兼顧制圖規(guī)范和實(shí)體規(guī)則的海圖質(zhì)量檢測(cè)方法研究

李學(xué)芳,靖常峰

(北京建筑大學(xué),北京 100044)

兼顧制圖規(guī)范和實(shí)體規(guī)則的海圖質(zhì)量檢測(cè)方法研究

李學(xué)芳?,靖常峰

(北京建筑大學(xué),北京 100044)

針對(duì)數(shù)字環(huán)境下的紙質(zhì)海圖生產(chǎn),本文提出一種顧及海圖實(shí)體規(guī)則和海圖要素制圖規(guī)范的海圖要素質(zhì)量檢測(cè)方法,將海圖要素按照其變化速度的特征,分為變化緩慢,變化頻繁但有規(guī)律可循或有據(jù)可查和變化頻繁且無規(guī)律可循幾個(gè)類型,同時(shí)考慮要素本身規(guī)則和要素相互間的關(guān)系,探討建立質(zhì)量檢測(cè)規(guī)則庫(kù)的方法,為在數(shù)字環(huán)境下出版的紙質(zhì)海圖的質(zhì)量檢測(cè)和控制進(jìn)行了有益的探索。

數(shù)字海圖;質(zhì)量檢測(cè);規(guī)則庫(kù);制圖規(guī)范;實(shí)體規(guī)則;知識(shí)表示

1 引 言

信息技術(shù)的快速發(fā)展使得紙質(zhì)海圖出版技術(shù)及流程發(fā)生了較大改變,基于海圖數(shù)據(jù)庫(kù)的海圖生產(chǎn)方式廣泛應(yīng)用,海圖出版的質(zhì)量檢測(cè)方法和內(nèi)容也從本質(zhì)上發(fā)生了變化。

為有效控制海圖質(zhì)量,很多研究者對(duì)出版海圖的質(zhì)量控制方法進(jìn)行了深入的研究。孫萬民通過分析新概念下紙質(zhì)海圖生產(chǎn)的新方法、新手段和新流程,提出海圖出版質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),將控制途徑分為生產(chǎn)流程質(zhì)量控制,原圖質(zhì)量控制和圖幅檔案質(zhì)量控制[1]。這一研究為海圖質(zhì)量控制定下了大的框架。在此基礎(chǔ)上,李靜分析了各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)質(zhì)量控制的宏觀方法包括完善數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、減少生產(chǎn)流程、審查和校對(duì)、加強(qiáng)產(chǎn)品規(guī)范建設(shè)等[2]。與此同時(shí),其他一些研究主要側(cè)重于質(zhì)量檢測(cè)和控制過程中的特定某方面。例如王文山主要從制圖人員成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)和激勵(lì)方面,達(dá)到提高海圖質(zhì)量的目的[3],李漢榮主要從影響海洋測(cè)繪成果精度控制方面提高海圖質(zhì)量[4]等。

然而,在實(shí)際生產(chǎn)中,目前主要采用對(duì)比法進(jìn)行檢測(cè),即把數(shù)字化后的數(shù)據(jù)用繪圖機(jī)繪出,與原圖疊合,選擇明顯地物點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,以確定誤差[5],計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)檢測(cè)方法使用得不多,存在錯(cuò)漏較多、重復(fù)勞動(dòng)、效率低下等缺點(diǎn),亟需一種數(shù)字環(huán)境下利用檢測(cè)程序及適當(dāng)人工干預(yù)的海圖質(zhì)量檢測(cè)控制方法的出現(xiàn)。

2 海圖要素制圖規(guī)范分析

數(shù)字海圖要素種類繁多,屬性豐富,其對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體變化特征各不相同,要素制圖規(guī)范復(fù)雜,因此需要對(duì)其進(jìn)行全面透徹的分析,才能制定正確合理檢測(cè)方法。

2.1 數(shù)字海圖要素及其制圖特征的分析

依據(jù)《數(shù)字海圖要素代碼》規(guī)定,海圖要素主要分為控制點(diǎn),磁要素,自然地理要素,人工地物,陸地方位物,港口,潮汐和海流,深度,底質(zhì),礁石、沉船、障礙物,近海設(shè)施,航道,區(qū)域界線,助航標(biāo)志類,廓整飾要素及其他等類別。對(duì)《中國(guó)海圖圖式》(GB 12319-1998)、《中國(guó)航海圖編繪規(guī)范》(GB 12320-1998)、《數(shù)字海圖數(shù)據(jù)字典》和《數(shù)字海圖生產(chǎn)管理規(guī)定》等海圖制圖規(guī)范進(jìn)行研究分析,各類海圖要素制圖變化特征及制圖規(guī)范總結(jié)如下:

