面向流程的電子航道圖制作研究

摘 要：本文基于筆者從事電子航道圖制作的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以面向流程的電子航道圖制作為研究對象，論文首先分析了長江電子航道圖制作的機(jī)制，進(jìn)而詳細(xì)探討了制作流程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)解決途徑，全文是筆者長期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：電子航道圖 制作 技術(shù) 長江

中圖分類號：U612 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0033-02

長江數(shù)字航道建設(shè)是長江黃金航道建設(shè)的重要組成部分，長江電子航道圖是數(shù)字航道的核心，也是長江航運(yùn)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)。因此，建設(shè)高效、便捷和功能全面的長江電子航道圖生產(chǎn)和服務(wù)系統(tǒng)勢在必行。

目前，世界范圍內(nèi)的電子海圖技術(shù)日益成熟，為長江電子航道圖生產(chǎn)提供了有益借鑒，但長江電子航道圖生產(chǎn)有別于其他任何區(qū)域的生產(chǎn)模式，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)源的多樣性及長江地域特征明顯方面。

本文結(jié)合長江內(nèi)河數(shù)據(jù)源特點(diǎn)，提出基于國際標(biāo)準(zhǔn)的長江電子航道圖制作機(jī)制，解決上述關(guān)鍵問題。

1 長江電子航道圖制作機(jī)制

長江電子航道圖制作機(jī)制概括為：數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理及航道圖編輯，航道圖審核及航道圖發(fā)布，航道圖應(yīng)用。

1.1 數(shù)據(jù)采集

采集的數(shù)據(jù)包括水域測量資料和陸域測量資料。水域測量資料主要包括航標(biāo)類、礙航物類（所有水面、水下礙航物數(shù)據(jù)）、平面控制點(diǎn)類、高程控制點(diǎn)類（所有航道、禁航區(qū)、限航區(qū)、錨泊區(qū)等）、特定性質(zhì)區(qū)域、水深點(diǎn)及其他。陸域資料主要包括兩類：一是平面資料，主要指堤線、岸線及岸線一定范圍內(nèi)的城鎮(zhèn)、村莊、代表建筑物等資料；岸線一定范圍內(nèi)的鐵路、主要公路、河道資料；各河口岸線周邊資料等；二是屬性資料，主要指碼頭的相關(guān)屬性、跨河建筑物的相關(guān)屬性、沿江主要港航單位名稱駐地、岸線一定范圍內(nèi)起伏較大區(qū)域（如山區(qū)）的主要高程資料等。

1.2 數(shù)據(jù)處理

（1）CAD數(shù)據(jù)源形成長江電子航道圖一次性數(shù)據(jù)描述數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)，其處理過程包括數(shù)字化定義、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等。（2）長江特有專題數(shù)據(jù)源以EXCEL表格形式提供，形成電子航道圖一次性數(shù)據(jù)描述專題數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)。專題數(shù)據(jù)處理需完成下列工作：規(guī)范專題數(shù)據(jù)源格式，以實(shí)現(xiàn)多源孤立數(shù)據(jù)的集成。建立專題物標(biāo)與S-57物標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。定制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型，實(shí)現(xiàn)專題物標(biāo)向S-57轉(zhuǎn)換。專題物標(biāo)入庫及其成圖檢測。（3）水深處理包括水深替換、水深點(diǎn)篩選以及淺點(diǎn)選擇等。（4）等深線以及等深區(qū)修改數(shù)據(jù)是航道空間數(shù)據(jù)的重要組成部分，是水深區(qū)域的重要邊界依據(jù)。等深線的設(shè)置依賴水深點(diǎn)，水深點(diǎn)一旦變化，必須重新勾畫計(jì)算等深線。

1.3 數(shù)據(jù)編輯

電子航道圖的編輯是實(shí)施航道圖數(shù)據(jù)維護(hù)的根本，其核心工作是按照S-57物標(biāo)分類以及屬性定義對電子航道圖進(jìn)行人機(jī)交互式編輯，并對改正信息進(jìn)行有效存儲，為生成國際標(biāo)準(zhǔn)的電子航道圖基礎(chǔ)記錄集（EN文件）以及改正記錄集（ER文件）提供數(shù)據(jù)源，并最終實(shí)現(xiàn)應(yīng)用平臺的電子航道圖數(shù)據(jù)的有效更新。

1.4 數(shù)據(jù)質(zhì)檢

對編輯完成的電子航道圖數(shù)據(jù)進(jìn)行IHOS-58標(biāo)準(zhǔn)的符合性檢驗(yàn)，包括檢查數(shù)據(jù)的完整性、規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)性。即檢查數(shù)據(jù)是否符合S-57產(chǎn)品規(guī)范，是否符合S-57物標(biāo)幾何規(guī)范，是否符合S-57物標(biāo)特征規(guī)范，是否符合S-57物標(biāo)幾何冗余，是否符合S-57物標(biāo)空間冗余等。

