基于Maritime Charting的內(nèi)河電子航道圖制作優(yōu)化研究與應(yīng)用

路軒軒，趙睿，趙志明，許寧

（河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000 ）

內(nèi)河電子航道圖是數(shù)字航道建設(shè)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是其核心部分[1]。對(duì)于內(nèi)河電子航道圖的研究大多基于電子海圖的研究之上，在研究過(guò)程中利用電子海圖的核心技術(shù)，遵循相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（如IHOS-57）和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)（如CJ-57），結(jié)合內(nèi)河實(shí)際引入眾多內(nèi)河特有的物標(biāo)要素[2-3]。ArcGIS具有專門的擴(kuò)展模塊ArcGIS for Maritime，為航務(wù)海事測(cè)繪信息數(shù)據(jù)和相關(guān)產(chǎn)品提供完整的解決方案[4-5]。ArcGIS for Maritime由ArcGIS for Maritime:Charting和ArcGIS for Maritime: Bathymetry兩部分組成，前者主要用于海圖測(cè)繪數(shù)據(jù)和工作流的管理，包括海圖數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)、海圖數(shù)據(jù)導(dǎo)入、格式轉(zhuǎn)換、海圖數(shù)據(jù)編輯、海圖數(shù)據(jù)符號(hào)化和輸出海圖文件等；后者主要用于存儲(chǔ)、管理和分析水深數(shù)據(jù)，創(chuàng)建動(dòng)態(tài)水底模型，實(shí)現(xiàn)水深數(shù)據(jù)的三維可視化，為相關(guān)的政府和科研部門提供決策支持。

結(jié)合內(nèi)河電子航道圖生產(chǎn)實(shí)踐，通過(guò)研究分析現(xiàn)有電子航道圖生產(chǎn)中存在的諸如人工參與過(guò)多、使用軟件繁多和生產(chǎn)工序復(fù)雜等缺點(diǎn)[2-3]，本文總結(jié)得出一套全新的電子航道圖制作流程和方法，該方法涵蓋了從數(shù)據(jù)采集到S-57標(biāo)準(zhǔn)海圖文件生成的完整制作過(guò)程。作者以信陽(yáng)市南灣水庫(kù)為研究對(duì)象，使用文中提出的電子航道圖制作方法，成功生產(chǎn)出南灣水庫(kù)電子航道圖，證明了該方法的有效性和實(shí)用性。

1 基于清華山維的電子航道圖制作

目前，長(zhǎng)江電子航道圖主要基于清華山維軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[6-9]，將處理過(guò)的測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入NIS（Nautical Information System）庫(kù)，依據(jù)圖幅范圍制作長(zhǎng)江電子航道圖，該方法制作電子航道圖的工序流程見(jiàn)圖1。外業(yè)測(cè)量的水域要素和陸域要素以CAD格式存儲(chǔ)，公路、河流、碼頭和渡口等專題數(shù)據(jù)以EXCEL格式存儲(chǔ)，清華山維主要對(duì)這些不同格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使之符合CJ-57的電子航道圖制作要求。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注的基礎(chǔ)上，利用水深點(diǎn)構(gòu)建三角網(wǎng)，依據(jù)三角網(wǎng)生成等深線與等深面，然后檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，判斷成果與制圖模版的一致性。

圖1 基于清華山維的電子航道圖制作流程圖

圖2 基于GDB模板的電子航道圖制作流程圖

基于清華山維的電子航道圖制作方法存在著自動(dòng)化程度不高、數(shù)據(jù)格式多樣、專業(yè)軟件繁多和生產(chǎn)工序復(fù)雜等缺點(diǎn)，在一定程度上限制了電子航道圖的應(yīng)用?；谶@些考量，作者在內(nèi)河電子航道圖生產(chǎn)實(shí)踐中，提出基于GDB模板的電子航道圖制作方法，該方法的創(chuàng)新點(diǎn)在于數(shù)據(jù)采集、處理、編輯、存儲(chǔ)和電子航道圖制作均在同一個(gè)軟件環(huán)境下進(jìn)行，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和導(dǎo)入環(huán)節(jié)，降低數(shù)據(jù)處理成本，提高電子航道圖制作的效率。

2 基于GDB模板的電子航道圖制作

基于GDB模板的電子航道圖制作方法的核心是制作電子航道圖數(shù)據(jù)采集GDB模板和建立地物要素與S-57的物標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系。GDB模板的制作依據(jù)了NIS模型、《長(zhǎng)江電子航道圖制作規(guī)范》的CJ-57標(biāo)準(zhǔn)和研究區(qū)內(nèi)地物要素的種類，該模板用于數(shù)據(jù)采集、編輯、存儲(chǔ)和電子航道圖的制作。地物要素與S-57的物標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄著GDB模板中每一要素類與NIS模型中要素類的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然后，將經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)導(dǎo)入NIS庫(kù)，依據(jù)圖幅范圍制作研究區(qū)的電子航道圖，基于GDB模板的電子航道圖制作流程如圖2所示。

