內河電子航道圖數據交換技術研究

馮新強

摘 要：基于內河電子航道圖相關標準與規范，開展數據交換技術研究，通過數據交換模型建立、基礎數據與過程數據分層、分類與編碼設計，在統一的數據處理平臺下實現數據交換過程，為內河電子航道圖數據組織、交換與應用提供有效的方法和手段，促進內河航道空間數據資源共享與信息交換。

關鍵詞：內河電子航道圖 數據交換

中圖分類號：U675.81 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0001-02

內河電子航道圖是利用計算機、地理信息等技術，依據相關標準規范，對航道要素信息進行整理、處理后按照一定生產流程制作而成的標準化數字地圖，包含豐富的助航標志、航道地形、渡口、碼頭、橋梁等臨過河建筑物及其它與航道管理、航運安全相關的數據內容。隨著我國現代化水運體系建設與內河水運發展的不斷躍進，內河電子航道圖已成為數字化、智能化航道建設必備的基礎性資源，在船舶通航、航運管理、安全監管、應急救援等應用中發揮著重要作用。

目前，內河電子航道圖存在數據標準不統一，數據格式多樣等問題，無法進行有效的數據交換以滿足信息共享平臺及應用系統的實際需求。該文試通過內河電子航道圖數據交換技術研究，為其數據組織、交換與應用提供有效的方法和手段，促進內河航道空間數據資源共享與信息交換。

1 數據交換技術綜述

我國主要內河，如長江、西江等，電子航道圖建設的實際情況是：部分GPS終端加載GIS范疇的航道圖，部分AIS終端加載電子海圖，港航管理部門業務系統使用的航道圖大部分屬于GIS圖，因此，存在數據標準不統一的問題，同時，由于應用需求不同，數據格式多樣，包括GIS矢量圖、測繪CAD圖、S-57格式電子海圖等，導致電子航道圖數據自成體系、互不兼容、無法實現數據交換和信息共享，難以保證電子航道圖系統的整體性和一致性。

內河電子航道圖數據交換基于國內外電子航道圖相關技術標準及內河電子航道圖空間和屬性數據要求，通過建立通用的數據交換模型并制定相應的交換規則，如分層、編碼等，根據不同的應用需求，實現測量、測繪數據、GIS數據、電子航道圖（IENC）數據之間的數據交換、轉換或融合。

2 數據交換模型

內河電子航道圖生產或制作以基礎數據為數據源，通過對基礎數據進行要素分層、分類和編碼，可以規范數據內容，保證數據交換過程中能夠按照規定整理、處理，形成內容豐富、使用靈活的過程數據（或稱作中間數據、交換數據），過程數據按照電子航道圖相關標準（IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG IENC等）進行組織，包括要素分層和編碼等。

基礎數據交換為過程數據通過數據映射規范進行，通過要素映射定義、屬性映射編碼規定，保證數據交換內容的正確性和完整性。過程數據通過內容完善、處理、檢驗，按相應的生產過程輸出為不同格式的應用數據，包括IHO S-57或IENC標準的電子航道圖數據（*.000格式），以及其他主流空間數據格式（如ArcGIS Shp格式等）。

數據交換在統一的數據交換平臺下，按空間和屬性數據交換標準規定和要求進行，交換流程如圖1所示。

3 數據分層、分類與編碼

3.1 基礎數據要素分層

為了有效解決航道基礎地理信息內業處理業務過程中，數據因分層混亂而導致處理、轉換困難等問題，對航道數據要素分層進行規范是非常必要的。

航道測量主要依據《水運工程測量規范》（JTS 131-2012），參照《基礎地理信息要素分類與代碼（GBT 13923-2006）》，將基礎數據要素分為測量控制點、水系及附屬設施、居民地及垣柵、交通及附屬設施、管線及附屬設施、境界與政區、地貌、植被與土質等8層。實際測量數據在相應的圖層上進行繪制，各層包括的主要要素如下：

（1）測量控制點層。

測量控制點層主要包括測量控制點、三角點、圖根點、GPS控制點等要素。

（2）水系及附屬設施層。

水系及附屬設施層主要包括河流、溝渠、堤岸、船閘、水閘、水壩、系泊設施等要素。

（3）居民地及垣柵層。

居民地及垣柵層主要包括房屋、建筑物、裝卸設備、傳送設備、氣象站、水文站、柵欄等要素。

（4）交通及附屬設施層。

交通及附屬設施層主要包括道路、橋梁、碼頭、航標、信號設施、渡口、導航線等要素。

（5）管線及附屬設施層。

管線及附屬設施層主要包括管線、電力、通信線纜、變電站等要素。

（6）境界與政區層。

境界與政區層包括地面地帶要素。

（7）地貌層。

地貌層主要包括地貌和土質、高程點、等深線、等深點、斜坡、陡石、人工地貌等要素。

（8）植被與土質層。

植被與土質層主要包括林地、草地、園圃等要素。

3.2 基礎數據要素分類與編碼

從內河電子航道圖生產與應用的角度出發，依據《水運工程測量規范》（JTS 131-2012），參照《基礎地理信息要素分類與代碼（GBT 13923-2006）》對地形要素的分類標準，將基礎數據要素類型按照從屬關系依次分為：大類、中類、小類、子類四級。

