基于ArcGIS的電子航道圖數(shù)據(jù)處理方法研究

余洪濤

摘 要：該文針對接邊的一系列技術(shù)問題進行探究，在總結(jié)接邊制圖經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，解決沖突，優(yōu)化操作流程，從而保證了長江電子航道圖的更新效率和質(zhì)量，為港行管理部門及船舶用戶提供更加流暢、準確、實時的長江電子航道圖信息。

關(guān)鍵詞：ArcGIS 電子航道圖 數(shù)據(jù)處理 接邊

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（b）-0044-02

“十二五”時期，長江電子航道圖系統(tǒng)建設是信息化建設的重點，也是實現(xiàn)長江航道現(xiàn)代化的關(guān)鍵所在。因為長江地域范圍廣，具有水位、水下地形變化頻繁特點，所以長江電子航道圖的更新頻率相對較高、數(shù)據(jù)量相對較大。而每一次數(shù)據(jù)更新，都會涉及到新舊數(shù)據(jù)的接邊。這就要求編輯員在接邊的過程中，有高質(zhì)、高效的接邊技術(shù)，進而保障每一圖幅內(nèi)及圖幅與圖幅間的流暢性和時效性。然而，在ArcGIS環(huán)境下，需多用戶同時對一個中心數(shù)據(jù)庫進行編輯，因此接邊范圍內(nèi)的同一物標（例如岸線、陸地區(qū)、命名水域等）產(chǎn)生沖突的問題時有發(fā)生。同時，接邊存在大量的重復性操作，例如，切斷等深線和合并等深線等，花費了大量的生產(chǎn)制作時間。因此，有必要針對接邊的一系列技術(shù)問題進行探究，并在總結(jié)接邊制圖經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，解決沖突，優(yōu)化操作流程，從而保證長江電子航道圖的更新效率和質(zhì)量，為港行管理部門及船舶用戶提供更加流暢、準確、實時的長江電子航道圖信息。

1 長江電子航道圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺

1.1 接邊編輯軟件

預處理數(shù)據(jù)編輯軟件采用EPS。它的中文名稱是清華山維。英文名稱是Extend Geographic Platform of Sunway。在長江電子航道圖預處理中，使用北京54坐標。主要處理外業(yè)采集的原始測繪數(shù)據(jù)，包括水深地形數(shù)據(jù)和地物數(shù)據(jù)等。最終導出shape格式文件。長江電子航道圖編輯軟件采用ArcGIS。在長江電子航道圖源數(shù)據(jù)編輯中，使用WGS84坐標。主要編輯水深地形數(shù)據(jù)、地物數(shù)據(jù)及航標數(shù)據(jù)，并導出最終的000.文件，即長江電子航道圖。EPS和 ArcGIS是適用于長江電子航道圖生產(chǎn)的應用軟件。它們的兼容性是通過物標層變換、坐標轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的：首先，把EDB文件通過事先建立的清華山維編碼與S-57物標對應關(guān)系表進行層變換后，轉(zhuǎn)換為shape文件。然后利用ArcGIS中的山維數(shù)據(jù)入庫工具導入shape文件，最后在ArcGIS中選擇所在的度帶，程序會根據(jù)帶所在的坐標位置自動將北京54坐標轉(zhuǎn)變成WGS84坐標。兩個編輯軟件的兼容使整個生產(chǎn)流程環(huán)環(huán)相扣，也為預處理編輯員和源數(shù)據(jù)編輯員提供了相對獨立的操作環(huán)境。

1.2 接邊特點對比

EPS軟件接邊的勾繪效率高，勾繪線條圓滑美觀，質(zhì)檢腳本齊全。但是沒有批量合并功能。ArcGIS軟件接邊具備批量等深線賦值，批量合并等深線、深度區(qū)等功能。但是等深線只能以直線勾繪，圖幅效果不美觀。在總結(jié)接邊經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，充分利用EPS環(huán)境下等深線勾繪效率高、線條圓滑美觀的優(yōu)勢，完成大部分的等深線、岸線接邊工作。充分利用ArcGIS環(huán)境下批量合并的功能，完成等深線、深度區(qū)、陸地區(qū)、命名水域要素的接邊。

2 問題分析

2.1 原始數(shù)據(jù)分析

長江重慶航道局管轄605.4 km，其分為庫區(qū)、回水變動區(qū)、自然河段特性、航道條件各不相同。河道內(nèi)要素變動頻繁，航道處于動態(tài)變化之中，通航環(huán)境復雜。因此，為了保障船舶航行安全，要求長江電子航道圖具備較高的更新效率、大數(shù)據(jù)量的更新；要求電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)具備多比例尺圖幅快速接邊的能力。另一方面，預處理數(shù)據(jù)是按照區(qū)域局下屬的各個航道管理處分時段提交，經(jīng)常會出現(xiàn)數(shù)據(jù)集中提交的高峰作業(yè)期。因此，要求源數(shù)據(jù)編輯員有高效率、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)編輯能力。