(1)控制點(diǎn)

①作為一種定位基礎(chǔ),控制點(diǎn)的特點(diǎn)是其固定不變性。

②依制圖規(guī)范,在比例尺大于1∶300萬海圖上表示有航行方位意義的山頭和島頂上的控制點(diǎn)和高程點(diǎn)。

③控制點(diǎn)在圖上用圈形符號(hào)或獨(dú)立地物符號(hào)(若控制點(diǎn)是獨(dú)立地物)表示。

(2)磁要素

①磁要素中除局部的磁差年變率會(huì)發(fā)生異常外,地磁場(chǎng)具有長(zhǎng)期變化,不易發(fā)生改變。磁偏角隨地區(qū)的不同而不同,它的變化半周期約為250 a,可見磁要素是與地理位置相關(guān)的一種要素。

②磁差在大于1∶200萬比例尺的圖上用方位圈符號(hào)加磁北線、磁差和年差值注記的形式表示,在1∶200萬及更小比例尺圖上以等磁差線表示。磁力異常區(qū)在各種比例尺海圖上均要表示。一般以局部磁力異常區(qū)表示。

(3)自然地理要素

①相對(duì)于海圖制圖周期,海岸線的變化是緩慢的,其侵蝕后退、整體后移或堆積速度等都是以a為單位計(jì)算的。同時(shí),受限于海岸線測(cè)量周期,也不可能十分頻繁地更改海岸線數(shù)據(jù)。

②與海岸線類似,海灘地貌的變化也是一個(gè)漸變、可微的過程。

③河流、湖泊的位置、形狀等均由岸線決定,而河岸線、湖岸線與海岸線具有相似性就決定了河流、湖泊的變化與海岸線類似。

④運(yùn)河、溝渠不容易發(fā)生變化,即使發(fā)生了變化,如新建、改變、拆除等,較容易測(cè)量。

⑤依海圖圖式,海岸線以藍(lán)色線狀符號(hào)表示。

⑥依海圖規(guī)范,各種比例尺都應(yīng)詳細(xì)準(zhǔn)確地表示海岸線,在大于1∶20萬圖上區(qū)分實(shí)測(cè)和草繪岸線。

⑦依照海圖制圖規(guī)范,地貌要素主要以等高線,高程點(diǎn)及其他地貌符號(hào)如陡石山,沙地符號(hào)表示。比例尺大于50萬圖上一般都使用等高線表示地貌,基本等高距依比例尺有相應(yīng)的規(guī)定。

⑧瀑布用有向線表示。

⑨依海圖規(guī)范,各種比例尺圖上應(yīng)表示較大的通海河流以及較大的運(yùn)河、溝渠、湖泊,寬于0.4 mm的河流繪雙線,有些河流僅在入?？谔幚L出河口。

(4)人工地物

①相對(duì)來說,單體建筑由于其特定用途或公眾服務(wù)性質(zhì),不易變動(dòng),對(duì)其變化也容易進(jìn)行測(cè)量和搜集信息;建筑群區(qū)的變化頻繁且無規(guī)律可循。

②總體上,公路、鐵路、飛機(jī)場(chǎng)都是不易發(fā)生變化的,只有等級(jí)較低的小路有可能會(huì)消失,等級(jí)較高的主干道、高速公路以及鐵路、機(jī)場(chǎng)不可能消失,只有可能拓寬或者新建,且對(duì)于新建公路、鐵路、飛機(jī)場(chǎng)的信息搜集和測(cè)量都十分容易。

③依海圖制圖規(guī)范,各種比例尺圖上一般只表示沿海距岸150 mm范圍內(nèi)的居民地。1∶10萬圖上選取鎮(zhèn)級(jí)以上居民地、重要的村和有航行方位意義的獨(dú)立房屋。居民地依比例表示或者依圈形符號(hào)表示及其選取都有依比例尺的相應(yīng)的規(guī)定。

④在各種比例尺圖上均應(yīng)表示已建成的鐵路和公路。以1∶10萬,1∶20萬和1∶50萬為分界點(diǎn),在各比例尺區(qū)間表示不同重要程度的道路。在比例尺大于1∶20萬的圖上表示海岸附近的飛機(jī)場(chǎng)。

(5)陸地方位物

①陸地方位物的變化一般沒有規(guī)律可循,尤其像獨(dú)立樹叢這類的現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體。