2 長江電子航道圖制作技術(shù)

2.1 基于S-57國際標(biāo)準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)組織技術(shù)

IHOS-57國際標(biāo)準(zhǔn)描述了各國航道測量部門之間用于數(shù)字化航道測量數(shù)據(jù)交換及向航海人員、ECDIS生產(chǎn)商發(fā)布該類數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，定義了嚴(yán)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)規(guī)范，如圖1所示。

長江電子航道圖生產(chǎn)采用S-57數(shù)據(jù)模型，需解決下列數(shù)據(jù)組織問題。

（1）空間信息與物標(biāo)信息分離。（2）最大限度上控制數(shù)據(jù)存儲的冗余度。（3）最大限度上確保電子航道圖數(shù)據(jù)的完整性。（4）最大限度上確保電子航道圖數(shù)據(jù)更新管理功能的友好實(shí)施。

2.2 電子航道圖生成技術(shù)

2.2.1 電子航道圖的管理

電子航道圖在S-57中為獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件，這些數(shù)據(jù)文件代表了特定水域、特定范圍、特定比例尺的航道圖制圖物標(biāo)數(shù)據(jù)集合。

表1為依據(jù)國際海圖出版規(guī)范的電子航道圖單元覆蓋范圍通用標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)按照用途對航道圖進(jìn)行劃分，不同用途的單元電子圖間在覆蓋區(qū)域上為包含關(guān)系，即為多叉樹結(jié)構(gòu)，描述數(shù)據(jù)庫整體框架、分層以及不同層航道圖之間的包含關(guān)系，如圖2所示。圖2共分為7個層次，其中第i（i6）層對其下層存在一對多的包含關(guān)系。對于同一層次上（或者說同一用途）的航道圖不存在包含關(guān)系，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)圖結(jié)構(gòu)，描述同一層航道圖單元之間的鄰接關(guān)系，解決了同層比例尺下航道圖數(shù)據(jù)的連續(xù)性和非重疊性問題。按該標(biāo)準(zhǔn)對全水域進(jìn)行劃分，形成的航道圖單元數(shù)目將不少于目前紙海圖的數(shù)目。

2.2.2 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)與S-57國際標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一

（1）依據(jù)S-57物標(biāo)分類特性對航道圖地理信息進(jìn)行分類。（2）對于影響物標(biāo)特征屬性的地理信息進(jìn)行強(qiáng)制賦值。（3）依據(jù)S-57規(guī)定的影響空間范圍的物標(biāo)組對航道地理信息進(jìn)行分組。（4）根據(jù)航道地理信息的修改頻率特征對航道地理信息進(jìn)行分組。（5）編制統(tǒng)一的物標(biāo)定義規(guī)范，并確保與標(biāo)準(zhǔn)相一致。

2.2.3 電子航道圖的存儲

電子航道圖數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)集、物標(biāo)的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖3所示。該結(jié)構(gòu)描述了電子航道圖生成的整體數(shù)據(jù)模型。

電子航道圖數(shù)據(jù)集作為S-57特征物標(biāo)和空間物標(biāo)的存儲容器，提供對物標(biāo)的遍歷訪問、相互關(guān)系維護(hù)等管理功能。按S-57標(biāo)準(zhǔn)要求，電子航道圖數(shù)據(jù)集滿足下列要求。

（1）單記錄集的獨(dú)立性。（2）符合ENC文檔結(jié)構(gòu)，有效存儲記錄字段及其子字段。（3）單記錄集中記錄號唯一性。S-57數(shù)據(jù)模型規(guī)定同一個記錄集中記錄的標(biāo)志號不得相同。（4）多個記錄集中特征物標(biāo)標(biāo)志號的唯一性。

2.2.4 電子航道圖冗余度的控制

隨著整個長江水域電子航道圖的建立，各個級別比例尺的電子航道圖相繼完整，需要注意圖與圖之間信息的重疊性、特定比例尺下信息分布的合理性以及同一個物標(biāo)在不同比例尺和不同圖上描述的唯一性等。

2.3 電子航道圖編輯技術(shù)

根據(jù)地理空間信息的類型以及S-57對物標(biāo)的分類，長江電子航道圖編輯主要包含對點(diǎn)物標(biāo)、水深物標(biāo)、線物標(biāo)、面物標(biāo)的添加、修改及刪除操作。

2.4 電子航道圖檢驗(yàn)技術(shù)

檢驗(yàn)內(nèi)容主要包括以下幾個方面。

2.4.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)

（1）檢查ENC數(shù)據(jù)是否符合EN文檔的格式。（2）檢查文件大小是否合理，文件內(nèi)容是否與標(biāo)志一致。（3）檢查數(shù)據(jù)版本是否合理。（4）檢查數(shù)據(jù)類型是否與標(biāo)準(zhǔn)一致。（5）檢查數(shù)據(jù)字段以及相關(guān)子字段的取值是否與標(biāo)準(zhǔn)一致。（6）檢查物標(biāo)空間屬性和特征屬性是否合理。（7）檢查物標(biāo)與物標(biāo)的關(guān)系是否合理。（8）檢查物標(biāo)類別、屬性類別是否與標(biāo)準(zhǔn)一致。

