水利地理信息電子化數(shù)據(jù)應(yīng)用研究

周 斌

（左云縣水務(wù)局，山西 左云 037100）

在水利基層實(shí)踐中，開展項(xiàng)目規(guī)劃、工程前期勘測(cè)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等工作，要以實(shí)地勘測(cè)結(jié)合相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，形成勘測(cè)布置的測(cè)繪數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作開展提供依據(jù)。隨著測(cè)繪技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，電子化的地理信息數(shù)據(jù)可統(tǒng)一批量處理，信息精度高，轉(zhuǎn)換便捷，與傳統(tǒng)測(cè)繪、人工統(tǒng)計(jì)的處理方式相比，大大提高了工作效率和測(cè)繪成果質(zhì)量。

通過對(duì)地理信息數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到圖形，圖形到數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，通過應(yīng)用不同地理信息數(shù)據(jù)的疊加，批量提取數(shù)據(jù)、批量轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，可以與其他行業(yè)部門的相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)接與數(shù)據(jù)交換。

1 傳統(tǒng)測(cè)繪工作存在的問題

單位現(xiàn)有的北京1954坐標(biāo)系82版1∶10 000地形圖信息，提供的相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)量不豐富，也與項(xiàng)目實(shí)施區(qū)域?qū)嶋H地理情形不相符，在實(shí)際工作中也只是采用統(tǒng)一坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)和做為底圖來用；而采用新版紙質(zhì)圖（地形圖或影像圖）購(gòu)買費(fèi)用高，紙上數(shù)據(jù)信息更新間隔時(shí)間長(zhǎng)，而單獨(dú)采用紙質(zhì)圖，與實(shí)地結(jié)合不直觀，存在較大的誤差。

傳統(tǒng)的測(cè)繪工作，是在硫酸紙、米格紙和紙質(zhì)地形圖上進(jìn)行手工標(biāo)繪作業(yè)。費(fèi)時(shí)費(fèi)力、損耗大、費(fèi)用高，標(biāo)繪后與實(shí)地勘測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合不嚴(yán)謹(jǐn)，圖形統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)誤差大，數(shù)據(jù)碎片化，整合匯總到“一張圖”時(shí)難度大，不能有效形成從數(shù)據(jù)到圖形，圖形到數(shù)據(jù)的互相轉(zhuǎn)換。

用手持GPS實(shí)地測(cè)量的數(shù)據(jù)存在精度誤差，測(cè)量主要是對(duì)于點(diǎn)定位功能的使用；對(duì)于線的定位，測(cè)量后線型呈鋸齒狀，不可直接使用，需結(jié)合勘測(cè)地型對(duì)線型進(jìn)行微調(diào)，對(duì)于測(cè)量線路中有弧度地方，在標(biāo)繪時(shí)缺乏有效的方法，無法在圖形中完整體現(xiàn)。

在工作中缺乏對(duì)已完成工作成果和相關(guān)信息數(shù)據(jù)的收集，未能將這些成果數(shù)據(jù)整合在一起，作為開展其它工作的備查資料。

2 數(shù)字地理信息數(shù)據(jù)實(shí)踐

數(shù)字地理信息數(shù)據(jù)，是通過對(duì)手持GPS實(shí)地勘測(cè)、谷歌地球衛(wèi)星影像、DEM數(shù)字高程，行政區(qū)劃、轄區(qū)內(nèi)流域劃分、水系圖、地類圖電子版（西安1980坐標(biāo)系1∶10 000）、水利工作中形成的數(shù)據(jù)成果等的綜合應(yīng)用，并進(jìn)行不同組合的疊加，應(yīng)用到水利工作實(shí)踐中，為開展項(xiàng)目規(guī)劃、工程前期勘測(cè)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等水利工作，提供信息數(shù)據(jù)服務(wù)的。

2011年抗旱應(yīng)急水源規(guī)劃，需遠(yuǎn)距離調(diào)水，管線布置距離遠(yuǎn)、跨度大，設(shè)計(jì)規(guī)劃要求在短時(shí)間內(nèi)完成，實(shí)地勘測(cè)任務(wù)重，存在工程實(shí)際布置是否合理的問題。由于時(shí)間緊，實(shí)地測(cè)量缺失，項(xiàng)目的布置規(guī)劃任務(wù)，是由部分實(shí)地勘測(cè)取得的數(shù)據(jù)，結(jié)合谷歌地球衛(wèi)星影像和DEM數(shù)字高程，經(jīng)分析調(diào)整后完成的。