分類編碼采用六位十進制數字表示，分別為按照數字順序排列的大類、中類、小類、子類，編碼結構見圖2。

（1）左起第一位為大類碼；

（2）左起第二位為中類碼，在大類基礎上細分成的要素類；

（3）左起第三、四位為小類碼，在中類基礎上細分成的要素類；

（4）左起第五、六位為子類碼，在小類基礎上，結合實際應用需求細分成的要素類。

要素分類與編碼可根據實際應用情況進行擴充，擴充原則如下：

（1）要素的小類、子類應在同級的分類上進行擴充，擴充的小類、子類應歸于相應的中類及小類；

（2）對于屬于同一子類的不同實體對象（如名稱相同但幾何類形不同的實體），其編碼的擴充按照不同的子類進行對待，即沿用子類的擴充原則，在現有子類的基礎上進行依次擴充。

3.3 過程數據分層與編碼

參照IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG要素目錄，對過程數據要素進行分層，不同幾何形狀的同一要素按點、線、面作獨立的分層。參照IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG IENC要素編碼指南，對過程數據要素進行編碼。編碼樣例見表1。

參照IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG IENC要素編碼指南，確定屬性映射編碼、值域類型及內容。映射編碼樣例見表2。

4 數據交換平臺

數據交換在統一的數據交換平臺下進行，數據交換平臺的性能直接影響數據交換的效率和結果，因此，應當選擇高性能、高處理能力、自動化程度高的平臺軟件。目前，國內外先進、主流的空間數據處理平臺軟件包括ArcGIS和SuperMap。為使整個數據交換過程的能夠順利實現，數據交換平臺應滿足以下基本要求：

（1）支持常用空間數據格式的自動轉換；

（2）支持批量數據轉換；

（3）支持投影變換和坐標操作，支持“1954北京坐標系”、“1980西安坐標系”、“WGS84世界大地坐標系”、“2000國家大地坐標系”等通用或常用坐標系統；

（4）支持數據內容參數設置，包括比例尺、數據范圍、圖層及交換格式等；

（5）支持用戶通過映射文件定制轉換；

（6）可以通過腳本文件方式進行數據轉換；

（7）良好的格式擴展性，方便增加新格式；

（8）良好的事件處理和日志信息顯示。

通過配置或定制相應的數據處理環境，數據交換平臺實現如下功能：

（1）數據檢驗與導入處理。

數據檢驗內容包括物標編碼、物標屬性等，通過檢驗后按照基礎數據與S57物標類映射關系批量導入。

（2）數據管理、編輯與顯示。

數據管理、編輯與顯示環境實現數據的瀏覽、組織和管理功能，實現數據的加載、編輯、修改和更新等功能。

（3）數據校驗與校正。

通過預配置的S-58及空間校驗條件對添加的數據進行檢查，對不符合條件的數據內容，通過相應的工具進行數據的自動修改和校正。在要素關系方面，通過拓撲功能實現數據錯誤自動檢查功能。

（4）質量控制與審核。

數據質量檢查和可視化管理數據質量信息，包括要素數量、要素屬性、空間屬性、數據完整性、數據精度等。

（5）產品生成、維護與管理。

對內河電子航道圖內部版本、歷史版本、定制版本等進行管理和維護。

5 數據交換質量與問題處理

內河電子航道圖基礎數據應來源于具有國家、行業測繪資質的專業地圖數據公司或國家、行業測繪主管部門。在數據處理、組織、交換等各個環節，應嚴格遵照分層、分類、編碼規定，最大限度地保證地圖數據的幾何精度和屬性精度，保證數據內容信息最小化地丟失（損失）。數據交換后，應滿足以下質量要求：

（1）空間要素無丟失；

（2）空間要素位置無偏移；

（3）空間要素幾何精度符合要求；

（4）空間要素屬性內容完整無丟失；

（5）空間要素屬性內容真實無誤。

在基礎數據、過程數據組織與數據交換過程中，難免會因為數據操作失誤、數據內容錯誤等原因，造成數據交換質量不符合要求，數據交換質量問題產生的主要原因及處理方法如下：

（1）水工數據通常使用地方坐標系，地方坐標系需要保證坐標轉換參數精度，才能保證轉換后的結果正確。

（2）數據偏移導致的問題是由于原始數據缺少坐標系信息，同時也缺少投影轉換參數導致，電子航道圖數據默認使用WGS84投影坐標，參數投影轉換使用軟件的默認參數。

（3）未按圖層要求歸類物標要素，導致在制作電子航道圖數據時對真實世界的描述可能出現編碼錯誤，而多種不同種類對象放在一個圖層中，則導致需要大量的人工操作提取有效信息。應當按照標準要求組織數據內容。

（4）屬性丟失導致在制作電子航道圖數據時對某些特征物標編碼出現錯誤，而缺失的屬性字段在進行數據檢查時會被檢查出錯誤信息。必須保證必填屬性的內容完整、正確。

6 結語

內河電子航道圖數據交換技術在統一的數據交換平臺下導入源數據，按照相關標準及數據交換模型組織數據內容、分層與編碼，形成過程數據，經過整理、完善、優化、檢驗后，可交換為共享數據或生產輸出為多種格式的應用數據，對內河電子航道圖基礎測量（測繪）數據處理、數據內容規范、數據交換與應用等具有較高的實用價值。

參考文獻

[1] IHO S-57.國際海道測量組織水道測量數據交換標準[S].

[2] 大連海事大學，長江航務管理局，長江航道局.長江電子航道圖制作規范[S].2009.