全集水網數據集更新方法研究

高宏宇

（遼寧省自然資源事務服務中心-遼寧省基礎測繪院，遼寧 錦州 121003）

0.引言

第一次全國地理國情普查數據庫中水系數據采集了河流結構線、高水界等，水系數據的屬性數據中同時包含了1∶50000基礎地理信息數據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體對象碼建立了水網數據層。由于地理國情普查數據大部分為1∶10000尺度，水利普查數據在1∶50000基礎地理信息數據庫的基礎上采集而成，兩者在要素詳細程度上有差異。因此以水利普查的代碼為實體對象碼建立的水網數據層，涉及的水系要素僅為總數的十分之一[1]。

由于目前尚無河流實體編碼國家標準或行業標準，有關項目標準或技術規定也未定義五級以下河流實體代碼或構網的規則，余下90%左右的水系要素由于缺乏系統性的河流實體編碼，加上平原地區水網資料尚不完善、河流等級與匯流關系不一致等問題，因此第一次全國地理國情普查無法對這些大量河流小支流進行構網。為形成一套完善的水網數據，支撐水資源管理、空間規劃以及環境保護等對完整水系網絡數據的應用需求，需要對全部水系數據進行構網，形成全集水網數據集。

1.水網數據基本情況

自1996年起，全國水網數據在此20年間進行了多次更新和完善。1996年，基于1∶1000000數據庫，將水網數據中的水系劃分出1-5級。1998年，1∶250000數據庫建成，水網數據繼承了1-5級水系，劃分了流域。2008年，1∶50000數據庫建成，繼承了1-5級水系。2011年，1∶50000數據庫更新，水系繼續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級水系，并初步構網。2016年，開展了第一次全國地理國情普查，普查對象為我國陸地國土范圍內的地表自然和人文地理要素，內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，包括與人類活動密切相關的交通網絡、居民地與設施、地理單元等的類別、位置、范圍等，掌握其空間分布現狀。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、構成及空間分布。在此基礎上水網數據繼承歷史，數據尺度達到1∶10000。自2017年起，計劃逐年開展地理國情水網優化，并于2016年第一次構建了全集水網數據集。

全國集水區單元數據集，以大約50平方公里為尺度，將全國劃分為41048個集水區單元，大約每個縣11個，對每一集水區單元編制唯一代碼。河流實體化任務下，完成全國河流實體化數據集，形成河流、水渠實體3330731條；為每一實體編制唯一代碼；將全國300多萬條河流劃分為9級。在確定等級時，注意了保持各等級河網形態，保證匯流關系的正確，不出現高等級河流匯入低等級河流現象。全國水網數據集的構建是全國所有300多萬條河流、水渠共同構建。可方便地轉化為各種網絡數據模型，可用于網絡空間分析。全國湖泊庫塘數據集對湖泊、水庫、坑塘編制唯一代碼。河流流經的湖泊、水庫、坑塘與對應河流關聯，生成523558個關聯點。完成了全國河流附屬設施數據集，影響水流附屬設施都采集到了河流結構線上，為網絡分析服務。

2.數據集技術要求

2019年全集水網數據集的更新是在地理國情普查成果數據的基礎上，采用原國家測繪地理信息局組織完成的2016年地理國情監測數據成果中的水系數據集為本底更新[2]。對涉及到的要素進行數據處理，經過集水區生成、河渠水系全集構網、湖泊水庫坑塘實體化、河渠與湖庫的關聯等處理，形成的覆蓋全部水系要素的水網數據集。

2.1 數學基礎

大地基準：采用2000國家大地坐標系（CGCS2000）；

高程基準：1985國家高程基準，高程系統為正常高，高程坐標單位為“米”；

地圖投影：地圖投影采用地理坐標，用經緯度表示；

數據尺度和精度：坐標值以“度”為單位，用雙精度浮點數表示，至少保留9位小數。

2.2 精度指標

平面精度與高程精度：與國情監測成果一致；

數據容差：存儲拓撲容差0.01米（0.00000008983153度），數據采集點距應大于0.2米；

數據現勢性：數據總體現勢性為2019年6月30日。

2.3 數據集結構

數據集更新涉及到相關圖層（如表1所示）：

表1 更新圖層說明

2.4 更新技術路線

2019年全集水網數據集的更新主要是將2017年和2018年面狀、線狀以及點狀變化的水系內容并入本底水網數據中，包括新增和修改[3]。更新時注意新增河渠保證數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。技術路線圖（如圖1所示）：

圖1 技術路線圖

3.更新方法

3.1 數據準備

（1）2016年，在原國家測繪地理信息局的統一安排下，國家基礎地理信息中心組織進行了水網數據優化處理，形成了全國全集水網數據集CHydDataset。本次水網數據集制作的本底數據就采用了2016年生產的全集水網數據集CHydDataset；

（2）2017年基礎性地理國情監測時更新的水系相關圖層和監測影像；

（3）2018年基礎性地理國情監測時更新的水系相關圖層和監測影像。

3.2 屬性結構更新

檢查CHydDataset數據集中的各層數據，如果沒有ChangeType和ChangeAtt屬性項，按照《基礎性地理國情監測數據技術規定》（GQJC01-2019）5.1.1.5節對地理國情要素變化信息通用屬性項的要求，增加相應的屬性項。

