表面流速流向测绘方法技术

本发明专利技术涉及一种表面流速流向测绘方法，包括以下步骤：S1、通过前方交会法或GNSS定位测量法获取测流点P的工程格网坐标(X

【技术实现步骤摘要】
表面流速流向测绘方法


[0001]本专利技术涉及水运工程水文观测
，更具体地说，涉及一种表面流速流向测绘方法。

技术介绍

[0002]表面流速流向测量是水文观测的重要内容之一，表面流速流向测绘成果是港口、航道、桥梁、水利、防洪等工程的规划、设计、施工和营运管理等方面的重要基础资料，其观测成果对水运工程中的码头前沿线的确定和河床演变分析有直接影响。
[0003]经典的表面流速流向测量方法是浮标法。浮标法测量一般采用前方交会法和卫星定位法两种模式，其中前方交会法虽然精度低、效率低，但操作简单，在卫星信号弱或无卫星信号区尤其适用，所以一直被使用。卫星定位法由于测量精度高，操作方便，使用较广泛。此两种方法的成果绘制，传统表面流速流向测量成果绘制方法主要包括：人工观测、记录、输入、编制等，传统方法存在的主要问题是数据的读取、转换和计算等过程容易出错，且劳动强度大，工作效率低，成果表现不精美。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种表面流速流向测绘方法，其相比传统方法操作简单高效，不易出错，具有普适性。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种表面流速流向测绘方法，包括以下步骤：
[0006]S1、通过前方交会法或GNSS定位测量法获取测流点P的工程格网坐标(X
n
，Y
n
)；
[0007]S2、根据相邻两点的工程格网坐标(X
n
，Y
n
)、(X
>n+1
，Y
n+1
)和时间差Δt，计算相对应的表面流速和流向；
[0008]S3、建立表面流速流向成果文件。
[0009]按上述方案，所述步骤S1中，前方交会法包括以下步骤：
[0010]S1
‑
a1、采用两台及以上台附有记录卡的全站仪或电子经纬仪，按约定时间段，对漂移流动的浮标进行同步前方交会测量，获得定位测量条号、点号和角度数据；
[0011]S1
‑
a2、根据前方交会法数学模型计算点位的工程坐标(X
n
,Y
n
)；
[0012]建立前方交会法数学模型为：
[0013][0014][0015]式中：X
a
、Y
a
为测站A的已知工程纵、横坐标；
[0016]X
b
、Y
b
为测站B的已知工程纵、横坐标；
[0017]α为测站A后视B，对测流点P交会的夹角；
[0018]β为测站B后视A，对测流点P交会的夹角；
[0019]X
n
、Y
n
为测流点P的待定工程纵、横坐标；
[0020]根据公式(1)和(2)计算得到测流点P的工程坐标(X
n
，Y
n
)。
[0021]按上述方案，所述步骤S1中，GNSS定位测量法具体为：在云服务器或记录卡中读取定位测量数据中的时间和大地坐标(B，L)，将大地坐标(B，L)转换为参考椭球网格坐标(X0，Y0)，再将参考椭球网格坐标(X0，Y0)转换为工程格网坐标(X
n
,Y
n
)，包括以下步骤：
[0022]S1
‑
b1、将卫星定位自动测量的大地坐标(B，L)转换为参考椭球网格坐标(X0，Y0)的数学模型为：
[0023][0024][0025]式中：
[0026][0027]l＝L
‑
L0，L0为中央子午线
[0028][0029]t＝tanB
[0030]η＝e'cosB
[0031][0032][0033][0034][0035][0036]S1
‑
b2、将参考椭球网格坐标(X0，Y0，H0)转换为工程坐标(X
n
，Y
n
，H
n
)，采用四参数或
七参数两种方式转换求得，其两种数学模型为：
[0037]①
四参数转换模型：
[0038][0039]式中：Δx、Δy：平移参数；
[0040]θ：旋转参数；
[0041]k：尺度变换参数；
[0042]②
七参数转换模型：
[0043][0044]式中：Δx、Δy、Δh：平移参数；
[0045]ε
x
、ε
y
、ε
z
：旋转参数；
[0046]k：尺度变换参数；
[0047]根据公式(3)和(4)将GNSS定位的大地坐标转换至格网坐标(X0，Y0)，根据公式(5)或(6)将GNSS定位的格网坐标(X0，Y0)转换至工程坐标，得到卫星定位测量法的测流点P的工程坐标(X
n
，Y
n
)。
[0048]按上述方案，所述步骤S2中，相邻两点的流速数学模型为：
[0049][0050]式中：(X
n
，Y
n
)为漂流点P的第n点的坐标，单位为米；
[0051](X
n+1
，Y
n+1
)为漂流点P的第n+1点的坐标，单位为米；
[0052]Δt为漂流点P的从第n点到第n+1点所经历的时间，单位为秒；
[0053]V
n～n+1
为漂流点P的第n点到第n+1点的平均流速，单位为米/秒。
