全集水網(wǎng)數(shù)據(jù)集更新方法研究

高宏宇

（遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心-遼寧省基礎(chǔ)測繪院，遼寧 錦州 121003）

0.引言

第一次全國地理國情普查數(shù)據(jù)庫中水系數(shù)據(jù)采集了河流結(jié)構(gòu)線、高水界等，水系數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)中同時(shí)包含了1∶50000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫河流名稱代碼和水利普查河流代碼，以水利普查的代碼為實(shí)體對(duì)象碼建立了水網(wǎng)數(shù)據(jù)層。由于地理國情普查數(shù)據(jù)大部分為1∶10000尺度，水利普查數(shù)據(jù)在1∶50000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上采集而成，兩者在要素詳細(xì)程度上有差異。因此以水利普查的代碼為實(shí)體對(duì)象碼建立的水網(wǎng)數(shù)據(jù)層，涉及的水系要素僅為總數(shù)的十分之一[1]。

由于目前尚無河流實(shí)體編碼國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)定也未定義五級(jí)以下河流實(shí)體代碼或構(gòu)網(wǎng)的規(guī)則，余下90%左右的水系要素由于缺乏系統(tǒng)性的河流實(shí)體編碼，加上平原地區(qū)水網(wǎng)資料尚不完善、河流等級(jí)與匯流關(guān)系不一致等問題，因此第一次全國地理國情普查無法對(duì)這些大量河流小支流進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)。為形成一套完善的水網(wǎng)數(shù)據(jù)，支撐水資源管理、空間規(guī)劃以及環(huán)境保護(hù)等對(duì)完整水系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求，需要對(duì)全部水系數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)網(wǎng)，形成全集水網(wǎng)數(shù)據(jù)集。

1.水網(wǎng)數(shù)據(jù)基本情況

自1996年起，全國水網(wǎng)數(shù)據(jù)在此20年間進(jìn)行了多次更新和完善。1996年，基于1∶1000000數(shù)據(jù)庫，將水網(wǎng)數(shù)據(jù)中的水系劃分出1-5級(jí)。1998年，1∶250000數(shù)據(jù)庫建成，水網(wǎng)數(shù)據(jù)繼承了1-5級(jí)水系，劃分了流域。2008年，1∶50000數(shù)據(jù)庫建成，繼承了1-5級(jí)水系。2011年，1∶50000數(shù)據(jù)庫更新，水系繼續(xù)劃分但未解決匯流問題。2013年，開展了第一次全國水利普查，劃分了1-6級(jí)水系，并初步構(gòu)網(wǎng)。2016年，開展了第一次全國地理國情普查，普查對(duì)象為我國陸地國土范圍內(nèi)的地表自然和人文地理要素，內(nèi)容包括自然地理要素的基本情況，包括地形地貌、植被覆蓋、水域、荒漠與裸露地等的類別、位置、范圍、面積等，掌握其空間分布狀況;人文地理要素的基本情況，包括與人類活動(dòng)密切相關(guān)的交通網(wǎng)絡(luò)、居民地與設(shè)施、地理單元等的類別、位置、范圍等，掌握其空間分布現(xiàn)狀。最重要的是通過第一次全國地理國情普查查清了我國河流、水渠的長度、構(gòu)成及空間分布，以及湖泊、水庫、冰川與常年積雪和水面的面積、構(gòu)成及空間分布。在此基礎(chǔ)上水網(wǎng)數(shù)據(jù)繼承歷史，數(shù)據(jù)尺度達(dá)到1∶10000。自2017年起，計(jì)劃逐年開展地理國情水網(wǎng)優(yōu)化，并于2016年第一次構(gòu)建了全集水網(wǎng)數(shù)據(jù)集。

全國集水區(qū)單元數(shù)據(jù)集，以大約50平方公里為尺度，將全國劃分為41048個(gè)集水區(qū)單元，大約每個(gè)縣11個(gè)，對(duì)每一集水區(qū)單元編制唯一代碼。河流實(shí)體化任務(wù)下，完成全國河流實(shí)體化數(shù)據(jù)集，形成河流、水渠實(shí)體3330731條；為每一實(shí)體編制唯一代碼；將全國300多萬條河流劃分為9級(jí)。在確定等級(jí)時(shí)，注意了保持各等級(jí)河網(wǎng)形態(tài)，保證匯流關(guān)系的正確，不出現(xiàn)高等級(jí)河流匯入低等級(jí)河流現(xiàn)象。全國水網(wǎng)數(shù)據(jù)集的構(gòu)建是全國所有300多萬條河流、水渠共同構(gòu)建?？煞奖愕剞D(zhuǎn)化為各種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型，可用于網(wǎng)絡(luò)空間分析。全國湖泊庫塘數(shù)據(jù)集對(duì)湖泊、水庫、坑塘編制唯一代碼。河流流經(jīng)的湖泊、水庫、坑塘與對(duì)應(yīng)河流關(guān)聯(lián)，生成523558個(gè)關(guān)聯(lián)點(diǎn)。完成了全國河流附屬設(shè)施數(shù)據(jù)集，影響水流附屬設(shè)施都采集到了河流結(jié)構(gòu)線上，為網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)。