2015年御河、桑干河流域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃中，涉及多處河道，需明確劃分出某縣境內(nèi)河道的流域范圍。但是由于從未對(duì)流域劃分、河流水系的情況開展過統(tǒng)計(jì)調(diào)查，也無任何備查圖形資料，只有一些相關(guān)流域統(tǒng)計(jì)的籠統(tǒng)數(shù)據(jù)。流域劃分和河流水系，是通過對(duì)DEM數(shù)字高程進(jìn)行分析提取后生成的。為保持?jǐn)?shù)據(jù)的統(tǒng)一性，從市水文局下發(fā)的山洪災(zāi)害非工程治理措施項(xiàng)目野外調(diào)查底圖數(shù)據(jù)中，提取了流域劃分?jǐn)?shù)據(jù)，以谷歌地理影像數(shù)據(jù)為平臺(tái)，結(jié)合西安1980坐標(biāo)系行政區(qū)劃，對(duì)流域劃分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了校正，確認(rèn)了行政區(qū)劃與流域的相對(duì)坐標(biāo)位置，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，完成了全縣流域劃分，并對(duì)境內(nèi)各流域情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)匯總。

京津風(fēng)沙源治理二期工程水利水保項(xiàng)目中，小流域治理規(guī)劃面積的調(diào)整布置，節(jié)水工程管道布置，都是通過實(shí)地GPS勘測(cè)后，將勘測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到谷歌地球中，結(jié)合衛(wèi)星地理影像，對(duì)小流域治理規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行分析并調(diào)整布置，對(duì)管道的布置、長(zhǎng)度和管線高程變化作觀察分析，依據(jù)實(shí)際地理情況作出合理性調(diào)整后，再將勘測(cè)布置數(shù)據(jù)導(dǎo)入Atuo CAD軟件中，按設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行編輯后，形成定稿。

水利工作中電子化數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛，如水源的選址、水功能區(qū)劃分，河道上游匯流面積統(tǒng)計(jì)，結(jié)合降雨量統(tǒng)計(jì)完成水帳計(jì)算等。充分體現(xiàn)了數(shù)據(jù)電子化和數(shù)據(jù)收集整理的重要性。

3 數(shù)字地理信息數(shù)據(jù)處理

以谷歌地球GIS軟件為驗(yàn)證分析平臺(tái)，將各類地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行組合疊加，完成設(shè)計(jì)、規(guī)劃、布置任務(wù)。

3.1 數(shù)據(jù)處理流程

將手持GPS實(shí)地勘測(cè)數(shù)據(jù)或已有勘測(cè)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入谷歌地球，進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別處理，對(duì)照軟件中衛(wèi)星影像地理信息，在軟件中進(jìn)行勾繪；標(biāo)繪完成后導(dǎo)出或直接引用部分GPS測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理；由WGS 84坐標(biāo)系經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，變?yōu)楦咚?克呂格投影平面坐標(biāo)XY值（北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、國(guó)家2000坐標(biāo)系）；在Auto CAD軟件中加載轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)，編輯、處理形成定稿后，加載紙質(zhì)地形圖電子版或衛(wèi)星影像圖為底圖，按相關(guān)比例要求輸出到規(guī)劃圖紙中。與其它數(shù)據(jù)對(duì)接和交換時(shí)，還涉及到坐標(biāo)系、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，以及轉(zhuǎn)換參數(shù)的設(shè)置與校正。

3.2 數(shù)據(jù)采集

GPS測(cè)量精度要求，可使用手持GPS。通過手持GPS參數(shù)設(shè)置調(diào)整，轉(zhuǎn)換為需要的平面坐標(biāo)XY值（北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、國(guó)家2000坐標(biāo)系），為保持?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)一，需采用統(tǒng)一轉(zhuǎn)換參數(shù)。

在谷歌地球中，通過對(duì)衛(wèi)星影像地理信息的識(shí)別標(biāo)繪，對(duì)標(biāo)繪圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，導(dǎo)出為WGS 84坐標(biāo)系經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，還需進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。

智能手機(jī)具有定位功能，定位準(zhǔn)確，安裝地理信息軟件后，即可完成坐標(biāo)信息的采集。隨著手機(jī)更新?lián)Q代，軟硬件功能越來越強(qiáng)大，使用范圍多方位擴(kuò)展，安裝地理信息軟件的手機(jī)，具備手持GPS功能，可聯(lián)網(wǎng)加載多種地理信息數(shù)據(jù)，相關(guān)功能也能滿足數(shù)據(jù)采集記錄需求。野外勘測(cè)時(shí)，預(yù)先加載其它規(guī)劃信息數(shù)據(jù)，通過手機(jī)實(shí)地定位、實(shí)地勘測(cè)，對(duì)聯(lián)網(wǎng)后的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，再進(jìn)行調(diào)整、布置、規(guī)劃任務(wù)與宏觀分析。

