✍️ 周茂 • 📅 2025-12-30

# x2sys_init

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 -L 选项均 可实现，推荐使用 x2sys_datalist）

下面将主要介绍 x2sys_init 模块，其他模块可参考对应模块文档。

## 语法

gmt x2sys_init TAG `-D` fmtfile [ `-E` suffix ] [ `-F` ] [ `-G` d|g ] [ `-I` dx[/dy] ] [ `-N` d|s unit ] [ `-R` region ] [ `-V`[level] ] [ `-W` t|d gap ] [ `-j` flags ] [ --PAR=value ]

## 必选选项

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

-D

-D fmtfile

  fmtfile 文件定义了当前处理的数据文件的格式（见下文中的 格式定义文件 ）。 如果 fmtfile 不在当前文件夹下，则需要指定完整路径。若 fmtfile 不包含后缀，GMT 会假定使用自带的格式定义文件，这些文件位于 `gmt --show-sharedir` 结果的 x2sys 文件夹下，见 内置格式定义文件 。 如果 `-D` 选项没有指定，GMT 将自动使用 TAG.fmt，不管其是否存在。 注 ：已经弃用的 `.def` 后缀的文件可以正常工作，但不推荐使用，应该考虑改变后缀 ，见 废弃用法 。

## 可选选项

-E

-E suffix

  指定处理数据文件的后缀。如果不指定，GMT 将使用 `-D` 选项中的前缀作为后缀（见 `-D` 选项）。

-F

-F

  如果 TAG 文件夹存在，将强制创建新的文件夹 [默认存在旧的文件夹时，不创建新文件夹]。

-G

-Gd|g

  选择使用地理坐标。追加 d 表明经度范围为 -180 到 180 度， 追加 g 表明经度范围为 0 到 360 度。

-I

-I dx[/dy]

  `-I` 选项主要用来指定在 x2sys_binlist 模块中创建的网格的间隔，dx 为横向间隔，dy 为纵向间隔，dy 为可选的， 不指定时，使用 dx 作为纵向间隔。 追加 m 或 s 用来指定间隔在地理坐标中的单位为角分或角秒。

-N

-Nd|s unit

  设置其他后续模块中需要使用的距离和速度的单位。 d 表示距离，s 表示速度，然后可以分别指定距离和速度的单位。

  - c 表示笛卡尔坐标下的距离或速度

  - e m 或 m/s，

  - f feet 或 feet/s

  - k km 或 kms/hr

  - m miles 或 miles/hr

  - n nautical miles 或 knots

  - u survey feet 或 survey feet/s

  默认地，当使用了 `-G` 选项时，自动设置为 -Ndk -Nse （km 和 m/s）， 其他情况设置为 -Ndc 和 -Nsc 。

-R

-R xmin/xmax/ymin/ymax[+r][+u unit]

  指定数据范围。 (参数详细介绍)

-V

-V[level]

  设置 verbose 等级 [w]。 (参数详细介绍)

-W

-Wt|d gap

  该选项主要用于考虑轨迹数据中的缺失点或观测间隔很大的点。 t 设置最大的时间间隙 gap （使用用户定义的单位，通常为秒）； d 设置最大的距离间隙 gap （单位见 `-N` 选项）。 若交叉点两侧的数据点之间的时间或距离大于 gap , 则认为当前轨迹数据存在缺失数据，不用来计算交叉点并平差。

-j

-je|f|g

  设置球面距离的计算方式。 (参数详细介绍)

-^ 或 -

  显示简短的帮助信息，包括模块简介和基本语法信息（Windows下只能使用 -）

-+ 或 +

  显示帮助信息，包括模块简介、基本语法以及模块特有选项的说明

-? 或无参数

  显示完整的帮助信息，包括模块简介、基本语法以及所有选项的说明

--PAR=value

  临时修改GMT参数的值，可重复多次使用。参数列表见 配置参数

## 格式定义文件

*.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 `-G` 的作用相同

6. MULTISEG 表明每个文件均包括多段数据，中间使用 GMT 段分隔符分开（不适用于 NetCDF 格式）

### 列信息

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 `-D` 选项设置的 *.fmt 到该文件夹下，以便后续的 x2sys 命令使用。

