內(nèi)河電子航道圖數(shù)據(jù)交換技術(shù)研究

馮新強

摘 要：基于內(nèi)河電子航道圖相關(guān)標(biāo)準與規(guī)范，開展數(shù)據(jù)交換技術(shù)研究，通過數(shù)據(jù)交換模型建立、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與過程數(shù)據(jù)分層、分類與編碼設(shè)計，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理平臺下實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換過程，為內(nèi)河電子航道圖數(shù)據(jù)組織、交換與應(yīng)用提供有效的方法和手段，促進內(nèi)河航道空間數(shù)據(jù)資源共享與信息交換。

關(guān)鍵詞：內(nèi)河電子航道圖 數(shù)據(jù)交換

中圖分類號：U675.81 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0001-02

內(nèi)河電子航道圖是利用計算機、地理信息等技術(shù)，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準規(guī)范，對航道要素信息進行整理、處理后按照一定生產(chǎn)流程制作而成的標(biāo)準化數(shù)字地圖，包含豐富的助航標(biāo)志、航道地形、渡口、碼頭、橋梁等臨過河建筑物及其它與航道管理、航運安全相關(guān)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。隨著我國現(xiàn)代化水運體系建設(shè)與內(nèi)河水運發(fā)展的不斷躍進，內(nèi)河電子航道圖已成為數(shù)字化、智能化航道建設(shè)必備的基礎(chǔ)性資源，在船舶通航、航運管理、安全監(jiān)管、應(yīng)急救援等應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。

目前，內(nèi)河電子航道圖存在數(shù)據(jù)標(biāo)準不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)格式多樣等問題，無法進行有效的數(shù)據(jù)交換以滿足信息共享平臺及應(yīng)用系統(tǒng)的實際需求。該文試通過內(nèi)河電子航道圖數(shù)據(jù)交換技術(shù)研究，為其數(shù)據(jù)組織、交換與應(yīng)用提供有效的方法和手段，促進內(nèi)河航道空間數(shù)據(jù)資源共享與信息交換。

1 數(shù)據(jù)交換技術(shù)綜述

我國主要內(nèi)河，如長江、西江等，電子航道圖建設(shè)的實際情況是：部分GPS終端加載GIS范疇的航道圖，部分AIS終端加載電子海圖，港航管理部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用的航道圖大部分屬于GIS圖，因此，存在數(shù)據(jù)標(biāo)準不統(tǒng)一的問題，同時，由于應(yīng)用需求不同，數(shù)據(jù)格式多樣，包括GIS矢量圖、測繪CAD圖、S-57格式電子海圖等，導(dǎo)致電子航道圖數(shù)據(jù)自成體系、互不兼容、無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息共享，難以保證電子航道圖系統(tǒng)的整體性和一致性。

內(nèi)河電子航道圖數(shù)據(jù)交換基于國內(nèi)外電子航道圖相關(guān)技術(shù)標(biāo)準及內(nèi)河電子航道圖空間和屬性數(shù)據(jù)要求，通過建立通用的數(shù)據(jù)交換模型并制定相應(yīng)的交換規(guī)則，如分層、編碼等，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，實現(xiàn)測量、測繪數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、電子航道圖（IENC）數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)交換、轉(zhuǎn)換或融合。

2 數(shù)據(jù)交換模型

內(nèi)河電子航道圖生產(chǎn)或制作以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行要素分層、分類和編碼，可以規(guī)范數(shù)據(jù)內(nèi)容，保證數(shù)據(jù)交換過程中能夠按照規(guī)定整理、處理，形成內(nèi)容豐富、使用靈活的過程數(shù)據(jù)（或稱作中間數(shù)據(jù)、交換數(shù)據(jù)），過程數(shù)據(jù)按照電子航道圖相關(guān)標(biāo)準（IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG IENC等）進行組織，包括要素分層和編碼等。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)交換為過程數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)映射規(guī)范進行，通過要素映射定義、屬性映射編碼規(guī)定，保證數(shù)據(jù)交換內(nèi)容的正確性和完整性。過程數(shù)據(jù)通過內(nèi)容完善、處理、檢驗，按相應(yīng)的生產(chǎn)過程輸出為不同格式的應(yīng)用數(shù)據(jù)，包括IHO S-57或IENC標(biāo)準的電子航道圖數(shù)據(jù)（*.000格式），以及其他主流空間數(shù)據(jù)格式（如ArcGIS Shp格式等）。

數(shù)據(jù)交換在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換平臺下，按空間和屬性數(shù)據(jù)交換標(biāo)準規(guī)定和要求進行，交換流程如圖1所示。

3 數(shù)據(jù)分層、分類與編碼

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要素分層

為了有效解決航道基礎(chǔ)地理信息內(nèi)業(yè)處理業(yè)務(wù)過程中，數(shù)據(jù)因分層混亂而導(dǎo)致處理、轉(zhuǎn)換困難等問題，對航道數(shù)據(jù)要素分層進行規(guī)范是非常必要的。