3.3 數(shù)據(jù)處理

各類數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用，與計(jì)算機(jī)應(yīng)用緊密結(jié)合，數(shù)據(jù)處理涉及到多種數(shù)據(jù)格式和坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。最終數(shù)據(jù)成果，應(yīng)使用統(tǒng)一格式標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)據(jù)對(duì)接、交換、集成創(chuàng)造條件。

3.3.1 坐標(biāo)系

經(jīng)緯度坐標(biāo)。在GPS測(cè)量設(shè)備和GIS系統(tǒng)中，都以WGS 84坐標(biāo)系為默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。建立WGS 84坐標(biāo)系的目的，是統(tǒng)一全世界地心坐標(biāo)系，是國(guó)際上統(tǒng)一采用的地心坐標(biāo)系。

平面坐標(biāo)。我國(guó)建立的坐標(biāo)系，有北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、國(guó)家2000坐標(biāo)系，分別采用了不同的參考橢球體，不同的大地基準(zhǔn)面。在不同的坐標(biāo)系下，同一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值是不同的。

參數(shù)調(diào)整設(shè)置，是將WGS 84坐標(biāo)系經(jīng)緯度，轉(zhuǎn)換為需要的平面坐標(biāo)XY值（北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、國(guó)家2000坐標(biāo)系）。通過不同坐標(biāo)系中，相同參照物坐標(biāo)的對(duì)比，計(jì)算處轉(zhuǎn)換參數(shù)，將采集數(shù)據(jù)加載轉(zhuǎn)換參數(shù)，得到需要的坐標(biāo)參數(shù)。

按照國(guó)務(wù)院推廣使用國(guó)家2000坐標(biāo)系的有關(guān)要求，工作中涉及空間數(shù)據(jù)采集的項(xiàng)目，于2018年7月1日起，全面使用國(guó)家2000坐標(biāo)系。北京1954坐標(biāo)系和西安1980坐標(biāo)系，將正式退出歷史舞臺(tái)。工作中形成的大量舊坐標(biāo)系數(shù)據(jù)成果，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建立電子檔案，向國(guó)家2000坐標(biāo)系對(duì)接。

3.3.2 投影分帶

在采用北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、國(guó)家2000坐標(biāo)系，局部向全局集成時(shí)，涉及到3度帶向6度帶的相互轉(zhuǎn)變，在同一坐標(biāo)系內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)點(diǎn)所在6度帶和3度帶中央子午線（經(jīng)度）相同時(shí)，其坐標(biāo)點(diǎn)值是相同的，只是帶號(hào)不同，可以不經(jīng)過投影計(jì)算，修改相應(yīng)投影帶的帶號(hào)即可，如果中央子午線（經(jīng)度）不同，坐標(biāo)值就必須進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，如圖1。

3.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換編輯

水利工作涉及的地理信息數(shù)據(jù)格式，有KML（谷歌地球數(shù)據(jù)格式)、DWG（Auto CAD數(shù)據(jù)格式）、DEM（數(shù)字高程數(shù)據(jù)格式）、SHP（Arc GIS數(shù)據(jù)格式）等種類，這些數(shù)據(jù)格式統(tǒng)稱為矢量數(shù)據(jù)；以及Excel表格數(shù)據(jù)和文本數(shù)據(jù)。要求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到圖形、圖形到數(shù)據(jù)的相關(guān)轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)編輯處理平臺(tái)，采用Auto CAD軟件，因?yàn)樗δ茇S富、點(diǎn)定位精準(zhǔn)，廣泛支持各種GIS編輯軟件，易于數(shù)據(jù)交換和編輯操作。數(shù)據(jù)采集使用Google Earth谷歌地球軟件、手持GPS定位設(shè)備、具有定位功能和安裝GIS軟件的智能手機(jī)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換Coord軟件，Global Mapper軟件，Arc GIS軟件等，完成數(shù)據(jù)提取、不同坐標(biāo)系和數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

圖1 投影分帶

4 結(jié)語(yǔ)

水土保持、農(nóng)村飲水、水資源開發(fā)等水利工作形成的數(shù)據(jù)成果，應(yīng)以統(tǒng)一的圖形、電子文檔格式，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，形成電子化數(shù)據(jù)檔案，通過對(duì)轄區(qū)內(nèi)地理信息數(shù)據(jù)的收集整理，疊加不同地理信息數(shù)據(jù)，集成到“一張圖”，形成本地化的“大數(shù)據(jù)”庫(kù)。