長江電子航道圖系統(tǒng)下的可航水域動態(tài)計算數(shù)學模型及算法

施俊羽 馬志云

摘 要：在水運事業(yè)不斷發(fā)展的過程中，要求完善航道測繪技術支持，使航道測繪精準性得到提高。隨著測繪專業(yè)技術水平的提高，航道測試中使用的技術在持續(xù)更新。在長江航道測繪過程中使用大數(shù)據(jù)技術，從而使測試結果精準度得到提高，滿足多種環(huán)境需求，以少量設備實現(xiàn)測繪工作。因此，本文對此方面進行分析。

關鍵詞：長江航道;航道測繪;大數(shù)據(jù)技術

中圖分類號：U612.2 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）02-0150-02

傳統(tǒng)航道測繪工作大部分都是使用測深儀、全站儀等儀器進行作業(yè)，并且使用手工方式繪制圖紙，需要的儀器數(shù)量比較多，并且難度高，工藝復雜，無法對測繪結構精準性進行保證，工作進程慢。目前，在航道測繪過程中使用數(shù)字化測繪技術，能夠使工作效率得到進一步的提高，通過更多的精力和時間得到高精度測繪結果。作為航道管理基礎，能夠促進航道運輸行業(yè)的持續(xù)發(fā)展[1]。

1大數(shù)據(jù)的概念

大數(shù)據(jù)指的是無法在可承受時間范圍中使用常規(guī)軟件工具管理、捕捉、處理的數(shù)據(jù)集合，要通過全新處理模式才具備較強決策力、流程優(yōu)化能力、強決策力的高增長率、海量信息資產。

在長江航道測繪中使用大數(shù)據(jù)技術，數(shù)據(jù)收集為重點，數(shù)據(jù)通過形式方式包括非結構數(shù)據(jù)與結構數(shù)據(jù)，復雜非結構數(shù)據(jù)占據(jù)數(shù)量總量80%。要能夠精準地描述河床地形、水文、航標燈構成航道基本要素，并且使用大量圖片、文本、視頻等非結構化數(shù)據(jù)。基于傳統(tǒng)方式，水文數(shù)據(jù)是通過人工方式利用水尺測報，存在滯后性。河床地形是通過測繪人員測繪，航標要和河床地形數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、船舶航行特點進行設置。在未來智能化航道發(fā)展過程中，利用水文傳感網絡對水文數(shù)據(jù)進行收集，利用河床地形傳感網絡對河床地形數(shù)據(jù)進行收集。另外，創(chuàng)建大數(shù)據(jù)核心網絡，根據(jù)無線或者有線網絡使收集的傳感網絡數(shù)據(jù)上傳到大數(shù)據(jù)核心網絡中。對氣象部門、水利部門等信息進行整合，從而為智能航道的動態(tài)分析提供數(shù)據(jù)支持[2]。

將大數(shù)據(jù)應用到航道測繪過程中，能夠實現(xiàn)提高資料管理的效果和繪圖的精準度，并且使工作滿足計算機化的需求。比如，在航道測繪過程中使用大數(shù)據(jù)技術，能夠利用計算機圖紙實現(xiàn)后續(xù)設計、修改和修正，從而得到最佳的設計方案，使其成為工程施工依據(jù)。針對航道測繪來說，會產生大量野外數(shù)據(jù)和繪圖，全部數(shù)據(jù)資料都具備實用性，要對其開展可靠管理。和傳統(tǒng)測繪技術對比，使用大數(shù)據(jù)技術能夠利用數(shù)據(jù)庫方式對數(shù)據(jù)安全性和完整性進行保證，使外部因素對數(shù)據(jù)資料的影響降低。目前，航道工程大部分都是使用1：1200航測圖，但是因為時間跨度比較大，無法將現(xiàn)有航道地貌、標志物展現(xiàn)出來，提高了航道規(guī)劃和管理的難度。另外，大部分航道疏浚工程、護岸工程使用施工圖比為1：1000，和實際情況存在偏差，提高了工程難度。數(shù)據(jù)化測圖技術能夠使此問題得到解決，將原本1：2000航測圖通過全站儀全站補測、調整、修改，得到和實際情況相同的地形圖，對比例尺重新測定，實現(xiàn)數(shù)字化護理，得出1：1000地形圖，保存數(shù)據(jù)圖形，使其作為高精度地形圖，從而滿足工程建設的實際需求[3]。

