基于VBA技术的航道流速流向成图的实现

2019-09-10陈春

河南科技 2019年8期

陈春

摘要：本文提出了山区河段流速、流向数据处理的系统框架，基于Excel强大的函数计算及数据统计功能，实现数据处理算法与系统集成。生成的成果数据进入CASS软件，最终生成了航道流速流向图。最后，以嘉陵江重庆段航道滩险流速流向项目实例，验证了该数据处理方法的可靠性。

关键词：VBA编程技术;航道滩险;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

發展内河航运对构建“两型”社会、转变发展方式具有重大意义。而作为内河航运的三大要素之一的内河航道，则是航运发展的先决条件[1]。创新航道维护管理模式，促进航道维护由被动型向主动型转变，对保障航道安全畅通，提升公共服务品质至关重要。草街成库后，库区干支流通航条件大为改善，通航水域范围、航道等级和通航船舶吨位均大幅提高，给航道管理提出了更加科学、更加智能化的要求。结合嘉陵江航道管理实际情况，为保障对水运系统信息进行快速及时汇总、分析、预测，要求航道管理部门在管理中实现自动化、智能化处理各种信息。

表面流速流向测量是航道水文测量中的一项重要内容，对航道整治设计和航标布设等航道维护来说不可或缺。近年来，随着观测技术的不断发展，观测方式变得简单，获取的数据量较大，数据处理要求更高，图形制作要求美观。主要的数据采集方式有CORS流动站定时采集和动态后处理技术[2]。内业获得外业采集的顶点坐标数据后，主要采用Excel进行数据计算处理或是编程计算实现，涉及观测数据质量判断、数据取舍、计算结果图形展示。人工操作重复工作量大，过程烦琐不够流畅，严重影响工作进度效率。通过VBA编程技术，能够对流态数据进行程式化、最大程度上减少人工干预的计算处理。

本文依据合川三江航道维护测量工作中数据处理的实际问题，进行航道流速、流向数据处理系统框架设计和算法实现，开发出一套适合重庆河流航道表面流速、流向数据的处理系统，以满足航道维护测量的高质、高效的工作要求。同时，通过嘉陵江门栓石滩1 000个流量下航道表面流速流向数据处理的应用，对数据处理的准确性和成图快速性进行验证。

2 编程语言

VBA作为一个集成的开发环境，能够使AutoCAD数据与其他VBA应用程序，如Microsoft Excel软件，直接共享，实现无缝连接，交换数据。利用VBA编程建立AutoCAD2008与Excel2010的通信，实现数据交换，快速绘制航道表面流速流向图。

在VBA代码中实现重复绘制流速线、流速大小等一系列图形对象，则必然会涉及循环和条件分支语句。VBA中的循环有很多，如FOR…NEXT，DO While…loop和Goto…Line等。

3 外业数据获取

根据项目需求，沿河宽均匀投放5枚移动浮标，每20s观测一次浮标位置，成图比例为1∶2 000;采用中海达V30移动浮标及重庆市北斗地基增强系统对项目实施观测。

3.1 基于CORS自动采集技术的外业数据获取

CQGNSS是重庆市统一的现代测绘地理信息空间定位基准。凡在重庆市市域范围内需要CQGNSS提供亚米级、厘米级或毫米级导航定位服务的用户，使用中海达V30CORS模式可以获取到1Hz的定位数据[3]。获取到坐标数据的同时，可以通过数据的实时解状态，判断外业数据观测质量，解状态为固定解时才会被采用，并进入内业处理。该方法的优点是不用架设基站、覆盖范围宽广、数据实时性高等，缺点是需要网络连接。重庆市CORS系统见图1。

3.2 基于PPK技术外业数据获取

采用2台中海达V30GNSS接收机，1台作为基站架设在固定位置，另外1台放在浮标上，以静态方式1Hz的频率观测数据。将获得的ZHD格式文件通过HGO转换成RENIX文件，然后得到2个观测文件，通过南方测绘公司的PPK免费解算软件可以获取移动浮标的位置坐标。该方法的优点是不需要差分链路、数据质量高等，缺点是需要架设基站、覆盖范围宽小[4]。