航道測量主要依據(jù)《水運工程測量規(guī)范》（JTS 131-2012），參照《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼（GBT 13923-2006）》，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要素分為測量控制點、水系及附屬設(shè)施、居民地及垣柵、交通及附屬設(shè)施、管線及附屬設(shè)施、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)等8層。實際測量數(shù)據(jù)在相應(yīng)的圖層上進行繪制，各層包括的主要要素如下：

（1）測量控制點層。

測量控制點層主要包括測量控制點、三角點、圖根點、GPS控制點等要素。

（2）水系及附屬設(shè)施層。

水系及附屬設(shè)施層主要包括河流、溝渠、堤岸、船閘、水閘、水壩、系泊設(shè)施等要素。

（3）居民地及垣柵層。

居民地及垣柵層主要包括房屋、建筑物、裝卸設(shè)備、傳送設(shè)備、氣象站、水文站、柵欄等要素。

（4）交通及附屬設(shè)施層。

交通及附屬設(shè)施層主要包括道路、橋梁、碼頭、航標(biāo)、信號設(shè)施、渡口、導(dǎo)航線等要素。

（5）管線及附屬設(shè)施層。

管線及附屬設(shè)施層主要包括管線、電力、通信線纜、變電站等要素。

（6）境界與政區(qū)層。

境界與政區(qū)層包括地面地帶要素。

（7）地貌層。

地貌層主要包括地貌和土質(zhì)、高程點、等深線、等深點、斜坡、陡石、人工地貌等要素。

（8）植被與土質(zhì)層。

植被與土質(zhì)層主要包括林地、草地、園圃等要素。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要素分類與編碼

從內(nèi)河電子航道圖生產(chǎn)與應(yīng)用的角度出發(fā)，依據(jù)《水運工程測量規(guī)范》（JTS 131-2012），參照《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼（GBT 13923-2006）》對地形要素的分類標(biāo)準，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要素類型按照從屬關(guān)系依次分為：大類、中類、小類、子類四級。

分類編碼采用六位十進制數(shù)字表示，分別為按照數(shù)字順序排列的大類、中類、小類、子類，編碼結(jié)構(gòu)見圖2。

（1）左起第一位為大類碼；

（2）左起第二位為中類碼，在大類基礎(chǔ)上細分成的要素類；

（3）左起第三、四位為小類碼，在中類基礎(chǔ)上細分成的要素類；

（4）左起第五、六位為子類碼，在小類基礎(chǔ)上，結(jié)合實際應(yīng)用需求細分成的要素類。

要素分類與編碼可根據(jù)實際應(yīng)用情況進行擴充，擴充原則如下：

（1）要素的小類、子類應(yīng)在同級的分類上進行擴充，擴充的小類、子類應(yīng)歸于相應(yīng)的中類及小類；

（2）對于屬于同一子類的不同實體對象（如名稱相同但幾何類形不同的實體），其編碼的擴充按照不同的子類進行對待，即沿用子類的擴充原則，在現(xiàn)有子類的基礎(chǔ)上進行依次擴充。

3.3 過程數(shù)據(jù)分層與編碼

參照IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG要素目錄，對過程數(shù)據(jù)要素進行分層，不同幾何形狀的同一要素按點、線、面作獨立的分層。參照IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG IENC要素編碼指南，對過程數(shù)據(jù)要素進行編碼。編碼樣例見表1。

參照IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG IENC要素編碼指南，確定屬性映射編碼、值域類型及內(nèi)容。映射編碼樣例見表2。

4 數(shù)據(jù)交換平臺

數(shù)據(jù)交換在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換平臺下進行，數(shù)據(jù)交換平臺的性能直接影響數(shù)據(jù)交換的效率和結(jié)果，因此，應(yīng)當(dāng)選擇高性能、高處理能力、自動化程度高的平臺軟件。目前，國內(nèi)外先進、主流的空間數(shù)據(jù)處理平臺軟件包括ArcGIS和SuperMap。為使整個數(shù)據(jù)交換過程的能夠順利實現(xiàn)，數(shù)據(jù)交換平臺應(yīng)滿足以下基本要求：

（1）支持常用空間數(shù)據(jù)格式的自動轉(zhuǎn)換；

（2）支持批量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；

（3）支持投影變換和坐標(biāo)操作，支持“1954北京坐標(biāo)系”、“1980西安坐標(biāo)系”、“WGS84世界大地坐標(biāo)系”、“2000國家大地坐標(biāo)系”等通用或常用坐標(biāo)系統(tǒng)；