2基于大數(shù)據(jù)的航道動態(tài)計算模型

2.1長江航運系統(tǒng)數(shù)據(jù)流分析

長江航運系統(tǒng)包括船舶交通管理系統(tǒng)、航標遙測遙控系統(tǒng)、船舶動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、水上應急系統(tǒng)、內河船舶導航系統(tǒng)等。目前航道系統(tǒng)已經創(chuàng)建了中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫，融合港口數(shù)據(jù)庫、船舶數(shù)據(jù)庫、航道通告數(shù)據(jù)庫、航線數(shù)據(jù)庫等，能夠創(chuàng)建大數(shù)據(jù)庫基礎架構，基于現(xiàn)有架構利用集中式數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，圖1為系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程。

2.2集中數(shù)據(jù)挖掘模型

單一數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫為數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)較為成熟的技術[4]，圖2為數(shù)據(jù)挖掘的體系結構。

2.2.1用戶界面和知識表示層

利用數(shù)據(jù)可視化技術和良好用戶界面能夠將挖掘結果展示出來，使系統(tǒng)實用性得到提高。目前可視化技術主要包括SOM網可視化技術、幾何學方法、平行坐標系技術等。在數(shù)字航道中，不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都能夠實現(xiàn)靜態(tài)、動態(tài)的可視化預測性報告，基于現(xiàn)有數(shù)字航道業(yè)務，形成深入且有價值的報告。

2.2.2知識評價和知識庫層

在對用戶呈現(xiàn)挖掘結果前，利用知識評價能夠將無用、冗余的挖掘結果進行去除，使系統(tǒng)可用性得到提高。數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)的知識模型通過評價后在知識庫中存儲使用，以此為數(shù)據(jù)挖掘提供統(tǒng)一定義和標準，使模型可重用性得到提高[5]。

2.2.3挖掘層

此層為系統(tǒng)核心，對不同類型模型提出不同實現(xiàn)算法。為了使系統(tǒng)可擴展性得到提高，大部分系統(tǒng)都使用組件技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘算法和管理。組件指的是應用系統(tǒng)中能夠明確辨認且具備功能構成模塊，便于在系統(tǒng)中使用。

2.2.4控制層

控制層在控制系統(tǒng)執(zhí)行流程中使用，對各功能部件關系與執(zhí)行順序進行協(xié)調，比如數(shù)據(jù)挖掘任務的解析，以任務解析結果對任務所涉及的數(shù)據(jù)進行判斷，分析要使用那種數(shù)據(jù)挖掘算法。利用數(shù)字航道系統(tǒng)對現(xiàn)有業(yè)務進行分析，構成執(zhí)行流程，及時發(fā)布通知，分析氣象、水位實時數(shù)據(jù)，根據(jù)業(yè)務流程使預測分析報告及時利用不同方式對負責人通知，以預測結果套用業(yè)務流程模板從而執(zhí)行流程。

2.2.5數(shù)據(jù)源層

為了使數(shù)據(jù)完整性與一致性得到提高，實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘前要在數(shù)據(jù)源中存儲數(shù)據(jù)清理并且集成，充分使用數(shù)據(jù)庫中匯總、查詢等數(shù)據(jù)處理功能，降低數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)開發(fā)的壓力，使系統(tǒng)效率得到提高。目前，數(shù)字航道各業(yè)務系統(tǒng)已經構成數(shù)據(jù)倉庫，將臟數(shù)據(jù)清洗掉，使結果對業(yè)務部門反饋，通過部門決定是否刪除此數(shù)據(jù)[6]。