3.3 基于无人机正射影像技术的岸线采集

无人机作为一种飞行遥感平台，具有机动灵活、易于起降、可云下飞行、低空大比例尺制图、小区域高分辨率和遥感数据获取效率高等优势，可对敏感重点水域、岸线、礁等进行重点和大频次监测，也可进行及时、动态、大面积的江域使用现状监测。

根据各种地貌类型和江面交接线的判别，分辨出岸线所在。根据岸线的定义，合理确定岸线位置、性质及高程，人工勾绘岸线;然后将遥感修测的岸线与纯野外测量的岸线标识岸线进行对比融合。嘉陵江合川段无人机正射影像见图2。

4 内业数据处理原理及功能实现

4.1 数据预处理

通过外业数据采集获得浮标每秒的位置信息，而笔者的成果要求是20s的位置，所以，要利用Excel对获取得到数据进行筛选提取。若遇到20s位置为非固定解或者存在空缺值的情况，需要进行相邻点内插，以满足成图需求。

4.2 互差判读

针对每20s获得的点位坐标，使用程序进行坐标差值筛选并观察畸变大小，找出原因。利用线性函数对相关7个数据点进行数据拟合，保留满足要求的坐标值。互差判读原则是：对每一个测点，如有大于相邻6个测量坐标平均值，将当前点作为畸变点删除。当前点作为空缺值后，按照相邻6点的坐标差值进行内插获得当前点正确坐标[5]。

4.3 展点连线

流速线采用2个顶点的多段线绘制（用多段线的优点是只要一个数组即可依次储存该条测线所有浮标点的XY）。先定义AcadLWPolyline对象变量[6]和存储顶点坐标的数组（命名为PLineP），再利用AddLightWeightPolyline方法给对象变量“赋值”的方式绘出多段线。流速线起点坐标为[X始，Y始]，终点坐标为[X终，Y终]，则数组PLineP中储存的数据依次为X始，Y始，X终，Y终。其中

其中，[n]为绘图比例;[VX]为X向分速度;[VY]为[Y]向分速度。

嘉陵江航道门栓石滩外业成果如表1所示。

注：星号表示数据脱密。

4.4 流速标识及数理统计

流速采用多行文字标注。定义AcadMText对象变量、存储文字插入点坐标的数组和储存流速标注文字的变量，再利用AcadMText方法将其标注在与流速线中点距离L的位置。流速标注文字只表示大小，可以使用EXCEL中的abs（）函数对流速值取绝对值并单独储存一列，再取相应浮标点的坐标text属性。

展點连线完成和需要对图面流速进行统计分析，得出该测线的最大、最小、平流流速如表2所示。

5 系统应用

5.1 嘉陵江门栓石滩介绍

门栓石滩位于嘉陵江重庆段上游，距河口里程为120.5～122km。滩中左岸密布礁石，上游有黄盘石，下游有猴子石。分为上下门栓石和小小门栓石，自古以来都是嘉陵江上著名的险滩。草街成库前后流速变小，过往船舶吨位变大对航行安全要求更高。

5.2 系统在嘉陵江门栓石滩流速流向中的应用

草街水库平、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之间变化，电站进行日、周调节运行。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（入库流量在6 000～15 000m3/s）。

滩险特征主要表现为暗礁密布于左岸造成水深不足而碍航，主流分心靠左岸扫岸而下，江岸为细砂质岸坡，河底基岩为沙溪庙组泥岩、砂岩。船舶上下行应根据流速和流向相应加大舵量靠右岸主漕通行。为保证通航安全，在不同流量情况下，要根据水位、流速流速流向情况及时调整航标位置。嘉陵江航道门栓石滩流速流向图见图3。