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贡献者

周茂

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官方文档

x2sys_init

简介

初始化 x2sys 数据库

x2sys

交叉点分析 ：在船测、航测或卫星等手段观测的沿轨数据中，多次观测的轨迹存在一定的交叉，在交叉点处，对于不存在时变或时变较小的重力异常、海深、地形或海面高等观测量，由于其位置相同，因此理论上是相等的。但由于系统误差的影响，在交叉点处的观测值通常存在一定的差距（称为交叉点不符值）。交叉点分析的主要作用为通过计算交叉点，并对交叉点的不符值进行处理以削弱系统误差。

x2sys（Track Crossover Analysis Tools, 沿轨交叉点分析包）即是一套用于寻找沿轨观测数据之间交叉点并进行分析的工具集。其中，沿轨观测数据可以是二维笛卡尔坐标或地理坐标，交叉点可以为不同轨迹或同一轨迹之间的相交的点。工具集主要包括交叉点计算、交叉点不符值统计、交叉点平差（削弱系统误差）等相关分析功能。x2sys 基于 x_system，不同之处在于，x2sys 使用了新的寻找交叉点的算法，并且能处理多种格式的沿轨观测数据，例如 NetCDF 格式。目前，x2sys 随 GMT 一同发布，其主要功能均包含在 GMT 中，分为多个命令。

备注

由于 x2sys 工具包中概念较多，这里先进行一些约定：

• 轨迹数据/轨道数据/沿轨观测数据/测线数据是相同的概念，即沿测线的观测数据，格式通常为 xyz

• 数据库为 x2sys 处理流程中建立的数据库，也称 TAG 数据库

• 轨迹网格索引文件为使用 x2sys_binlist 将轨迹内插到指定的格网中时，所有含有观测数据的网格的列表信息文件

• 内部交叉点即某轨迹自身的交叉点；外部交叉点为不同轨迹之间的交叉点

x2sys 包括的命令：

• x2sys_init 用于初始化特定的沿轨观测数据库，是使用整个 x2sys 包中其他命令的基础。使用 x2sys_init 命令指定的标签 TAG 是后续命令中必须的关键参数。

• x2sys_binlist 将创建一个粗略的轨迹经过的网格列表，即轨迹网格索引文件，用于表示每个轨迹数据的位置以及观测数据个数等信息

• x2sys_put 使用轨迹网格索引文件更新 TAG 数据库，该选项在拥有多批次观测数据时可用来更新数据

• x2sys_get 用于寻找满足某些条件的轨迹，-A 选项结果可作为 x2sys_cross 的输入以提高寻找交叉点的效率

• x2sys_cross 计算给定轨迹列表中的轨迹的交叉点，也可给出交叉点不符值和均值

• x2sys_report 统计交叉点结果信息

• x2sys_list 从交叉点结果中提取信息，通常用于为 x2sys_solve 进行交叉点平差做数据准备

• x2sys_solve 基于 x2sys_cross 确定的交叉点以及 x2sys_list 提取的辅助数据进行交叉点平差

• x2sys_datalist 提取测线数据，也可将改正值应用于测线

• x2sys_merge 合并交叉点列表

备注

使用 x2sys_init 命令前，需首先设置环境变量 X2SYS_HOME 为某个拥有写权限的文件夹，以便 x2sys 可跟踪具体的设置。

整个数据处理流程可简化为：

1. 初始化（x2sys_init）

2. 计算交叉点（x2sys_cross）

3. 交叉点平差前数据准备（x2sys_list）

4. 交叉点平差（x2sys_solve）

5. 将改正值应用到测线中（x2sys_datalist、x2sys_report 和 x2sys_list 的

   gmt x2sys_init TAG

   TAG

   数据类型的标签，x2sys_init 将创建一个以 TAG 命名的文件夹来保存相关配置信息。后续模块将依赖该配置信息进行数据处理

   -Dfmtfile

   fmtfile 文件定义了当前处理的数据文件的格式（见下文中的

   -Esuffix

   指定处理数据文件的后缀。如果不指定，GMT 将使用

   *.fmt 文件定义了观测数据的格式，主要包括两个部分：(1) 头部信息；(2) 列信息。

   头部信息

   所有的头部信息均以字符 # 开头，后面紧跟一个大写的指令。如果指令可以接收一个参数，则指令和参数之间必须使用空格分隔。在头部信息的末尾可以使用 # 添加额外的注释信息。可识别的指令包括下面几个：