2.4.2 空間信息檢驗(yàn)

（1）檢查空間標(biāo)志是否合理。（2）檢查空間位置是否重復(fù)。（3）檢查空間位置是否交叉。（4）檢查空間范圍與標(biāo)準(zhǔn)是否一致（如標(biāo)準(zhǔn)要求是閉合區(qū)域卻沒閉合）。（5）檢查矢量記錄引用空間位置是否重復(fù)。（6）檢查空間位置是否無效。（7）檢查矢量記錄是否沒被引用。

2.4.3 物標(biāo)檢驗(yàn)

（1）檢查數(shù)據(jù)字段以及相關(guān)子字段的取值是否與標(biāo)準(zhǔn)一致。（2）檢查物標(biāo)標(biāo)志是否合理。（3）檢查物標(biāo)的邏輯關(guān)系是否合理。（4）檢查物標(biāo)的分組是否與標(biāo)準(zhǔn)一致。

2.5 電子航道圖數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)

IHOS-63數(shù)據(jù)保護(hù)方案描述了對ENC信息保護(hù)的推薦標(biāo)準(zhǔn)。該方案由國際海道測量組織數(shù)據(jù)保護(hù)方案建議組提供。

IHOS-63數(shù)據(jù)保護(hù)方案詳細(xì)說明了在多設(shè)備制造商和多數(shù)據(jù)提供商條件下對S-57數(shù)據(jù)保密性、完整性和認(rèn)證性的保證。IHOS-63數(shù)據(jù)保護(hù)方案中的相關(guān)對象為：數(shù)據(jù)保護(hù)方案的管理者、數(shù)據(jù)服務(wù)商、數(shù)據(jù)客戶、設(shè)備制造商。

2.6 WGS-84與北京-54坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)

WGS-84坐標(biāo)系是全球通用的大地坐標(biāo)系。國際標(biāo)準(zhǔn)化的電子海圖系統(tǒng)規(guī)定必須采用該坐標(biāo)。長江航道及航運(yùn)相關(guān)部門一直習(xí)慣于沿用基于北京-54坐標(biāo)系的高斯投影坐標(biāo)。為使電子航道圖符合國際標(biāo)準(zhǔn)，同時又符合對北京-54坐標(biāo)的使用習(xí)慣，必須處理好WGS-84地理坐標(biāo)系、北京-54地理坐標(biāo)系、基于北京-54的高斯投影坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換問題。其中，核心問題是WGS-84與北京-54地理坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換。

針對長江實(shí)際情況，利用長江已有的大地坐標(biāo)系控制點(diǎn)資源，建立國家大地測控資料庫，按照一定的精度要求劃分區(qū)域范圍，求取各區(qū)域內(nèi)坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換參數(shù)，同時針對區(qū)域間的精度差異采用二次修正的方式實(shí)現(xiàn)全流域無縫拼接。

2.7 內(nèi)河S-57與S-52標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

長江電子航道圖數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)遵循IHOS-57標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合長江自身的數(shù)據(jù)特點(diǎn)以及顯示特點(diǎn)，豐富數(shù)據(jù)定義模型以包容長江全水域數(shù)據(jù)要素，建立新的顯示標(biāo)準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)中國內(nèi)河的數(shù)據(jù)特色。按照上述思路，制定長江電子航道圖數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)及其顯示標(biāo)準(zhǔn)，主要業(yè)務(wù)涵蓋下述范圍：（1）分析長江電子航道圖數(shù)據(jù)組成要素，列舉與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系之間的差異。以此成為新數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)依據(jù)。（2）結(jié)合內(nèi)河傳統(tǒng)符號顯示模式制定長江內(nèi)河符號體系。（3）長江內(nèi)河符號體系應(yīng)與IHOS-52標(biāo)準(zhǔn)體系一致，應(yīng)當(dāng)遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸模型。

3 結(jié)語

本文提出的方法以及關(guān)鍵技術(shù)解決方案已經(jīng)在長江重慶段工程中成功實(shí)施，對實(shí)現(xiàn)長江電子航道圖的生產(chǎn)，加速長江黃金水道的建設(shè)步伐，促進(jìn)其經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]胡定軍.基于CJ-57編碼的長江電子航道圖研究[J].現(xiàn)代測繪，2011（5）.

[2]劉國山.依托長江：實(shí)現(xiàn)長航集團(tuán)跨越式發(fā)展[J].綜合運(yùn)輸，2004（7）.

[3]曾維闊.淺談長江洪水期助拖的利弊和安全操作要點(diǎn)[J].水運(yùn)管理，2003（9）.