②比例尺大于1∶20萬圖上詳細(xì)表示陸地方位物,1∶50萬及更小比例尺圖上一般不表示。1∶20萬～1∶49萬圖上摘要表示沿岸較顯著建筑物。陸地方位物盡量用符號(hào)表示,無符號(hào)的用圈形符號(hào)加類別名稱注記表示,一般是定點(diǎn)符號(hào)。

(6)港口

港口大類中的各項(xiàng),即一般水工建筑,港口設(shè)施,管理與服務(wù)設(shè)施變化有據(jù)可查,容易獲得其變化信息。

(7)潮汐和海流

①洋流是永久性或者季節(jié)性的海水水平流動(dòng),流速和流向都比較穩(wěn)定;海流是大規(guī)模海水沿一定方向的水平流動(dòng),變化較為頻繁。

②潮汐和海流在我國(guó)海圖上以潮信表,潮流表,潮流圖以及潮流和海流的概略符號(hào)表示。

③由要素本身多變的特點(diǎn)決定了潮汐和海流的表示是概略性的。潮信表為航海人員提供潮汐基本情況,可用于概略地推算海區(qū)的潮時(shí)、潮高,潮流表和潮流圖類似。表示潮流和海流的漲潮流,落潮流,海流,洋流,急流和漩渦等符號(hào)的范圍和位置都是大概的。只有列有潮流資料的地點(diǎn)一項(xiàng)是定點(diǎn)型的符號(hào)。

④對(duì)于潮汐和海流要素,用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)其質(zhì)量檢測(cè)是簡(jiǎn)易可行的,只需與驗(yàn)潮站等相關(guān)部門提供的準(zhǔn)確資料對(duì)比即可。

(8)深度

①掃測(cè)區(qū)和疏浚區(qū)的位置和相關(guān)信息較容易從海事部門獲得。深度的變化沒有規(guī)律,等深線的位置也是沒有固定坐標(biāo)概略位置,但深度和水深點(diǎn)的位置有關(guān),可基于此進(jìn)行海圖質(zhì)量的檢測(cè)。

②在海圖上深度以水深注記,等深線,區(qū)域界線(疏浚區(qū)界線,掃海區(qū)界線等)表示。

(9)底質(zhì)

①除了一部分要素,如沙紋的不穩(wěn)定性,大多數(shù)底質(zhì)是穩(wěn)定、不容易變動(dòng)的。

②底質(zhì)在海圖中以底質(zhì)注記,如“沙”、“泥”、“粘土”、“淤泥”、“石”、“礪”、“珊”、“貝”等,還有概略性的范圍符號(hào)表示海草和沙紋的分布范圍。干出灘的表示是較為精確的范圍表示方法。另外,用特定的形容詞性注記(包括英文注記)表示底質(zhì)更詳細(xì)的性質(zhì),如“細(xì)”表示細(xì)沙,“碎”,“軟”等。

(10)礁石、沉船、障礙物

礁石是較穩(wěn)定的,隨著海底探測(cè)的發(fā)展可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新的礁石;沉船變化較無規(guī)律性,新船的事故或?qū)εf沉船的打撈可能會(huì)引起其變化;障礙物中的捕魚設(shè)備會(huì)隨著季節(jié)的變化而變化,海水養(yǎng)殖場(chǎng)、紊流較不易發(fā)生改變。

(11)近海設(shè)施

①近海設(shè)施是較為固定的要素。

②海底電纜區(qū),電力線區(qū),油、氣管道區(qū)的表示是將上圖中海底電纜和油、氣管道符號(hào)成組表示。

(12)航道

作為一種以中心線定位的實(shí)體,即使航道邊界或底質(zhì)可能發(fā)生緩慢的變化,其自身的位置和延伸不易發(fā)生變化。

(13)區(qū)域界線

很多區(qū)域界線是完全固定的,如國(guó)界,國(guó)際日期變更線,領(lǐng)海基線,專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)界線,海關(guān)界線等。部分區(qū)域界線的變更一般可從相關(guān)海事管理部門得到相關(guān)信息。

(14)助航標(biāo)之類

所有航標(biāo)都是統(tǒng)一入庫(kù),統(tǒng)一管理,它就像控制點(diǎn)一樣,具有專門的建庫(kù)、管理和維護(hù)機(jī)制,利用相關(guān)部門的航標(biāo)信息即可進(jìn)行海圖航標(biāo)質(zhì)量檢測(cè)。