2.2 接邊沖突分析

在數(shù)據(jù)庫更新中，常常采用分要素更新的方法，根據(jù)不同類型地理要素的變化程度確定其合理的更新周期，從而引起不同地理要素類的更新周期的不一致。因此在接邊時，也需要保證各個要素之間的空間地理關(guān)系的正確性，例如拓撲關(guān)系。

2.3 接邊分類分析

長江電子航道圖的接邊按照時效性可分為：與實時數(shù)據(jù)接邊和與歷史數(shù)據(jù)接邊。按比例尺接邊可分為：同一比例尺接邊和不同比例尺接邊。按照水道性質(zhì)劃分，可分為：重點水道接邊和長河段水道接邊。如何操作才能使電子航道圖實現(xiàn)高質(zhì)量接邊，合理利用編輯工具、合理安排工作流是首先要解決的問題。

2.4 接邊質(zhì)檢分析

接邊質(zhì)檢包括等深線的質(zhì)檢和點線關(guān)系的質(zhì)檢。等深線的質(zhì)檢重要的一環(huán)是檢查等深線是否無縫連接。然而人工判斷的能力有限，而且花費時間較長。用腳本實現(xiàn)智能質(zhì)檢可有效提高質(zhì)檢的手段。點線關(guān)系的質(zhì)檢重要的另一環(huán)是檢查水深點和等深線的位置關(guān)系是否正確。通過怎樣的途徑實現(xiàn)這一檢查也是至關(guān)重要的?？偟膩碚f，如何合理利用編輯工具、合理安排工作流是首先要解決的問題。

3 解決方案

3.1 隔斷接邊處等深線和深度區(qū)從而減少沖突

在ArcGIS環(huán)境下編輯制圖的過程中，兩位編輯員編輯同一要素時，接邊處出現(xiàn)沖突的現(xiàn)象十分頻繁。出現(xiàn)沖突后如何解決以及如何避免沖突，一直是ArcGIS中接邊亟待解決的問題。經(jīng)測試表明，假設編輯員甲和乙分別編輯A版本和B版本，通過提升A編輯版本的控制域，可以有效避免沖突。編輯員甲更新范圍的等深線、深度區(qū)刪除后，提交到Default版本。乙再從基于A版本的Default版本生成附屬的子版本B。這樣，通過隔斷接邊處等深線和深度區(qū)，提升A版本的控制域，就可以避免編輯員編輯同一物標要素，從而減少A和B接邊的沖突。如圖1。

3.2 按ENC圖框切，不會出現(xiàn)馬蹄形線的問題（適合大范圍更新）

在提交的預處理數(shù)據(jù)中，等深線要求連續(xù)的。而且有時一段區(qū)域局航道管理處的數(shù)據(jù)可能覆蓋多個ENC。這樣易導致下一次更新時，兩名編輯員編輯同一等深線要素，從而產(chǎn)生沖突。如圖2。

另外，在提取ENC圖框內(nèi)數(shù)據(jù)的時，會帶出冗余的馬蹄形數(shù)據(jù)。如圖3。

因此，為了適應大范圍數(shù)據(jù)的更新，同時保證出圖的質(zhì)量，可以采取以ENC圖框為單位切斷要素的方法。從而從源頭上抑制馬蹄形冗余數(shù)據(jù)的提取，保證出圖質(zhì)量。

3.3 優(yōu)化工作流，提高制圖效率和質(zhì)量

EPS和ArcGIS兩種軟件的勾繪速度和智能程度不一樣，因此，在綜合考慮工作流和側(cè)重點方面，總結(jié)現(xiàn)有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出長江電子航道圖接邊的工作流：

（1）執(zhí)行EPS中的等深線質(zhì)檢。（2）取合并的新舊等深線導成shape文件。（3）將更新范圍的歷史等深線、深度區(qū)刪除，將已刪除舊數(shù)據(jù)的版本提交到ArcGIS的DEFAULT版本中。（4）告知相鄰命名水域的編輯員開啟DEFAULT的子版本開始編輯，并留一條范圍線。（注：此條范圍線相當于分界線，范圍線以外的不能更改，以免出現(xiàn)沖突）。（5）將導出的shape文件導入ArcGIS，并進行編輯。（6）ArcGIS相鄰區(qū)域編輯完成后，提交到DEFAULT版本中。（7）由一名編輯員開啟新的DEFAULT子版本，進行合并等深線、深度區(qū)、解決沖突等。（8）當沖突出現(xiàn)，例如岸線、陸地區(qū)和命名水域，則采用其中一種版本。再由一名編輯員恢復被忽略版本的正確數(shù)據(jù)。（9）執(zhí)行ArcGIS自帶質(zhì)檢工具質(zhì)檢。（10）導出ENC。（11）執(zhí)行第三方質(zhì)檢。

