長江電子航道圖數(shù)據(jù)預處理技術研究

劉思航　李曉雨　周冠男　袁淵　楊保岑

摘要：近年來，電子航道圖在內(nèi)河航運中開始廣泛運用。本文通過對制作規(guī)范的深入研究，結合電子航道圖數(shù)據(jù)預處理實踐，研究了數(shù)據(jù)預處理軟件改進和數(shù)據(jù)轉換入庫的技術方法，并結合實例進行了分析。實踐證明，這些技術方法可有效提高數(shù)據(jù)預處理效率，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

關鍵詞：長江電子航道圖；數(shù)據(jù)預處理；CJ-57；S-57；物標

中圖分類號：U612.26 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）06-0030-02

目前，我國正在大力開展內(nèi)河航運信息化建設，并以數(shù)字航道、智能航運為信息化建設的階段性目標。內(nèi)河電子航道圖是數(shù)字航道的核心部分，給船舶行駛及航道管理提供了極大的便利，也為長江航運和航道維護管理帶來了革新。近年來，長江航道采用ArcGIS平臺Nautical解決方案研發(fā)了長江電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)，實現(xiàn)了同時滿足《國際海道測量數(shù)據(jù)傳輸標準》（以下簡稱S-57）和《長江電子航道圖制作規(guī)范》（JT/T 765）第2部分（以下簡稱CJ-57）標準的電子航道圖的生產(chǎn)。

這種全新的生產(chǎn)模式實現(xiàn)了全鏈條的基于數(shù)據(jù)庫的電子航道圖生產(chǎn)技術，能較好地適應長江航道頻繁變化的實際情況，同時也對導入電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)的預處理數(shù)據(jù)提出了更高的要求。筆者結合長江電子航道圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)工作，研究電子航道圖數(shù)據(jù)預處理技術。

1.電子航道圖數(shù)據(jù)預處理規(guī)范制定

根據(jù)長江電子航道圖建設的總體要求和方案，參照現(xiàn)有S-57、CJ-57、《水運工程測量規(guī)范》（JTS 131-2012）、《內(nèi)河助航標志》（GB5863-93）等標準，結合生產(chǎn)工作實際情況，研究制定《長江電子航道圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)預處理規(guī)范》。

該規(guī)范依據(jù)數(shù)據(jù)處理方法和更新頻率，將預處理數(shù)據(jù)分為三個部分：水深數(shù)據(jù)、航標數(shù)據(jù)及其它數(shù)據(jù)。其中，水深數(shù)據(jù)以文本格式存儲，進行坐標轉換后，導入電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)；航標數(shù)據(jù)從航標信息管理系統(tǒng)導出，通過建立屬性字段的映射關系，借助轉換工具導人電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)，并在此過程中實現(xiàn)物標拆分和屬性賦值；其它數(shù)據(jù)即除水深和航標以外的其它制圖數(shù)據(jù)，由于包含多種制圖要素，幾何類型和屬性信息相對復雜，預處理過程中需解決以下三個方面的問題。

1.1制圖要素與物標的對應關系建立

制圖數(shù)據(jù)和CJ-57標準數(shù)據(jù)都是對與水文相關的地理實體進行的不同目的、不同程度的抽象，這使得在建立對應關系的過程中，存在地理物標對應的復雜性和多樣性。通過深入研究CJ-57物標、物標幾何圖元及屬性，充分考慮內(nèi)河水域相關特點，通過分類對比、聚類分析、歸屬合并等方法，建立了制圖要素與物標的對應關系表。部分示例見表1：

對應關系建立過程中，充分考慮了測量人員的使用習慣，不改變其編碼和幾何類型，但由于CJ-57規(guī)定的部分物標在內(nèi)河航道測量標準中并未規(guī)定，因此沒有相應的制圖要素（包括編碼和幾何類型）存在，則需添加此類要素。另外，當制圖要素幾何類型和物標幾何圖元不一致時，不改變制圖要素幾何類型，通過物標制作技術，借助轉換工具實現(xiàn)幾何形狀變化后導入電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)。其它物標，如LNDARE（陸地區(qū)）、DEPARE（深度范圍）等，在電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)中通過二次開發(fā)直接進行處理。

1.2制圖要素屬性設計

制圖數(shù)據(jù)側重于圖形的出版效果，較少甚至不考慮要素的屬性，而物標對其屬性的依賴性決定了其屬性的重要程度，在預處理數(shù)據(jù)轉換入庫過程中，屬性轉換的準確性和完備性是轉換質(zhì)量的重要衡量指標之一，為了提高轉換質(zhì)量，依據(jù)CJ-57物標類的相關屬性集來設定制圖要素屬性表的必填字段及選填字段，物標必備屬性對應制圖要素的必填字段，物標可選屬性是否作為字段或者作為必填字段由具體應用決定。部分示例見表2：

2.電子航道圖數(shù)據(jù)預處理軟件改進與開發(fā)

依據(jù)制定的《長江電子航道圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)預處理規(guī)范》，在清華山維平臺已有的分層分類、編碼規(guī)定、符號制圖的功能基礎上，主要針對擴展屬性設計、輔助工具開發(fā)、質(zhì)量檢查等方面進行改進和開發(fā)。