3 電子航道圖制作關(guān)鍵技術(shù)

3.1 電子航道圖數(shù)據(jù)采集GDB模板

根據(jù)NIS模型、《長(zhǎng)江電子航道圖制作規(guī)范》的CJ-57標(biāo)準(zhǔn)和研究區(qū)內(nèi)地物要素的類別，作者設(shè)計(jì)出適用于本研究區(qū)的電子航道圖數(shù)據(jù)采集GDB模板，該模板主要用于數(shù)據(jù)采集、編輯、存儲(chǔ)和電子航道圖的制作。GDB模板的結(jié)構(gòu)可劃分為三級(jí)：GDB文件夾、數(shù)據(jù)集和要素類。其中，要素類級(jí)別包括要素圖層24個(gè)：HN01航標(biāo)、HN02湖泊岸線、HN03碼頭、HN04渡口、HN05居民地、HN06大壩、HN07橋梁、HN08道路、HN09碼頭渡口海事處地名、HN10危險(xiǎn)區(qū)、HN11等深面、HN12河流、HN13湖泊、HN14未測(cè)區(qū)、HN15等深線、HN16漁業(yè)區(qū)、HN17植被、HN18陸地、HN19自然地名、HN20等深點(diǎn)、HN21航道、HN22航線、HN23碼頭面、HN24渡口面。

表1 電子航道圖數(shù)據(jù)采集GDB模板圖層要素主要屬性（部分）

表2 研究區(qū)地物要素與S-57物標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系（部分）

GDB模板的每一個(gè)要素圖層對(duì)應(yīng)研究區(qū)的一種地物要素，還對(duì)應(yīng)NIS模型中的一個(gè)要素類，為了能夠在同一個(gè)軟件操作環(huán)境下實(shí)現(xiàn)電子航道圖的制作，GDB模板就成為外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)和電子航道圖聯(lián)系的橋梁。此外，為保證電子航道圖物標(biāo)屬性的完整，每一要素圖層還包括若干個(gè)必備的屬性字段，表1列出了GDB模板中部分圖層要素的屬性。

3.2 地物要素與S-57的物標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系

地物要素與S-57的物標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系（表2）記錄著電子航道圖數(shù)據(jù)采集GDB模板中每一要素類與NIS模型中要素類的對(duì)應(yīng)關(guān)系。建立地物要素與S-57物標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系的主要目的在于使得研究區(qū)內(nèi)地物要素與NIS模型之間相應(yīng)物標(biāo)在邏輯上對(duì)應(yīng)，為建立研究區(qū)電子航道圖數(shù)據(jù)采集GDB模板提供依據(jù)。同時(shí)，地物要素與S-57物標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系的建立為開發(fā)自動(dòng)化工具，實(shí)現(xiàn)GDB模板存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)自動(dòng)化導(dǎo)入NIS庫(kù)，進(jìn)行電子航道圖自動(dòng)化制作奠定了基礎(chǔ)。

4 電子航道圖制作

圖3 南灣水庫(kù)電子航道圖（局部）

南灣水庫(kù)位于淮河支流浉河上，距河南省信陽(yáng)市城區(qū)8公里。南灣水庫(kù)電子航道圖制作范圍東西長(zhǎng)9.3公里，南北寬5.6公里，圖面比例尺為1：5000。研究區(qū)內(nèi)地物要素采集以水面地物要素為主，陸地地物要素為輔，主要包括航標(biāo)、航道、航線、水深點(diǎn)、等深線、等深面、岸線、道路和地名等。

作者以南灣水庫(kù)作為研究對(duì)象，使用文中提出的基于Maritime Charting的內(nèi)河電子航道圖制作方法，經(jīng)過(guò)外業(yè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)要素導(dǎo)入GDB模板、自動(dòng)化導(dǎo)入NIS庫(kù)和電子航道圖輸出等操作工序，成功制作出南灣水庫(kù)電子航道圖（圖3）。

5 結(jié)論

綜上所述，得出以下結(jié)論：

（1）針對(duì)基于清華山維的電子航道圖制作方法存在著自動(dòng)化程度不高、數(shù)據(jù)格式多樣、專業(yè)軟件繁多和生產(chǎn)工序復(fù)雜等缺點(diǎn)，作者提出一種基于Maritime Charting的內(nèi)河電子航道圖制作新方法。作者以信陽(yáng)市南灣水庫(kù)為研究對(duì)象，使用該方法成功制作出南灣水庫(kù)電子航道圖，證明了方法的有效性和實(shí)用性。

（2）基于Maritime Charting的內(nèi)河電子航道圖制作方法的核心在于制作電子航道圖數(shù)據(jù)采集GDB模板和建立地物要素與S-57的物標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系。文中建立的GDB模板主要基于研究區(qū)內(nèi)的地物要素，所以該GDB模板的普適性偏差，為了在更多地區(qū)使用該方法制作電子航道圖，可以針對(duì)特定地區(qū)對(duì)GDB模板進(jìn)行擴(kuò)展和豐富。