2.數(shù)據(jù)集技術(shù)要求

2019年全集水網(wǎng)數(shù)據(jù)集的更新是在地理國情普查成果數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用原國家測繪地理信息局組織完成的2016年地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)成果中的水系數(shù)據(jù)集為本底更新[2]。對(duì)涉及到的要素進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過集水區(qū)生成、河渠水系全集構(gòu)網(wǎng)、湖泊水庫坑塘實(shí)體化、河渠與湖庫的關(guān)聯(lián)等處理，形成的覆蓋全部水系要素的水網(wǎng)數(shù)據(jù)集。

2.1 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

大地基準(zhǔn)：采用2000國家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）；

高程基準(zhǔn)：1985國家高程基準(zhǔn)，高程系統(tǒng)為正常高，高程坐標(biāo)單位為“米”；

地圖投影：地圖投影采用地理坐標(biāo)，用經(jīng)緯度表示；

數(shù)據(jù)尺度和精度：坐標(biāo)值以“度”為單位，用雙精度浮點(diǎn)數(shù)表示，至少保留9位小數(shù)。

2.2 精度指標(biāo)

平面精度與高程精度：與國情監(jiān)測成果一致；

數(shù)據(jù)容差：存儲(chǔ)拓?fù)淙莶?.01米（0.00000008983153度），數(shù)據(jù)采集點(diǎn)距應(yīng)大于0.2米；

數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性：數(shù)據(jù)總體現(xiàn)勢性為2019年6月30日。

2.3 數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)集更新涉及到相關(guān)圖層（如表1所示）：

表1 更新圖層說明

2.4 更新技術(shù)路線

2019年全集水網(wǎng)數(shù)據(jù)集的更新主要是將2017年和2018年面狀、線狀以及點(diǎn)狀變化的水系內(nèi)容并入本底水網(wǎng)數(shù)據(jù)中，包括新增和修改[3]。更新時(shí)注意新增河渠保證數(shù)字化方向與水流方向一致；新增河渠的編碼，保證代碼全局唯一性；新增湖泊水庫編碼，保證代碼全局唯一性。技術(shù)路線圖（如圖1所示）：

圖1 技術(shù)路線圖

3.更新方法

3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

（1）2016年，在原國家測繪地理信息局的統(tǒng)一安排下，國家基礎(chǔ)地理信息中心組織進(jìn)行了水網(wǎng)數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，形成了全國全集水網(wǎng)數(shù)據(jù)集CHydDataset。本次水網(wǎng)數(shù)據(jù)集制作的本底數(shù)據(jù)就采用了2016年生產(chǎn)的全集水網(wǎng)數(shù)據(jù)集CHydDataset；

（2）2017年基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測時(shí)更新的水系相關(guān)圖層和監(jiān)測影像；

（3）2018年基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測時(shí)更新的水系相關(guān)圖層和監(jiān)測影像。

3.2 屬性結(jié)構(gòu)更新

檢查CHydDataset數(shù)據(jù)集中的各層數(shù)據(jù)，如果沒有ChangeType和ChangeAtt屬性項(xiàng)，按照《基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)技術(shù)規(guī)定》（GQJC01-2019）5.1.1.5節(jié)對(duì)地理國情要素變化信息通用屬性項(xiàng)的要求，增加相應(yīng)的屬性項(xiàng)。

3.3 數(shù)據(jù)更新

3.3.1 分析2017年、2018年CV_HYDL和CV_HYDA數(shù)據(jù)層的增量變化信息（變化類型為2的）對(duì)其進(jìn)行更新。分別提取新增的線狀和面狀數(shù)據(jù)并更新到CV_HYDL和CV_HYDA圖層中，如圖形是新實(shí)體，還需按照河流名稱編碼規(guī)則對(duì)新增的河渠。湖泊和水庫進(jìn)行編碼，并添加到河流實(shí)體關(guān)系映射表。對(duì)于新增和修改的河渠，要確保水流方向與數(shù)字化方向一致，處理好與匯入的上級(jí)河流匯接關(guān)系。