(15)服務(wù)設(shè)施

①服務(wù)設(shè)施的變化一定是可以容易地獲得其信息,進(jìn)行更新。

②服務(wù)設(shè)施一般以定點(diǎn)符號(hào)加注記表示。(16)圖廓整飾要素

該類要素是完全固定不變、有特定格式的。

2.2 適用于不同要素的質(zhì)量檢測(cè)方法

由上述分析,可對(duì)海圖要素進(jìn)行如下歸類:

(1)變化緩慢的:控制點(diǎn),磁要素,自然地理要素,底質(zhì),礁石,近海設(shè)施,航道,區(qū)域界線中的國(guó)界、領(lǐng)海線基線等,各種助航標(biāo)志,圖廓整飾要素;

(2)變化較頻繁但有規(guī)律可循或有據(jù)可查的:人工地物中除居民地的要素,港口,潮汐和海流,深度,障礙物,區(qū)域界線中的受限區(qū)域等,服務(wù)設(shè)施;

(3)變化較頻繁又無規(guī)律可循的:人工地物中的居民地,陸地方位物,沉船。

不同變化特征的要素,其更新速度、人工編輯頻繁程度不同,進(jìn)而影響到其容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤類型以及針對(duì)錯(cuò)誤類型而進(jìn)行的質(zhì)量檢測(cè)。對(duì)不容易發(fā)生變化、較穩(wěn)定的要素,檢測(cè)主要側(cè)重于該要素是否應(yīng)該表示以及其表示的正確性;對(duì)容易發(fā)生變化的要素,則還需要更多的檢測(cè)它與周圍要素的關(guān)系是否正確等等。

3 實(shí)體規(guī)則

本文所指的實(shí)體,是現(xiàn)實(shí)世界實(shí)際存在的,或是具體存在的(如一個(gè)信標(biāo))或規(guī)定存在(如錨地)物體對(duì)應(yīng)的海圖圖面要素?？陀^世界實(shí)體可以劃分為有限的一些類別,如燈標(biāo)、沉船、建筑群區(qū)等。可以賦給它一系列屬性并為這些屬性賦值來精確地描述。一個(gè)特定的客觀世界實(shí)體通過描述適當(dāng)?shù)奶卣黝?、屬性和屬性值來編碼。例如,一個(gè)紅色側(cè)標(biāo)可以編碼為:物標(biāo)類:側(cè)面浮標(biāo);屬性:彩色;屬性值:紅色。規(guī)則,則是指一定的典式,法則和規(guī)律。

本文所指的實(shí)體規(guī)則,是指數(shù)字海圖所抽象、表達(dá)的客觀世界實(shí)體所具備的自然規(guī)則,即對(duì)海圖上表示的、無論是具體存在還是規(guī)定存在的海事實(shí)體,它們所應(yīng)具備的一般性規(guī)律。舉例來說,橋梁符號(hào)只能位于河流上,點(diǎn)狀要素的注記僅應(yīng)該存在于以點(diǎn)狀要素為圓心的一系列同心圓上。

4 兼顧制圖規(guī)范和實(shí)體規(guī)則質(zhì)量檢測(cè)規(guī)則庫(kù)的建立

建立質(zhì)量檢測(cè)規(guī)則庫(kù),主要是基于制圖規(guī)范及實(shí)體規(guī)則的分析研究基礎(chǔ)上,針對(duì)要素的有無、要素自身的表示、要素之間的關(guān)系等檢測(cè)內(nèi)容,形成一套海圖質(zhì)量檢檢測(cè)的知識(shí),并將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化檢測(cè)代替或輔助作業(yè)員檢測(cè)。

基于上述研究分析,將質(zhì)量檢測(cè)規(guī)則庫(kù)進(jìn)一步細(xì)分為信息庫(kù)和規(guī)則庫(kù)。

4.1 信息庫(kù)建立

信息庫(kù)主要描述各種海圖要素、要素制圖規(guī)范、實(shí)體規(guī)則、檢測(cè)結(jié)果等對(duì)象信息,重點(diǎn)考慮海圖要素圖面表達(dá)方面常出現(xiàn)的錯(cuò)誤。某一特定海圖要素和其實(shí)體規(guī)則、制圖規(guī)范甚至檢測(cè)結(jié)果之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過外鍵進(jìn)行關(guān)聯(lián)。信息庫(kù)以表格形式將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)里,各字段表示該知識(shí)的屬性。以等深線信息庫(kù)表格設(shè)計(jì)為例,如表1所示。