3.4 “點線關(guān)系檢查”等工具條的開發(fā)，提高接邊質(zhì)檢效率和質(zhì)量

除了在EPS的第一次檢查以外，在ArcGIS中也需要對接邊進行第二次的質(zhì)檢。如何將在ArcGIS中的質(zhì)檢問題定位到EPS中，進行重新接邊，是質(zhì)檢中面臨過的一個關(guān)鍵問題。通過開發(fā)“點線關(guān)系檢查”工具條，實現(xiàn)了ArcGIS環(huán)境下的第二次質(zhì)檢，并且通過回溯到EPS中定位，重新編輯，從而節(jié)省了編輯時間，提高了制圖效率。

4 接邊技術(shù)的應用

4.1 針對不同數(shù)據(jù)時效的應用

如表1所示。

4.2 針對不同水道的應用

（1）重點水道接邊。

重點水道的特點：重點水道多為局部更新，其更新頻率相對頻繁，與實時數(shù)據(jù)接邊較多接邊技術(shù)實現(xiàn)過程：見4.3工作流關(guān)鍵技術(shù)：①隔斷接邊處等深線和面。②接邊處質(zhì)檢：“懸掛線頭檢查”。

（2）長河段接邊。

長河段的特點：長河段多為大范圍更新，更新頻率為階段性更新，與歷史數(shù)據(jù)接邊較多接邊技術(shù)應用：直接在ArcGIS中接邊。

4.3 不同比例尺圖幅的應用

多邊形的生成是生產(chǎn)多比例尺多邊形圖幅的必要環(huán)節(jié)。多比例尺多邊形圖幅能夠在不同程度的細節(jié)上和不同題材下直觀顯示分類數(shù)據(jù)。在長江電子航道圖中，就存在一個ENC里2個比例尺數(shù)據(jù)的情況。而在ArcGIS中編輯狀態(tài)開啟時，只能編輯一個比例尺數(shù)據(jù)。在這種情況下，編輯員首先用一種比例尺A編輯，然后切斷兩種比例尺范圍。換到比例尺B環(huán)境中，選中所有B比例尺要素，把比例尺改成B。就實現(xiàn)了同一圖幅中不同比例尺數(shù)據(jù)的接邊工作。

4.4 “合并”、“等深線賦值”等工具條的應用

接邊編輯中存在大量的重復工作，例如等深線的接邊。在ArcGIS環(huán)境中，可以充分利用工具條，實現(xiàn)批量操作，從而簡化操作流程，提高接邊效率。例如，利用“合并”、“等深線賦值”工具條，進行等深線的接邊。接邊實現(xiàn)的過程為：（1）創(chuàng)建等深線，捕捉連接待接邊等深線。（2）重復連接等深線。（3）給新創(chuàng)建的等深線批量賦值。（4）批量合并等深線。

5 結(jié)語

接邊工作是長江電子航道圖更新的必要環(huán)節(jié)，而電子航道圖更新方法的優(yōu)化可以有效提高長江電子航道圖更新效率和質(zhì)量，使之滿足長江電子航道圖高頻率更新的需求。自長江電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)的成功試運行以來，長江電子航道圖生產(chǎn)量由2012年的390余幅增長到2013年的570余幅，增長率達到46%。這充分表明了長江電子航道圖生產(chǎn)、制作、更新等效率的顯著提升。本文通過階段性地總結(jié)接邊制圖經(jīng)驗，分析接邊的關(guān)鍵技術(shù)，提出了在ArcGIS平臺下的接邊解決方案，制定了接邊生產(chǎn)流程，開發(fā)了與接邊相關(guān)的質(zhì)檢腳本，實現(xiàn)了長江電子航道圖的快速高質(zhì)量接邊工作。AcrGIS平臺下長江電子航道圖的接邊解決方案，可為長江電子航道圖的快速更新產(chǎn)生更為有效的成果。

參考文獻

[1] 梅雄，鐘成雄.電子海圖顯示與信息系統(tǒng)簡介[C]//中國航海學會內(nèi)河家事委員會2006會議集.2006：32-34.

[2] 李興峰.基于S-57標準的電子海圖顯示與信息系統(tǒng)[D].西安：西安電子科技大學，2007.

[3] 湯國安，劉學軍.數(shù)字高程模型及地學分析的原理與方法[M].北京：科學出版社，2005.