3.3 數據更新

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

3.3.2 根據上述 2017年、2018年本底數據中V_HYDL和V_HYDA層中修改過的水體要素，對CV_HYDL和CV_HYDA中相應要素進行更新。其中，變化類型為1的（圖形伸縮），需要將CV_HYDL中相對應的圖形參照UV_HYDL更新線劃；變化類型為-1的（更新時打斷），需要參照UV_HYDL將對應的CV_HYDL圖形做打斷處理，屬性項保持不變。

3.3.3 標記為滅失的要素（變化類型為3的），更新時對圖形做物理刪除處理，同時注意是否在CT_HYER中應不再有該代碼，以及其他數據層中關聯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中本底數據所反映的實體構成未變化，在更新圖形后，其編碼應保持不變，名稱及其他屬性若有變化，應進行更新。對上述更新涉及到的要素，進行水網更新處理，使其與本底數據CV_HYDL和CV_HYDA中已有要素合理銜接，形成完整的水網體系。

3.3.5 若面狀水體的高水界發生明顯變化（扣除套合差超出10米以上的），應依據2019年監測影像對CV_HYDA層數據更新，并聯動更新CV_HYDL層的河渠結構線，同時按照變化信息記錄要求，在數據層的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、河流實體確定（名稱的確定）、河流等級劃分、河流名稱編碼。

（2）河流要素流向的確定

確定河流的流向時需參照以下依據，主要包括：依據數據、資料、野外調繪，核查流向字段；依據拓撲關系推斷；依據影像推斷（沙洲形態等）；有DEM依據匯點檢查推斷。

（3）河流實體確定

河流有具體的名稱則可被視為該名稱下的一個實體，無名河流依據唯長唯遠的原則，從最遠端到匯入其他河流實體的部分視為一個實體，一組無名河流可按主流支流的順序確定河流實體。確定的同時參考自然、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，上游支流與主流構成一個實體，例如：珠江三源；溯源情況，按選取原則選擇源頭，構成實體。主干河流每一段名稱不同，整個作為一個實體，選擇一個主要名稱作為整條河流名稱，其他名稱作為不同實體。

（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據有名稱時以其為主，水利普查數據無名稱時按地理國情監測數據、1∶1000000河流數據、其他資料的順序確定，所有資料均無名稱時，使用編寫的河流名稱代碼代替。

（5）平原水網密集的水渠處理

按照名稱實體化，無名稱的按形態選取主要水渠實體化出形態骨架，連通困難的小水渠的可直接實體化。實體化順序為由主流到支流；實體化修改時河流名稱代碼表聯動修改；調水工程等立交河流線劃不打斷。

（6）河流等級劃分

1至5級河流：按照1∶1000000地形數據庫中全國河流名稱代碼規定確定；

6級河流：每一集水區單元的主要河流應被定義為6級以上河流，主要河流可參照流域名稱選取實體，原則上一個集水區單元內只選取一條6級以上河；

7級河流：集水區單元內除主要河流外，適當選取5000米以上主要支流河流定義為7級河流，選取應選擇主要支流，并保證能正確反映河網形態；

8級河流：集水區單元內適當選取7級以外1000米以上河流定義為8級；

9級河流：1至8級未選取河流均歸入九級河流。

在確定等級的同時，應注意保持各等級河網形態，還要保證匯流關系正確，一般情況下不能出現高等級河流匯入低等級河流現象。

（7）湖庫坑塘的更新注意事項

湖泊、水庫、坑塘實體確定依據數據與指定資料；水庫必須來自于水利普查數據中的97975個；湖泊必須包含水利普查的3000多湖泊；

湖泊、水庫、坑塘的分級按照如下標準：

1-4級參照《中國主要山脈水系資料圖》（1∶3000000，1983）；

第5級為1∶250000地形數據庫中有編碼且不是1-4級的湖泊、庫塘；

第6級為其他大于1km2的湖泊、庫塘（前期已采集，需檢查）；

其余數據均劃分為第7級；

湖泊、水庫、坑塘與河流相交時，在CV_HYBP層生成一個河流上的點。

（8）障礙點與關聯點

障礙點：將大壩、水閘、水電站、泵站的要素位置調整到河流結構線上，用定位點記錄于SFCP層，生產不要求打斷河段，構網建庫運算時再打斷。

關聯點：與河流關聯的湖泊生成一個點寫入。

3.4 數據正確性核查

數據成果質量至關重要，針對本產品質量不但要加強過程質量控制，更重要的是對成果進行全面檢查，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構線數字化方向一致。

（2）河渠圖形連通性檢查：利用水網分析查找不能構網的孤立水系，對于具有匯流關系的河流由于只采集到面狀水體岸線處未實現與聯通河流結構線相接的情況，應補充采集使其交匯到上級河流的結構線上；入海、入湖的河流和人工水系結構線應采集到或采集過岸線。

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

檢查內容包括：（1）構成該實體的幾何要素是否完整或多余；（2）各項編碼是否符合編碼規則；（3）實體名稱是否正確；要素關聯關系正確性檢查。

4.結束語

基于2017年、2018年基礎性地理國情監測數據成果，提取自2016年以來新增和變化的水系要素，針對不同變化類型采用相應的更新方式，對2016年全集水網數據集進行更新。再對更新成果的各項正確性進行必要的核查，最終得到詳實、準確、現勢性好的水網數據，進一步優化了全省水系網絡。為今后開展水資源管理，自然資源調查監測管理等提供基礎數據服務。