4.2 規(guī)則庫(kù)建立

規(guī)則庫(kù)則描述如何通過已知的圖上要素推出質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果。規(guī)則庫(kù)的設(shè)計(jì)主要考慮海圖要素屬性、分布、拓?fù)潢P(guān)系、邏輯一致性等方面的錯(cuò)誤。例如對(duì)于一條河流,信息庫(kù)記錄構(gòu)成河流的國(guó)標(biāo)碼,控制點(diǎn)坐標(biāo)串以及河流線型和顏色;規(guī)則庫(kù)則需要建立它與相關(guān)其他要素的拓?fù)浜推溆喔鞣矫骊P(guān)系,如跨過此條河流的某座等級(jí)較高的橋梁,它們兩者的中心線就必須重合或平行,若不平行或橋梁完全不在河流上,就可能發(fā)生了錯(cuò)誤。因此,建立規(guī)則庫(kù)需要增加某些為檢測(cè)錯(cuò)誤必須的條件性字段,首先將這些規(guī)則以一定形式存儲(chǔ)/更新/維護(hù),再定義由規(guī)則推導(dǎo)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)論的方法。

表1 信息庫(kù)中等深線制圖規(guī)范組成信息表各字段設(shè)計(jì)

規(guī)則的描述最終是以規(guī)則庫(kù)中一條條物理記錄來實(shí)現(xiàn)的,一條規(guī)則有時(shí)需要用多條記錄來描述,規(guī)則越復(fù)雜,相應(yīng)的記錄就越多。以等深線質(zhì)量檢測(cè)結(jié)論“等深線勾繪錯(cuò)誤”為例來說明,如表2所示。

表2 推導(dǎo)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)論“等深線勾繪錯(cuò)誤”的規(guī)則

有3種方法可以推出結(jié)論“等深線勾繪錯(cuò)誤”。

第一種方法 根據(jù)《中國(guó)航海圖編繪規(guī)范》在大于1∶100萬比例尺圖上未表示基本等深線20 m等深線;

第二種方法 等深線本身水深值與等深線兩側(cè)buffer覆蓋的水深值相比較,不是處于二者之間;

這種方法是兩個(gè)并列規(guī)則,即等深線左側(cè)buffer覆蓋下的水深值和右側(cè)buffer覆蓋下的水深值與等深線本身水深值比較,一側(cè)的所有水深值應(yīng)小于等深線水深值,一側(cè)所有水深值應(yīng)大于等深線水深值,兩個(gè)條件中有一個(gè)不滿足,就說明等深線勾繪錯(cuò)誤。

第三種方法 等深線未閉合(等深線首尾坐標(biāo)的位置不一致)且與相鄰等深線的距離不小于1 mm。這種方法也是兩個(gè)并列規(guī)則,與第二種方法不同的是,它必須兩個(gè)條件都滿足。即等深線首先必須是未閉合的,其次等深線斷開處的點(diǎn)與其相鄰等深線的距離大于1 mm,兩個(gè)條件同時(shí)成立。

5 結(jié) 論

本文分大類深入剖析了數(shù)字海圖要素的屬性、圖式、實(shí)體規(guī)律、變化特征等各個(gè)方面,并依要素變化特征將海圖要素分為變化緩慢的、變化頻繁但有規(guī)律可循的、變化頻繁且無規(guī)律可循的三類,同時(shí)考慮海圖要素自身規(guī)律和要素相互之間的關(guān)系,為利用規(guī)則庫(kù)檢測(cè)不同類別要素的質(zhì)量打下基礎(chǔ)。同時(shí)提出了基于制圖規(guī)范和實(shí)體規(guī)則的質(zhì)量檢測(cè)規(guī)則庫(kù)的建立方法。

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Research on the Methods of Quality Inspection for Published Charts Based on Cartographic Specifications and Entity Rules

Li Xuefang,Jing Changfeng
(Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 100044,China)

Aiming at the production of paper charts in digital environment,a new quality inspection method based on cartographic specifications and entity rules is put forward in this paper.maritime features are classified into three categories according to their changing features:low changing speed,fast changing speed with regulations,fast changing speed without regulations.At the same time,rules of each feature and its relationships with some other features are analyzed,to discuss how to establish quality inspection rule base,paper chart’s quality inspection and control has carried on the beneficial exploration.

digital nautical charts;quality inspection;rule database;cartographic specification;entity rule;knowledge representation

2014—03—12

李學(xué)芳(1982—),女,碩士研究生,主要從事多源空間數(shù)據(jù)整理、質(zhì)量檢查研究。

“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAJ14B03);北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(8122017)。