[0054]按上述方案，所述步骤S2中，相邻两点的流向数学模型为：
[0055][0056]式中：X
n
，Y
n
为漂流点P的第n点的坐标，单位为米；
[0057]X
n+1
，Y
n+1
为漂流点P的第n+1点的坐标，单位为米；
[0058]α
n～n+1
为从漂流点P的第n点到第n+1点的流向，单位为弧度，据需要可转换为度分秒；
[0059]流向取值为工程平面系中的坐标方向值，取值与相邻测流点的坐标差值有关，取值法则为：
[0060]令：ΔX
n
＝(X
n+1
‑
X
n
)，ΔYn＝(Y
n+1
‑
Y
n
)
[0061]则：流向取值方法为：
[0062]①
当ΔX
n
＞0，ΔY
n
＝0时：α
n～n+1
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8
‑
1)
[0063]②
当ΔX
n
＞0，ΔY
n
＞0时：
[0064]③
当ΔX
n
＝0，ΔY
n
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面流速流向测绘方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过前方交会法或GNSS定位测量法获取测流点P的工程格网坐标(X
n
，Y
n
)；S2、根据相邻两点的工程格网坐标(X
n
，Y
n
)、(X
n+1
，X
n+1
)和时间差Δt，计算相对应的表面流速和流向；S3、建立表面流速流向成果文件。2.根据权利要求1所述的表面流速流向测绘方法，其特征在于，所述步骤S1中，前方交会法包括以下步骤：S1
‑
a1、采用两台及以上台附有记录卡的全站仪或电子经纬仪，按约定时间段，对漂移流动的浮标进行同步前方交会测量，获得定位测量条号、点号和角度数据；S1
‑
a2、根据前方交会法数学模型计算点位的工程坐标(X
n
,Y
n
)；建立前方交会法数学模型为：建立前方交会法数学模型为：式中：X
a
、Y
a
为测站A的已知工程纵、横坐标；X
b
、Y
b
为测站B的已知工程纵、横坐标；α为测站A后视B，对测流点P交会的夹角；β为测站B后视A，对测流点P交会的夹角；X
n
、Y
n
为测流点P的待定工程纵、横坐标；根据公式(1)和(2)计算得到测流点P的工程坐标(X
n
，Y
n
)。3.根据权利要求1所述的表面流速流向测绘方法，其特征在于，所述步骤S1中，GNSS定位测量法具体为：在云服务器或记录卡中读取定位测量数据中的时间和大地坐标(B，L)，将大地坐标(B，L)转换为参考椭球网格坐标(X0，Y0)，再将参考椭球网格坐标(X0，Y0)转换为工程格网坐标(X
n
,Y
n
)，，包括以下步骤：S1
‑
b1、将卫星定位自动测量的大地坐标(B，L)转换为参考椭球网格坐标(X0，Y0)的数学模型为：模型为：式中：l＝L
‑
L0，L0为中央子午线t＝tanBη＝e
′
cosB
S1
‑
b2、将参考椭球网格坐标(X0，Y0，H0)转换为工程坐标(X
n
，Y
n
，H
n
)，采用四参数或七参数两种方式转换求得，其两种数学模型为：
①
四参数转换模型：式中：Δx、Δy：平移参数；θ：旋转参数；k：尺度变换参数；
②
七参数转换模型：式中：Δx、Δy、Δh：平移参数；ε
x
、ε
y
、ε
z
：旋转参数；k：尺度变换参数；根据公式(3)和(4)将GNSS定位的大地坐标转换至格网坐标(X0，Y0)，根据公式(5)或(6)将GNSS定位的格网坐标(X0，Y0)转换至工程坐标，得到卫星定位测量法的测流点P的工程坐标(X
n
，Y
n
)。4.根据权利要求1所述的表面流速流向测绘方法，其特征在于，所述步骤S2中，相邻两点的流速数学模型为：
式中：(X
n
，Y
n
)为漂流点P的第n点的坐标，单位为米；(X
n+1
，Y
n+1
)为漂流点P的第n+1点的坐标，单位为米；Δt为漂流点P的从第n点到第n+1点所经历的时间，单位为秒；V
n～n+1
为漂流点P的第n点到第n+1点的平均流速，单位为米/秒。5.根据权利要求1所述的表面流速流向测绘方法，其特征在于，所述步骤S2中，相邻两点的流向数学模型为：式中：X
n
，Y
n
为漂流点P的第n点的坐标，单位为米；X
n+1
，Y
n+1
为漂流点P的第n+1点的坐标，单位为米；α
n～n+1
为从漂流点P的第n点到第n+1点的流向，单位为弧度，据需要可转换为度分秒；流向取值为工程平面系中的坐标方向值，取值与相邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪剑，卢中，李雅琼，吴旭，张文欢，
申请(专利权)人：中交第二航务工程勘察设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：