2.1擴展屬性設計

清華山維平臺提供了屬性編輯功能，可以將要素屬性以表記錄的形式存儲在數(shù)據(jù)庫表中。依據(jù)預處理規(guī)范，對要素屬性表進行設計，為方便對應，采用要素編碼與屬性表掛接的方式，并以物標名稱作為表名；為避免必備屬性值漏填，在必備屬性字段名稱前添加了“*”作為提示。另外，CJ-57中規(guī)定了枚舉型（E）和列表型（L）屬性字段的期望輸入值及相應的標識號，依據(jù)這一規(guī)定，設置屬性字段的碼域，錄入時直接選擇相應的類型，提高工作效率。以UWTROC（暗礁/適淹礁）及對應要素為例，其要素屬性修改界面見圖1。

2.2輔助工具開發(fā)

清華山維平臺提供了腳本語言以支持數(shù)據(jù)處理功能擴展，其腳本語言遵循VBScript和JScript語言標準，支持用戶二次開發(fā)，使用者可根據(jù)集成命令、語言規(guī)則、函數(shù)等方便快捷實現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)檢查等應用。

電子航道圖數(shù)據(jù)預處理過程中有一部分重復性的工作，且處理過程具有嚴格的邏輯規(guī)律，可以通過腳本工具來實現(xiàn)自動化地批量數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)以注記數(shù)據(jù)為例說明腳本設計思路，如圖2：

實現(xiàn)過程為，在清華山維平臺中進行框選，只要框選范圍內(nèi)包含要轉換的注記即可，運行腳本，在彈出對話框中填入待轉換注記的注記分類碼，即可實現(xiàn)轉換。

2.3質(zhì)量檢查

為保證預處理數(shù)據(jù)能夠準確的導入電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)，控制預處理數(shù)據(jù)的質(zhì)量是電子航道圖數(shù)據(jù)預處理工作的關鍵任務之一。本項目開發(fā)了一些腳本工具和第三方檢查軟件，用于輔助人工檢查。主要檢查內(nèi)容包括：①要素有無遺漏；②要素編碼檢查，主要是檢查要素編碼選用是否正確；③要素屬性檢查，主要是檢查屬性值填寫是否完整、是否有相互矛盾和沖突的屬性值等；④水深的基本檢查，主要是檢查水深點和等深線之間的關系；⑤要素繪制檢查，主要是檢查數(shù)據(jù)邏輯錯誤，如線自相交、懸掛線等。

3.數(shù)據(jù)轉換入庫

數(shù)據(jù)經(jīng)過預處理和質(zhì)量檢查后導人電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)進而進行源數(shù)據(jù)編輯和產(chǎn)品生產(chǎn)。在數(shù)據(jù)轉換入庫過程中要完成數(shù)據(jù)格式轉換、坐標系統(tǒng)轉換、物標匹配、屬性賦值、部分要素幾何形狀變化處理等。

3.1格式轉換和坐標系統(tǒng)轉換

通過數(shù)據(jù)格式轉換，可以實現(xiàn)屬性和圖形的完全轉換，本文采用此方式將經(jīng)過預處理和質(zhì)量檢查的數(shù)據(jù)轉換成SHP格式后導入電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)。

導人過程中，還需要解決坐標轉換問題，即由1954年北京坐標系（BJ54）轉換為2000國家大地坐標系（cGCS2000）。兩個坐標系屬于不同的空間基準，包括坐標系的平移、旋轉以及尺度因子，為保證精度，采用布爾莎（Bursa-Wolf）七參數(shù)轉換模型實現(xiàn)轉換。

實際生產(chǎn)中均勻選取全線21個控制點進行精度驗證，通過統(tǒng)計，控制點水平方向偏移量范圍為-0.0009-0.0558m，垂直方向偏移量范圍為0.0018-0.0408m，在允許誤差范圍內(nèi)。

3.2知識庫建立

知識庫的建立可提高數(shù)據(jù)轉換的自動化程度，減少物標匹配、屬性賦值、要素幾何處理等人機交互的工作量。知識庫依據(jù)預處理規(guī)范建立，采用ER模型進行設計，主要包括3張關系表：①制圖要素編碼與要素類、子類數(shù)據(jù)模型將CJ-57物標以子類的形式進行組織，用于ENC的高效生產(chǎn)和便捷管理）、子類代碼對應關系表；②物標屬性提取規(guī)則表；③要素幾何形狀變化規(guī)則表。目前，通過知識庫的建立和轉換工具的應用，已實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動入庫，可有效提高數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率。

4.結語

長江電子航道圖數(shù)據(jù)預處理工作是電子航道圖生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，本文研究了電子航道圖數(shù)據(jù)預處理工作的若干關鍵技術方法，重點研究了規(guī)范制定、軟件改進、數(shù)據(jù)轉換入庫三個過程中的難點問題和解決方法，對電子航道圖數(shù)據(jù)預處理工作有實際意義。經(jīng)三年的實踐檢驗表明，本文研究成果可顯示簡化電子航道圖數(shù)據(jù)預處理中的人工操作工作量，提高數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率。