基于北斗網(wǎng)格編碼的航道大數(shù)據(jù)組織索引方法

佘樂卿

摘 要：內(nèi)河航道護岸在保證耐久、安全、經(jīng)濟的基礎(chǔ)上，同時要兼具良好的生態(tài)和景觀特性。通過浙江省限制性航道典型重力式護岸結(jié)構(gòu)型式的分析，設(shè)計提出了一種開孔圓筒+T形插板的新型重力式生態(tài)護岸，并在此基礎(chǔ)上針對不同墻高，對其結(jié)構(gòu)特性進行分析。結(jié)果表明，該護岸結(jié)構(gòu)能滿足整體穩(wěn)定和應(yīng)力強度要求，具有生態(tài)景觀效果好、施工速度快、消浪能力強、造價低等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格;航道;數(shù)據(jù)

中圖分類號：U61? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）12-0055-02

航道數(shù)據(jù)通常來自好幾個航道相關(guān)管理部門，每個部門都自行設(shè)計了合乎自己部門需要的數(shù)據(jù)組織方式，這使得各個單位內(nèi)部使用上不會有無法統(tǒng)一查找的難題，但是在與外部各個部門協(xié)作運用上則產(chǎn)生了難點。以航道的應(yīng)急保障為例子，涉及到的數(shù)據(jù)包含航道現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)、水文信息數(shù)據(jù)、特殊水域信息數(shù)據(jù)、航道設(shè)備感知數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)來自于航道維護部門、水文站、航道管理部門等眾多單位[1]。在目前航道數(shù)據(jù)管理體系中，常選用的是通過GIS數(shù)據(jù)引擎、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫等開展數(shù)據(jù)組織管理方法，這樣優(yōu)點是各數(shù)據(jù)由各部門獨立制作完成及使用互不影響。缺點是在面對數(shù)字化、智慧化航道管理的現(xiàn)在，各種類數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間相對獨立、關(guān)聯(lián)性較差，難以完成大量數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織，形成數(shù)據(jù)孤島。從航道各部門數(shù)據(jù)組織方式看來，基本航道信息、建筑物信息、航標(biāo)信息等矢量數(shù)據(jù)按傳統(tǒng)分圖層組織，光學(xué)影像分景組織、衛(wèi)星影像分幅組織，氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)則按氣象觀測站點組織，多樣的數(shù)據(jù)組織方式使得多源航道相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一檢索不易實現(xiàn)。

1解決思路

隨著數(shù)字航道建設(shè)技術(shù)的不斷進步，基于航道空間資源數(shù)據(jù)的整合一直是研究的熱點。從整體成果看，多從元數(shù)據(jù)或交換格式上進行統(tǒng)一。如地理圖形標(biāo)記語言GML[2]、SFS矢柵一體化統(tǒng)一訪問模型[3]等。還有從空間劃分及編碼角度，用剖分網(wǎng)格方法對地球空間進行劃分和編碼，使用地理空間關(guān)聯(lián)組織數(shù)據(jù)，但都沒有對航道這一特定區(qū)域及數(shù)據(jù)進行探索研究。

本文從航道管理及應(yīng)急保障角度出發(fā)，以航道空間為數(shù)據(jù)紐帶，提出航道大數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織及航道多源數(shù)據(jù)統(tǒng)一檢索路徑方法。

本文將以國家標(biāo)準(zhǔn)的北斗網(wǎng)格位置碼作為航道各部門數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一組織及索引核心技術(shù)體系。擬采用的航道全要素剖分網(wǎng)格是以北斗網(wǎng)格編碼以全球經(jīng)緯度剖分網(wǎng)格GeoSOT為技術(shù)核心，是一種基于2n一維整型數(shù)組的全球經(jīng)緯度剖分網(wǎng)格[4-5]，源自國家973項目“全球空天信息剖分組織機理與應(yīng)用方法研究”。具有全球陸海空天完備覆蓋、空間多分辨率、層次嵌套結(jié)構(gòu)、編碼高效運算等特性，是對現(xiàn)有經(jīng)緯度地理空間參考系統(tǒng)和其他專用空間參考系統(tǒng)的增強。和美國目前使用的網(wǎng)格系統(tǒng)（MGRS，USNG、GOOGLE等）相比，北斗網(wǎng)格在對現(xiàn)有空間坐標(biāo)體系繼承、地球全域空間立體構(gòu)建及編碼二進制整型等關(guān)鍵技術(shù)點上具有技術(shù)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）與現(xiàn)有航道數(shù)據(jù)通用的經(jīng)緯度體系保持高度的一致性。經(jīng)緯度坐標(biāo)與網(wǎng)格編碼可以直接相互轉(zhuǎn)換，與測繪圖幅、氣象圖幅、海圖、空圖及世界各國主要規(guī)格的地理產(chǎn)品具有一致性關(guān)系。

（2）無縫無疊、相互嵌套的三維立體剖分體系，并且具備全球唯一的編碼。從上至地球外圍五萬公里空間，下至地心，將整個地球空間剖分成由數(shù)以兆億個大到全球空間，小到厘米級精度的空天地海全空間立體剖分網(wǎng)格。

（3）基于二進制運算機制的地理空間編碼代數(shù)計算方法。利用整形編碼的高效二進制計算能力，實現(xiàn)三維空間信息組織、存儲、傳輸、分發(fā)、服務(wù)等應(yīng)用的高效編碼化操作。