3.3.2 根據(jù)上述 2017年、2018年本底數(shù)據(jù)中V_HYDL和V_HYDA層中修改過的水體要素，對(duì)CV_HYDL和CV_HYDA中相應(yīng)要素進(jìn)行更新。其中，變化類型為1的（圖形伸縮），需要將CV_HYDL中相對(duì)應(yīng)的圖形參照UV_HYDL更新線劃；變化類型為-1的（更新時(shí)打斷），需要參照UV_HYDL將對(duì)應(yīng)的CV_HYDL圖形做打斷處理，屬性項(xiàng)保持不變。

3.3.3 標(biāo)記為滅失的要素（變化類型為3的），更新時(shí)對(duì)圖形做物理刪除處理，同時(shí)注意是否在CT_HYER中應(yīng)不再有該代碼，以及其他數(shù)據(jù)層中關(guān)聯(lián)此代碼的要素是否需要更新。

3.3.4 修改過的河渠與湖泊，如果CHydDataset中本底數(shù)據(jù)所反映的實(shí)體構(gòu)成未變化，在更新圖形后，其編碼應(yīng)保持不變，名稱及其他屬性若有變化，應(yīng)進(jìn)行更新。對(duì)上述更新涉及到的要素，進(jìn)行水網(wǎng)更新處理，使其與本底數(shù)據(jù)CV_HYDL和CV_HYDA中已有要素合理銜接，形成完整的水網(wǎng)體系。

3.3.5 若面狀水體的高水界發(fā)生明顯變化（扣除套合差超出10米以上的），應(yīng)依據(jù)2019年監(jiān)測影像對(duì)CV_HYDA層數(shù)據(jù)更新，并聯(lián)動(dòng)更新CV_HYDL層的河渠結(jié)構(gòu)線，同時(shí)按照變化信息記錄要求，在數(shù)據(jù)層的ChangeType和ChangeAtt字段中記錄變化類型和變化屬性字段名稱。

3.3.6 更新注意事項(xiàng)如下：

（1）河渠的更新

具體更新步驟包括：河流流向整理、河流實(shí)體確定（名稱的確定）、河流等級(jí)劃分、河流名稱編碼。

（2）河流要素流向的確定

確定河流的流向時(shí)需參照以下依據(jù)，主要包括：依據(jù)數(shù)據(jù)、資料、野外調(diào)繪，核查流向字段；依據(jù)拓?fù)潢P(guān)系推斷；依據(jù)影像推斷（沙洲形態(tài)等）；有DEM依據(jù)匯點(diǎn)檢查推斷。

（3）河流實(shí)體確定

河流有具體的名稱則可被視為該名稱下的一個(gè)實(shí)體，無名河流依據(jù)唯長唯遠(yuǎn)的原則，從最遠(yuǎn)端到匯入其他河流實(shí)體的部分視為一個(gè)實(shí)體，一組無名河流可按主流支流的順序確定河流實(shí)體。確定的同時(shí)參考自然、歷史、文化等因素判斷河流源頭和主支流。無資料時(shí)利用影像幫助確定主流支流；河流明顯較寬的是主流；匯入口泥沙淤積形狀，水量大的一邊是主流。

主干有名稱，所有上游無名稱或名稱不同是分為以下兩種情況處理：多源情況，上游支流與主流構(gòu)成一個(gè)實(shí)體，例如：珠江三源；溯源情況，按選取原則選擇源頭，構(gòu)成實(shí)體。主干河流每一段名稱不同，整個(gè)作為一個(gè)實(shí)體，選擇一個(gè)主要名稱作為整條河流名稱，其他名稱作為不同實(shí)體。

（4）河流名稱確定

CT_HYER表記錄所有的河流名稱，包括每一段的名稱。

河流主要名稱在水利普查數(shù)據(jù)有名稱時(shí)以其為主，水利普查數(shù)據(jù)無名稱時(shí)按地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)、1∶1000000河流數(shù)據(jù)、其他資料的順序確定，所有資料均無名稱時(shí)，使用編寫的河流名稱代碼代替。

（5）平原水網(wǎng)密集的水渠處理

按照名稱實(shí)體化，無名稱的按形態(tài)選取主要水渠實(shí)體化出形態(tài)骨架，連通困難的小水渠的可直接實(shí)體化。實(shí)體化順序?yàn)橛芍髁鞯街Я鳎粚?shí)體化修改時(shí)河流名稱代碼表聯(lián)動(dòng)修改；調(diào)水工程等立交河流線劃不打斷。

