長江電子航道圖航標數據更新系統開發研究

摘 要：長江航道局于2009年11月完成了長江航道全線電子航道圖的制作，但基于長江航道水位變幅大、無規律，助航標志異動頻繁，航道河床演變劇烈且沒有規律性的特性。要及時在電子航道圖上反映助航標志的異動情況，長江電子航道圖更新是長江電子航道圖更好發揮導航功能的關鍵。更新工作主要應該分為兩個部分，一是長江航道中航標異動的更新，二是長江航道中水下地形變化的更新。

關鍵詞：長江 電子航道圖 航標 數據更新系統

研究的目的和內容

1、研究目的

因長江航道中航標位置變化頻繁，長江航道航標信息隨時間的變化而變化，這是航標信息的動態變化特征。以電子航道圖為數據基礎建立的電子海圖顯示與信息系統（ECDIS）必須正確提供給用戶實時的航標要素的表達。保持長江航道航標動態的映射關系是電子航道圖數據更新的實質。數據更新的過程是一個連續的不斷減少現實世界和電子航道圖數據庫及其表達之間差異的過程，也是為了滿足船舶航行對長江電子航道圖航標數據快速更新的需要，保證航標數據更新的時效性和準確性。

2、研究內容

為保證航標數據的快速更新，顯示界面與內河實際操作習慣相符合，依據長江航道的具體需要，主要開展如下多方面的應用研究：①航標變動數據獲取并傳輸：主要是外業工作人員如何獲取長江航道中變動后航標的地理位置和相關屬性信息。②航標更新數據文件生成：主要是數據處理中心利用自主開發的航標數據更新軟件，將長江航道實地發來的航標異動信息，編輯完成航標數據更新文件，以便用戶端下載更新文件后更新用戶端顯示系統上的航標位置。③航標更新數據發布：主要是數據處理中心將航標數據更新文件發送到更新網站上，供用戶下載使用。④圖上航標位置更新：主要是用戶通過有線或無線上網設備將航標數據更新文件下載到本地，在電子航道圖顯示系統上進行更新，以獲得最新的航標信息。⑤長江航道航標數據擴展及符號化顯示：主要是制作具有長江航道特色的航標符號系統，使電子航道圖顯示系統上顯示的符號符合內河要求。

航標數據更新系統研究

1、航標異動數據獲取并傳輸

航標異動有航標增加、撤銷、位置移動和屬性變更等幾種方式，異動數據的獲取應該由基層航道管理作業人員完成，基層航道管理作業人員在巡查航道過程中如發現航標發生變化或進行增加或刪除操作時應該做好記錄，航標位置移動應該采用高精度手持GPS或測量型GPS進行定位，采集到航標位置的WGS2000坐標后，整理成完整的航標異動信息文件，通過某種通訊方式及時傳輸到航標更新數據處理部門。如果航標裝有遙測遙控系統，可在控制中心采集航標異動數據，只要定位精度滿足要求即可以將航標異動數據利用到更新數據制作當中。

2、航標更新數據文件生成

航標異動數據傳輸到數據處理中心后，應該由技術人員導入航標數據更新系統軟件，編輯生成航標數據更新文件，主要包括以下過程和步驟。

（1）電子航道圖更新數據的建立

在航標數據更新中，一般存在以下幾種關系：①航標撤銷，航標數據已經不再存在，應予以刪除。②航標增加，在已有數據中增加暫時不存在的航標數據。③航標空間位置發生變化，需要按照空間位置的精度要求，修正相應的航標數據的空間位置。④航標屬性特征發生變化，在電子航道圖上航標信息空間位置不變，但屬性發生了變化，應根據航標的屬性特征來修正對應的數據。⑤航標信息與初始航標信息一致。其空間位置與屬性特征均一致，未發生任何變化，無需更新。可能存在的操作如下表所列：

電子航道圖航標更新數據的生成，依賴于整個航道管理部門的密切配合。航標變化的信息的獲取通常由及其它相關部門完成。在航標信息的更新流程中，首先要生成更新的信息，需要生成變化了的電子航道圖更新數據，再由各用戶自動合成現勢的數據。

數據更新的實驗數據如圖所示。依據IHO S-57的標準，本項目定義該電子航道圖的為正式出版的電子航道圖，未經任何改正的數據，稱為標準ENC基礎數據集，以.000為每一個圖幅（cell）的文件記錄文件名后綴。