利用以上特點及優(yōu)勢，我們將來自航道各個部門的多源數(shù)據(jù)信息，在不破壞各部門數(shù)據(jù)本身規(guī)制及使用情況下，可根據(jù)航道數(shù)據(jù)之間空間、范圍與網(wǎng)格單元建立一對一、一對多的對應(yīng)關(guān)系，從而實現(xiàn)航道大數(shù)據(jù)中各部門數(shù)據(jù)邏輯上的統(tǒng)一組織。如圖1所示，各部門的航道數(shù)據(jù)我們將依據(jù)其數(shù)據(jù)所在空間對應(yīng)的北斗網(wǎng)格，賦予對應(yīng)的北斗網(wǎng)格位置 編碼，無論各部門原有系統(tǒng)與平臺的數(shù)據(jù)如何組織及存儲，我們都可通過北斗網(wǎng)格位置編碼與對應(yīng)的航道網(wǎng)格剖分模型建立了天然的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在進行某一個航道大數(shù)據(jù)基于空間位置的查詢檢索時，將選擇范圍轉(zhuǎn)換為航道剖分網(wǎng)格集合，而這時對應(yīng)航道相關(guān)的水文、船舶、航標(biāo)、港口等數(shù)據(jù)已被關(guān)聯(lián)在各個網(wǎng)格體上，由此從空間到編碼，從編碼到網(wǎng)格，網(wǎng)格再到數(shù)據(jù)的航道數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)檢索方法，也就形成航道大數(shù)據(jù)統(tǒng)一的基于空間的數(shù)據(jù)查詢能力。

2 航道大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)檢索方法

2.1航道大數(shù)據(jù)編碼方法

提出新的航道各部門、各來源的大數(shù)據(jù)空間網(wǎng)格編碼方法，目的在不推到、不重來、不破壞航道數(shù)據(jù)來源各部門原有的數(shù)據(jù)組織方法的基礎(chǔ)上，將需要統(tǒng)一檢索的航道各個部門數(shù)據(jù)中增加一個北斗網(wǎng)格位置 碼，即將其對應(yīng)的空間屬性轉(zhuǎn)換為北斗網(wǎng)格編碼增加到數(shù)據(jù)組織大表中。利用航道數(shù)據(jù)所具有的空間屬性，將其要素如建筑、航標(biāo)所占據(jù)的空間范圍，可以采用一個或多個北斗位置網(wǎng)格單元體進行表達，這些北斗位置網(wǎng)格體本身的編碼就是其對應(yīng)的航道各個要素的編碼。

航道各要素表達以GIS圖形最為常見，通常以點、線、面形式表達，我們在對其進行編碼組織時，可采用其最小外包裹網(wǎng)格作為索引。在航道大數(shù)據(jù)要素的編碼過程中，航道點要素，如航標(biāo)通常以單個北斗網(wǎng)格單元表達，航道線及面，如航線、特殊水域等信息則需要根據(jù)其要素占據(jù)的空間范圍采用不同層級的一個或多個剖分網(wǎng)格單元來進行表達。每個北斗網(wǎng)格位置編碼都采用32Bit的整數(shù)進行存儲，最高精度可達到1.5厘米[6]。采用哪個層級的北斗網(wǎng)格，可根據(jù)需求而定。

2.2航道數(shù)據(jù)編碼索引表設(shè)計

定義航道數(shù)據(jù)網(wǎng)格編碼后，可以在數(shù)據(jù)庫中對航道數(shù)據(jù)進行有序組織存儲。按實際業(yè)務(wù)需要，也可以在數(shù)據(jù)表中添加名稱、標(biāo)簽等相關(guān)描述信息，同時將北斗網(wǎng)格碼設(shè)置為主鍵。為了提高航道信息的檢索效率，本文對依據(jù)北斗網(wǎng)格特征，對北斗編碼列建立四叉樹和字典樹結(jié)合的索引方式。如用戶發(fā)起一個查詢請求，均可化為以下編碼（集），然后在數(shù)據(jù)庫中即可查詢得到對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對航道數(shù)據(jù)的查看、編輯等應(yīng)用。

3 結(jié)論

針對航道數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化共存的問題，本文提出一種基于時空標(biāo)識的數(shù)據(jù)組織方式，在用戶針對時空檢索請求的基礎(chǔ)上，基于北斗網(wǎng)格編碼唯一關(guān)聯(lián)每一條數(shù)據(jù)，將用戶主要關(guān)注數(shù)據(jù)建立結(jié)合時空編碼及字典樹兩種索引方式，一方面這種索引查詢可基于空間位置快速查詢到數(shù)據(jù)信息;另一方面，又滿足用戶傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)精確查詢需求，為多部門多源的航道數(shù)據(jù)管理及應(yīng)急響應(yīng)提供了新思路。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國交通運輸部辦公廳， 水路交通突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案 2018-01592

[2] Zhu Fubao， Yang Jinmei，Guo Qianqian.Emergency GIS System Based on GML and Mulit source Spatial Date[c].2011IEEE 3rd International Conferrence on Communication Software and Networks，Xi'an，China，2011

[3] 謝斌，俞樂，呂揚，等。一種多源空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一訪問模型的實現(xiàn)[J]浙江大學(xué)學(xué)報（理學(xué)版）2011，38（2）：223-228

[4] 宋樹華，程承旗，濮 國 梁，等.全球遙感數(shù)據(jù)剖分組織的GeoSOT網(wǎng)格應(yīng)用[J]測繪學(xué)報，2014，43（8）：869-877.

[5] 金安，程承旗.基于全球剖分網(wǎng)格的空間數(shù)據(jù)編碼方法[J].測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2013，30（3）：284-287.

[6] GB∕T 39409-2020? 北斗網(wǎng)格位置碼[S].