（6）河流等級(jí)劃分

1至5級(jí)河流：按照1∶1000000地形數(shù)據(jù)庫中全國河流名稱代碼規(guī)定確定；

6級(jí)河流：每一集水區(qū)單元的主要河流應(yīng)被定義為6級(jí)以上河流，主要河流可參照流域名稱選取實(shí)體，原則上一個(gè)集水區(qū)單元內(nèi)只選取一條6級(jí)以上河；

7級(jí)河流：集水區(qū)單元內(nèi)除主要河流外，適當(dāng)選取5000米以上主要支流河流定義為7級(jí)河流，選取應(yīng)選擇主要支流，并保證能正確反映河網(wǎng)形態(tài)；

8級(jí)河流：集水區(qū)單元內(nèi)適當(dāng)選取7級(jí)以外1000米以上河流定義為8級(jí)；

9級(jí)河流：1至8級(jí)未選取河流均歸入九級(jí)河流。

在確定等級(jí)的同時(shí)，應(yīng)注意保持各等級(jí)河網(wǎng)形態(tài)，還要保證匯流關(guān)系正確，一般情況下不能出現(xiàn)高等級(jí)河流匯入低等級(jí)河流現(xiàn)象。

（7）湖庫坑塘的更新注意事項(xiàng)

湖泊、水庫、坑塘實(shí)體確定依據(jù)數(shù)據(jù)與指定資料；水庫必須來自于水利普查數(shù)據(jù)中的97975個(gè)；湖泊必須包含水利普查的3000多湖泊；

湖泊、水庫、坑塘的分級(jí)按照如下標(biāo)準(zhǔn)：

1-4級(jí)參照《中國主要山脈水系資料圖》（1∶3000000，1983）；

第5級(jí)為1∶250000地形數(shù)據(jù)庫中有編碼且不是1-4級(jí)的湖泊、庫塘；

第6級(jí)為其他大于1km2的湖泊、庫塘（前期已采集，需檢查）；

其余數(shù)據(jù)均劃分為第7級(jí)；

湖泊、水庫、坑塘與河流相交時(shí)，在CV_HYBP層生成一個(gè)河流上的點(diǎn)。

（8）障礙點(diǎn)與關(guān)聯(lián)點(diǎn)

障礙點(diǎn)：將大壩、水閘、水電站、泵站的要素位置調(diào)整到河流結(jié)構(gòu)線上，用定位點(diǎn)記錄于SFCP層，生產(chǎn)不要求打斷河段，構(gòu)網(wǎng)建庫運(yùn)算時(shí)再打斷。

關(guān)聯(lián)點(diǎn)：與河流關(guān)聯(lián)的湖泊生成一個(gè)點(diǎn)寫入。

3.4 數(shù)據(jù)正確性核查

數(shù)據(jù)成果質(zhì)量至關(guān)重要，針對(duì)本產(chǎn)品質(zhì)量不但要加強(qiáng)過程質(zhì)量控制，更重要的是對(duì)成果進(jìn)行全面檢查，主要從以下幾方面開展成果檢查[4，5]。

（1）河渠水流方向檢查：定水流方向是否和結(jié)構(gòu)線數(shù)字化方向一致。

（2）河渠圖形連通性檢查：利用水網(wǎng)分析查找不能構(gòu)網(wǎng)的孤立水系，對(duì)于具有匯流關(guān)系的河流由于只采集到面狀水體岸線處未實(shí)現(xiàn)與聯(lián)通河流結(jié)構(gòu)線相接的情況，應(yīng)補(bǔ)充采集使其交匯到上級(jí)河流的結(jié)構(gòu)線上；入海、入湖的河流和人工水系結(jié)構(gòu)線應(yīng)采集到或采集過岸線。

（3）河流湖泊實(shí)體正確性檢查：具有相同編碼和名稱的河流和湖泊要素的集合視為一個(gè)實(shí)體。

檢查內(nèi)容包括：（1）構(gòu)成該實(shí)體的幾何要素是否完整或多余；（2）各項(xiàng)編碼是否符合編碼規(guī)則；（3）實(shí)體名稱是否正確；要素關(guān)聯(lián)關(guān)系正確性檢查。

4.結(jié)束語

基于2017年、2018年基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)成果，提取自2016年以來新增和變化的水系要素，針對(duì)不同變化類型采用相應(yīng)的更新方式，對(duì)2016年全集水網(wǎng)數(shù)據(jù)集進(jìn)行更新。再對(duì)更新成果的各項(xiàng)正確性進(jìn)行必要的核查，最終得到詳實(shí)、準(zhǔn)確、現(xiàn)勢性好的水網(wǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化了全省水系網(wǎng)絡(luò)。為今后開展水資源管理，自然資源調(diào)查監(jiān)測管理等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。