（3）创建 tbf 文件。使用 x2sys_init 创建数据库以后，可以使用下面两步填充数据库。 首先运行 x2sys_binlist ，使用沿轨观测文件创建一个或多个多段 轨迹网格索引文件（track bin-index file，tbf）。文件中的信息包括：每个轨道经过哪些 1x1 度（见 `-I` ）的网格，以及含有哪些观测（这里为 obs1，obs2，obs3， 但并非所有的轨迹都含有这 3 种观测）。 例如：如果用于将所有的数据文件名保存在 `tracks.lis` ，则可以运行:

    gmt x2sys_binlist -V -TLINE =tracks.lis > tracks.tbf

（4）更新 TAG 数据库。填充数据库的第二步即为更新数据库。使用 x2sys_put 将 tbf 文件中的信息插入到 TAG 数据库中:

    gmt x2sys_put -V -TLINE tracks.tbf

（5）查找数据。使用 x2sys_get 可以查找位于指定范围内的轨迹， 并且可以限制特定的观测值组合的轨迹，例如，寻找所有同时包含 obs1 和 obs3 并位于某一区域的轨迹:

    gmt x2sys_get -V -TLINE -R20/40/-40/-20 -Fobs1,obs3 > tracks.tbf

MGD77[+] 文件

GMT 已经自带了 MGD77，MGD77+ 以及 mgg 观测数据的格式定义文件。 对于这些数据，设置 -j 和 `-N` 将默认使用大圆距离，单位为 km，速度单位为 m/s。 由 NCEI 创建的 MGD77 数据可使用下面命令初始化:

    gmt x2sys_init MGD77 -V -Dmgd77 -Emgd77 -Rd -Gd -Nsn -I1/1 -Wt900 -Wd5

这里设置轨迹中相邻观测超过 15 分钟（即 900 秒）或者大于 5 km 即认为存在数据缺失；设置速度为节。

二进制文件

假定用户的观测文件中有 128 个字节的头部信息，接下来为数据记录，其中 lon，lat，time 为双精度数， 另有三种观测量为 2 字节整数，且需要乘以 0.1 。前两种观测量使用 -32768 表示没有获得观测值。 因此，可以定义一个 `line.fmt` 为:

    # Format define file for the binary line format
    #BINARY
    #SKIP 128
    #GEO
    #name   type    NaN     NaN-proxy   scale   offset  oformat
    lat     d       N       0           1       0       %9.5f
    lon     d       N       0           1       0       %10.5f
    time    d       N       0           1       0       %7.1f
    obs1    h       Y       -32768      0.1     0       %6.1f
    obs2    h       Y       -32768      0.1     0       %6.1f
    obs3    h       N       0           0.1     0       %6.1f

1-D NetCDF 文件

最后，假定用户的观测文件为 NetCDF 格式，且符合 COARDS 约定，含有同样的观测数据，即 lon，lat，time，obs1，obs2，obs3，则格式定义文件为:

    # Format define file for the netCDF COARDS line format
    #NETCDF
    #GEO
    #name   type    NaN     NaN-proxy   scale   offset  oformat
    lat     d       N       0           1       0       %9.5f
    lon     d       N       0           1       0       %10.5f
    time    d       N       0           1       0       %7.1f
    obs1    d       N       0           1       0       %6.1f
    obs2    d       N       0           1       0       %6.1f
    obs3    d       N       0           1       0       %6.1f

NetCDF 观测文件通常不需要设置 scale 以及 NaN，因为这些都包含在 NetCDF 自己的格式描述中。

## 废弃用法

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