   1. ASCII 用来表明该数据文件为 ASCII 格式

   2. BINARY 表明该数据文件为二进制格式

   3. NETCDF 表明该数据文件为 1-D NetCDF 格式

   4. SKIP 可接收一个参数，表示读取 ASCII 格式的数据文件时跳过的行数或读取二进制文件时跳过的字节数

   5. GEO 表明数据文件的坐标为地理坐标，与

      列信息中包含多行，其中每行表示不同的变量，每行都含有 7 列，每列均代表特殊的含义

      name  type  NaN  NaN-proxy  scale  offset  oformat
      

      1. name 变量的名称。其中，坐标是必须的变量，且其名称只能为 lon 和 lat （笛卡尔坐标时为 x 和 y ）。时间变量为可选的，time 表示绝对时间， rtime 表示相对时间，使用相对时间时，需确保 TIME_UNIT 和 TIME_EPOCH 设置正确。无论使用的时间是绝对时间还是相对时间，输出结果中都使用绝对时间。

      2. type 数据类型

         • a （ASCII 文件）数字

         • c （二进制文件）1 字节有符号整型

         • u （二进制文件）1 字节无符号整型

         • h （二进制文件）2 字节有符号整型

         • i （二进制文件）4 字节有符号整型

         • f （二进制文件）4 字节浮点型

         • d （二进制文件）8 字节浮点型

         • d （netCDF 文件）自动确定数据类型

      3. NaN 是否使用某个数字代替 NaN，若是，则为 Y，否则为 N

      4. NaN-Proxy 用来代替 NaN 的数字，若使用 99999.0 代替 NaN，则 NaN 为 Y， NaN-Proxy 为 99999.0

      5. scale 设置对数据使用的缩放倍数

      6. offset 设置对数据使用的偏移量

      7. oformat 使用 C 语言格式的字符串指定数据的格式，如果该项设置为 - ，则使用 GMT 的格式机制，相关的设置参数包括 FORMAT_FLOAT_OUT ， FORMAT_GEO_MAP ，FORMAT_DATE_MAP ，FORMAT_CLOCK_MAP

      内置格式定义文件

      GMT 内置了一些格式定义文件，包括：

      • mgd77 普通 mgd77 ASCII 文件

      • mgd77+ 增强型的 mgd77+ netCDF 文件

      • gmt 旧的 mgg 二进制文件

      • xy 普通的 x,y ASCII 表文件

      • xyz 与 xy 相同，但包括 z 值

      • geo 普通的经纬度 ASCII 文件

      • geoz 与 geo 相同，但包含 z 值

      如果用户的轨迹数据文件为上述类型中的某一种，例如为普通的 magd77 ASCII 文件，可以直接使用 -Dmgd77 ，无需手动编写格式定义文件。以上格式定义文件均可在 GMT_SHAREDIR 目录下的 x2sys 文件夹中找到。

      示例

      这里将给出使用 x2sys 管理大量沿轨观测文件的步骤。

      ASCII 文件

      假定观测数据文件的格式为：2 行头部信息，然后为观测数据，共 6 列，分别为 lat，lon，time，obs1，obs2，obs3，后缀为 .trk 。

      （1）首先创建一个用来定义数据格式的文件 line.fmt ，其内容为:

      # Format define file for the line format
      #SKIP 2
      #GEO
      #name   type    NaN     NaN-proxy   scale   offset  oformat
      lat     a       N       0           1       0       %9.5f
      lon     a       N       0           1       0       %10.5f
      time    a       N       0           1       0       %7.1f
      obs1    a       N       0           1       0       %7.2f
      obs2    a       N       0           1       0       %7.2f
      obs3    a       N       0           1       0       %7.2f
      

      （2）接下来，创建 TAG 和 TAG 数据库。假定数据均为地理坐标，使用 1x1 度的网格来为这些沿轨观测文件建立索引，并计算沿轨距离，单位为 km，速度单位为节:

      gmt x2sys_init LINE -V -G -Dline -Rg -je -Ndk -Nsn -I1/1 -Etrk
      

      这里设置 TAG 为 LINE。当 x2sys 试图读取观测数据时，将首先在当前文件夹中寻找数据，然后在 LINE_paths.txt 中查找其他的目录列表。因此，这里创建 LINE_paths.txt 文件，内容为数据所在的路径，必须使用绝对路径。

      所有的 TAG 相关的文件，包括格式定义文件，TAG 文件以及创建的数据库等将保存在 $X2SYS_HOME/TAG 文件夹中，此处为 $X2SYS_HOME/LINE。 x2sys_init 将会复制

      格式定义文件过去使用 .def 作为后缀，由于 GMT 的符号文件也使用该后缀，因此目前已经弃用该扩展名，现在使用的后缀为 .fmt，但 .def 仍然可以正常工作。

      参考文献

      Wessel P. Tools for analyzing intersecting tracks: the x2sys package[J]. Computers & Geosciences, 2010, 36(3): 348-354.

      相关模块

      x2sys_binlist, x2sys_datalist, x2sys_get, x2sys_list, x2sys_put, x2sys_report, x2sys_solve, x2sys_cross, x2sys_merge