以上過程所涉及的關鍵技術為：①航標數據的連續性。基于變化了的數據進行數據更新，每一次的更新都是基于上次數據更新的基礎上進行，更新必須是連續的。②比例尺與航標空間數據質量標準。航標數據獲取與采集的比例尺與數據質量標準不相同，會導致航標位置數據差異；同一數據模型的多次獲取也會由于不同的坐標定位而有所差別，需要予以消除。③需要提供足夠的元數據以便對更新過程進行追蹤。④歷史數據的組織與管理。⑤發布更新數據，合并由用戶完成。⑥經過一定的時間間隔，應對航標基態數據進行處理。重新建立新的基態數據。這一過程又稱為電子航道圖數據的再版。

（2）更新數據與基礎數據的合并

僅提供變化的信息的更新機制要求生成的航標更新數據在使用時與原始數據進行合并，合并時，可能存在多個用戶，可以從父版本那里獲得不同的更新版數據，合并的信息流程如圖2所示，除用戶1和用戶2可以不進行連續數據的疊加之外，其他任何時刻需要使用最新數據時，必須進行所有的更新數據的依次疊加。更新數據生成的流程如圖3所示。更新數據必須完成更新數據檢查、發布、并入初始空間等過程。更新數據的一般處理過程如圖4所示，更新的過程分為定義(寫)更新數據和更新數據并入初始空間。

（3）更新數據的邏輯合并

航標更新數據一般依更新次數以后綴為001，002，003的文件連續記錄。合并時，這些版本的數據從001，002，一直到00n必須也是連續進行更新操作的，合并時缺一不可。即無論用戶想使用其中的任何一個時段的更新信息，必須同時調入該記錄以前的所有更新信息。這種更新過程，本項目稱之為更新數據的邏輯合并過程。(見圖1， ，圖5)。在圖5中，每一個更新顯示均為邏輯合并的顯示結果。

在邏輯合并過程中，歷史數據的保留表現為原始數據和每一個更新記錄文件。邏輯合并并不改變原始空間數據的物理記錄，也不對任何兩個更新記錄文件進行物理合并。

這種合并的優點是：更新數據的數據量小，便于迅速傳輸；用戶接受數據簡單易行，操作簡便；可由系統自動完成數據的更新操作。對用戶的要求降低，便于普及；便于保存、查閱歷史數據。

（4） 更新數據的物理合并

邏輯合并只能針對一定的時段進行。當被更新的數據積累到一定的數量時，必須進行更新數據的物理合并。這時，把所有的更新數據文件進行物理合并，生成新版本的初始空間數據000文件。000文件是多個更新文件的物理合并而成(見圖4，圖5)。在圖5中，所有的更新記錄文件進行物理合并，生成了新版本的電子航道圖。

3、航標更新數據發布

航標更新數據制作完成后，應通過合適的渠道發送到用戶手中以進行航標數據更新，指導船舶航行。目前，可以通過網站下載和購買更新媒體兩種方式獲取更新文件。為了實現更新下載的目的，應建立專門獨立的更新網站，由更新數據管理部門相關人員及時將航標更新文件通過網站服務器或FTP服務器上傳至更新網站，船端用戶通過有線（靠岸）或無線（航行）登陸網站，通過一定的安全認證后可以直接下載更新文件到本地，再導入電子航道圖顯示終端設備進行更新即可得到最新的電子航道圖，通過無線方式登陸網站下載的方式時效性最強，可以及時獲取航標異動的信息，有線或購買更新媒體會有一段時間的延時，當長江航道中河床變化不大時可以采用，但河段演變頻繁時會使電子航道圖實效性較差，因此推薦使用無線連網及時下載進行航標數據更新的模式。

4、長江航道航標數據擴展及符號化顯示

CARIS GIS/HOM和HPD是專業的電子海圖制作軟件，可以制作生成符合IHO S-57標準的電子海圖數據文件(包括基礎數據集合更新數據集)，但是長江電子航道圖的地物要素以及要素的符號化表達與電子海圖存在一定的差異，最主要的區別是大量航道圖需要的地物習慣上采用《水運工程測量規范》中圖式符號，IHO S-57規范對此沒有相應規定，比如內河航標等。這些數據的編輯需要專門開發“電子航道圖航標數據更新系統”長江航道擴展模塊，完成更新數據的編輯。更新系統支持IHO S-57物標類與物標屬性、IHO S-52符號的擴展。長江航道航標擴展后，使之能夠存儲在標準的IHO S-57文件中，能夠被按IHO S-52標準制作的顯示軟件表達（要求電子航道圖瀏覽器支持擴展對象的處理）。

（作者單位：長江航道局）