2.3奧維地圖的使用

2.3.1對地形地貌考察

在對長江航道地形測繪過程中，通過奧維地圖衛(wèi)星影像能夠將沿線地勢情況表現(xiàn)出來，從而對待測區(qū)域地形地貌有直觀、清楚的認知，提前得到測量側重點和難點提供技術保證，對工程施工作業(yè)部署是非常有利的。針對因為路況地形不熟或者道路隱秘無法尋找通往沿岸待測區(qū)域，通過指路功能能夠在影像中畫處良好途徑，利用移動終端跟隨已經畫出的路徑，到待測區(qū)域快速導航。

2.3.2輔助成圖質檢

利用在奧維地圖中導入工程區(qū)，對影響和測圖路域區(qū)域，通過奧維地圖進行框定標記，使有框定存在區(qū)域的問題導出CAD格式，以此為外業(yè)測繪人員復查核實提供平面位置和直觀圖，提高成圖質量[7]。

2.3.3數(shù)據(jù)實時記錄

利用GPS導航功能實現(xiàn)實時定位，對現(xiàn)場測勘軌跡進行實時記錄，對通往不容易發(fā)現(xiàn)小路、測繪范圍、標志性地物的位置進行發(fā)現(xiàn)和標記。通過與云端同步對象，對比測圖和影像不同的標記，在云端中上傳，外業(yè)測繪人員利用移動端能夠對云端好友分享的內容進行實時查看并且下載，及時實現(xiàn)現(xiàn)場測繪，并且協(xié)同測繪，使成圖質量和工作效率得到提高。

2.4數(shù)據(jù)存儲和分析

因為數(shù)據(jù)量比較大，和航道主體相關的水位信息數(shù)據(jù)、航標信息數(shù)據(jù)、氣象信息數(shù)據(jù)等都升級到PB級別。傳統(tǒng)網絡存儲服務器屬于系統(tǒng)性能瓶頸，還是安全性、可靠性的重點。所以，智能航道要創(chuàng)建分布式航道數(shù)據(jù)庫，使巨量數(shù)據(jù)存儲需求得到滿足。另外，因為現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理能力瓶頸，要創(chuàng)建高效在線數(shù)據(jù)聯(lián)動處理平臺，使智能航道大數(shù)據(jù)處理從離線分析朝著在線分析進行轉變，使實時處理需求得到滿足[8]。

3結語

在長江航道測繪過程中使用數(shù)字化技術，能夠可靠保存數(shù)據(jù)資料，實現(xiàn)繪圖數(shù)字化處理，在調整、修改等方面更加方便，為航道的創(chuàng)建和管理提供依據(jù)。

參考文獻：

[1]伍莉，柯廣恒，夏志國.淺談奧維地圖軟件在長江航道測繪中的應用[J].中國水運.航道科技，2018（05）：56-59.

[2]彭妮燕，王潔茹.基于云計算的空間數(shù)據(jù)庫[J].數(shù)字技術與應用，2019，37（04）：76-77.

[3]廖陽，江媛媛.芻議無人機測量技術在長江航道中的應用[J].水電水利，2019，（04）：155-156.

[4]張宇，李運籌，文軍，等.奧維互動地圖在長江航道測繪中的應用分析[J].中國水運.航道科技，2020（01）：70-75.

[5]何小麗，熊榮軍，陳煒.無人機測量技術在長江航道中的應用研究[J].中國水運（下半月），2018，18（07）：206-207.

[6]劉飛.淺析基于GIS的測繪數(shù)據(jù)管理方法[J].建筑工程技術與設計，2018，（028）：177.

[7]周金輝，李偉林，周興.長江干線宜昌—黃石段航道水位變化分析研究[J].中國水運.航道科技，2019（06）：13-17.

[8]徐延華.測繪地理大數(shù)據(jù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應用研究[J].鄉(xiāng)村科技，2018（11）：127-128.