（4）支持數(shù)據(jù)內(nèi)容參數(shù)設(shè)置，包括比例尺、數(shù)據(jù)范圍、圖層及交換格式等；

（5）支持用戶通過映射文件定制轉(zhuǎn)換；

（6）可以通過腳本文件方式進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；

（7）良好的格式擴展性，方便增加新格式；

（8）良好的事件處理和日志信息顯示。

通過配置或定制相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理環(huán)境，數(shù)據(jù)交換平臺實現(xiàn)如下功能：

（1）數(shù)據(jù)檢驗與導(dǎo)入處理。

數(shù)據(jù)檢驗內(nèi)容包括物標(biāo)編碼、物標(biāo)屬性等，通過檢驗后按照基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與S57物標(biāo)類映射關(guān)系批量導(dǎo)入。

（2）數(shù)據(jù)管理、編輯與顯示。

數(shù)據(jù)管理、編輯與顯示環(huán)境實現(xiàn)數(shù)據(jù)的瀏覽、組織和管理功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的加載、編輯、修改和更新等功能。

（3）數(shù)據(jù)校驗與校正。

通過預(yù)配置的S-58及空間校驗條件對添加的數(shù)據(jù)進行檢查，對不符合條件的數(shù)據(jù)內(nèi)容，通過相應(yīng)的工具進行數(shù)據(jù)的自動修改和校正。在要素關(guān)系方面，通過拓撲功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤自動檢查功能。

（4）質(zhì)量控制與審核。

數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查和可視化管理數(shù)據(jù)質(zhì)量信息，包括要素數(shù)量、要素屬性、空間屬性、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)精度等。

（5）產(chǎn)品生成、維護與管理。

對內(nèi)河電子航道圖內(nèi)部版本、歷史版本、定制版本等進行管理和維護。

5 數(shù)據(jù)交換質(zhì)量與問題處理

內(nèi)河電子航道圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)來源于具有國家、行業(yè)測繪資質(zhì)的專業(yè)地圖數(shù)據(jù)公司或國家、行業(yè)測繪主管部門。在數(shù)據(jù)處理、組織、交換等各個環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴格遵照分層、分類、編碼規(guī)定，最大限度地保證地圖數(shù)據(jù)的幾何精度和屬性精度，保證數(shù)據(jù)內(nèi)容信息最小化地丟失（損失）。數(shù)據(jù)交換后，應(yīng)滿足以下質(zhì)量要求：

（1）空間要素?zé)o丟失；

（2）空間要素位置無偏移；

（3）空間要素幾何精度符合要求；

（4）空間要素屬性內(nèi)容完整無丟失；

（5）空間要素屬性內(nèi)容真實無誤。

在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)組織與數(shù)據(jù)交換過程中，難免會因為數(shù)據(jù)操作失誤、數(shù)據(jù)內(nèi)容錯誤等原因，造成數(shù)據(jù)交換質(zhì)量不符合要求，數(shù)據(jù)交換質(zhì)量問題產(chǎn)生的主要原因及處理方法如下：

（1）水工數(shù)據(jù)通常使用地方坐標(biāo)系，地方坐標(biāo)系需要保證坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)精度，才能保證轉(zhuǎn)換后的結(jié)果正確。

（2）數(shù)據(jù)偏移導(dǎo)致的問題是由于原始數(shù)據(jù)缺少坐標(biāo)系信息，同時也缺少投影轉(zhuǎn)換參數(shù)導(dǎo)致，電子航道圖數(shù)據(jù)默認使用WGS84投影坐標(biāo)，參數(shù)投影轉(zhuǎn)換使用軟件的默認參數(shù)。

（3）未按圖層要求歸類物標(biāo)要素，導(dǎo)致在制作電子航道圖數(shù)據(jù)時對真實世界的描述可能出現(xiàn)編碼錯誤，而多種不同種類對象放在一個圖層中，則導(dǎo)致需要大量的人工操作提取有效信息。應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準要求組織數(shù)據(jù)內(nèi)容。

（4）屬性丟失導(dǎo)致在制作電子航道圖數(shù)據(jù)時對某些特征物標(biāo)編碼出現(xiàn)錯誤，而缺失的屬性字段在進行數(shù)據(jù)檢查時會被檢查出錯誤信息。必須保證必填屬性的內(nèi)容完整、正確。

6 結(jié)語

內(nèi)河電子航道圖數(shù)據(jù)交換技術(shù)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換平臺下導(dǎo)入源數(shù)據(jù)，按照相關(guān)標(biāo)準及數(shù)據(jù)交換模型組織數(shù)據(jù)內(nèi)容、分層與編碼，形成過程數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理、完善、優(yōu)化、檢驗后，可交換為共享數(shù)據(jù)或生產(chǎn)輸出為多種格式的應(yīng)用數(shù)據(jù)，對內(nèi)河電子航道圖基礎(chǔ)測量（測繪）數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)內(nèi)容規(guī)范、數(shù)據(jù)交換與應(yīng)用等具有較高的實用價值。

參考文獻

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