,t)

所述W_i表示水深点处的实际水位值，所述w_i表示第i个水位站的水位值，所述K_i表示第i个水位站的加权系数；加权系数与水深点或高程点到水位站的距离成反比，即水深点或高程点距离水位站越近，该水位站的水位对水深点或高程点的影响就越大；当水深点或高程点无限靠近某一水位站时，该水位站的加权系数即为1，其他水位站的加权系数则趋于0；

步骤2.3，根据里程表查找距离水深点或高程点P最近的水位站A，若水深点或高程点处于水位站A的有效范围内，此时水位站的加权系数K₁＝1，则水深点或高程点P的实际水位值W_P＝W₁＝K₁W_A，即水深点或高程点的实际水位值即为A站测得的水位值；

步骤2.4，若水深点或高程点P没有位于水位站A的有效范围内，则继续查找第二个距离水深点或高程点最近的水位站B，求得水深点或高程点P到AB连线的垂直距离，若距离在阈值范围内(这个阈值可根据实际情况进行设定)，此时，A和B两个水位站的加权系数分别为K₁＝s₂/S，K₂＝s₁/S，且S＝s₁+s₂，所述s₁为P到A的直线距离，所述s₂为P到B的直线距离，水深点或高程点P实际水位值W_P＝W₁+W₂＝K₁W_A+K₂W_B，即水深点或高程点P的实际水位值为A站和B站测得的水位值的加权系数平均值。

步骤2.5，若水深点或高程点P到AB连线的垂直距离超过规定的阈值，则继续查找距离最近的第三个水位点C，此时，A、B和C三个水位站的加权系数分别为K₂＝s₁s₃/S，K₃＝s₁s₂/S且S＝s₁s₂+s₂s₃+s₁s₃，所述s₃为P到C的直线距离，则水深点或高程点P处实际水位值W_P＝W₁+W₂+W₃＝K₁W_A+K₂W_B+K₃W_C，即水深点或高程点P处的实际水位值即为A站、B站和C站测得的水位值的加权系数平均值。

3.根据权利要求1所述基于航道地形图和水位数据的水深信息生成方法，其特征在于：步骤4中，由于航道部门在设置航道维护水深值设定时，一般会留有0.5m-1.5m的富裕水深，因此，需要将用户输入的航道维护水深值与用户输入的阈值相加，再与步骤3获得的实际水深值进行比较。记水深点处的实际水深为D_A，用户输入的维护水深为D_U，阈值为δ_h，则此时可航区域的实际水深应满足条件：

D_A≥D_U+δ_h

筛选出满足所述条件的所有水深点或高程点后，即可计算生成一个多边形，保证该多边形包含所有满足条件的水深点或高程点，从而确定出可航区域。

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