劉思航　李曉雨　周冠男　袁淵　楊保岑

摘要：近年來，電子航道圖在內(nèi)河航運(yùn)中開始廣泛運(yùn)用。本文通過對(duì)制作規(guī)范的深入研究，結(jié)合電子航道圖數(shù)據(jù)預(yù)處理實(shí)踐，研究了數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件改進(jìn)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換入庫的技術(shù)方法，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了分析。實(shí)踐證明，這些技術(shù)方法可有效提高數(shù)據(jù)預(yù)處理效率，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)江電子航道圖；數(shù)據(jù)預(yù)處理；CJ-57；S-57；物標(biāo)

中圖分類號(hào)：U612.26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2016）06-0030-02

目前，我國(guó)正在大力開展內(nèi)河航運(yùn)信息化建設(shè)，并以數(shù)字航道、智能航運(yùn)為信息化建設(shè)的階段性目標(biāo)。內(nèi)河電子航道圖是數(shù)字航道的核心部分，給船舶行駛及航道管理提供了極大的便利，也為長(zhǎng)江航運(yùn)和航道維護(hù)管理帶來了革新。近年來，長(zhǎng)江航道采用ArcGIS平臺(tái)Nautical解決方案研發(fā)了長(zhǎng)江電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)滿足《國(guó)際海道測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱S-57）和《長(zhǎng)江電子航道圖制作規(guī)范》（JT/T 765）第2部分（以下簡(jiǎn)稱CJ-57）標(biāo)準(zhǔn)的電子航道圖的生產(chǎn)。

這種全新的生產(chǎn)模式實(shí)現(xiàn)了全鏈條的基于數(shù)據(jù)庫的電子航道圖生產(chǎn)技術(shù)，能較好地適應(yīng)長(zhǎng)江航道頻繁變化的實(shí)際情況，同時(shí)也對(duì)導(dǎo)入電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)的預(yù)處理數(shù)據(jù)提出了更高的要求。筆者結(jié)合長(zhǎng)江電子航道圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)工作，研究電子航道圖數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)。

1.電子航道圖數(shù)據(jù)預(yù)處理規(guī)范制定

根據(jù)長(zhǎng)江電子航道圖建設(shè)的總體要求和方案，參照現(xiàn)有S-57、CJ-57、《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》（JTS 131-2012）、《內(nèi)河助航標(biāo)志》（GB5863-93）等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合生產(chǎn)工作實(shí)際情況，研究制定《長(zhǎng)江電子航道圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)預(yù)處理規(guī)范》。

該規(guī)范依據(jù)數(shù)據(jù)處理方法和更新頻率，將預(yù)處理數(shù)據(jù)分為三個(gè)部分：水深數(shù)據(jù)、航標(biāo)數(shù)據(jù)及其它數(shù)據(jù)。其中，水深數(shù)據(jù)以文本格式存儲(chǔ)，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)入電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)；航標(biāo)數(shù)據(jù)從航標(biāo)信息管理系統(tǒng)導(dǎo)出，通過建立屬性字段的映射關(guān)系，借助轉(zhuǎn)換工具導(dǎo)人電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)，并在此過程中實(shí)現(xiàn)物標(biāo)拆分和屬性賦值；其它數(shù)據(jù)即除水深和航標(biāo)以外的其它制圖數(shù)據(jù)，由于包含多種制圖要素，幾何類型和屬性信息相對(duì)復(fù)雜，預(yù)處理過程中需解決以下三個(gè)方面的問題。

1.1制圖要素與物標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立

制圖數(shù)據(jù)和CJ-57標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)都是對(duì)與水文相關(guān)的地理實(shí)體進(jìn)行的不同目的、不同程度的抽象，這使得在建立對(duì)應(yīng)關(guān)系的過程中，存在地理物標(biāo)對(duì)應(yīng)的復(fù)雜性和多樣性。通過深入研究CJ-57物標(biāo)、物標(biāo)幾何圖元及屬性，充分考慮內(nèi)河水域相關(guān)特點(diǎn)，通過分類對(duì)比、聚類分析、歸屬合并等方法，建立了制圖要素與物標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表。部分示例見表1：

對(duì)應(yīng)關(guān)系建立過程中，充分考慮了測(cè)量人員的使用習(xí)慣，不改變其編碼和幾何類型，但由于CJ-57規(guī)定的部分物標(biāo)在內(nèi)河航道測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)中并未規(guī)定，因此沒有相應(yīng)的制圖要素（包括編碼和幾何類型）存在，則需添加此類要素。另外，當(dāng)制圖要素幾何類型和物標(biāo)幾何圖元不一致時(shí)，不改變制圖要素幾何類型，通過物標(biāo)制作技術(shù)，借助轉(zhuǎn)換工具實(shí)現(xiàn)幾何形狀變化后導(dǎo)入電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)。其它物標(biāo)，如LNDARE（陸地區(qū)）、DEPARE（深度范圍）等，在電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)中通過二次開發(fā)直接進(jìn)行處理。

1.2制圖要素屬性設(shè)計(jì)

制圖數(shù)據(jù)側(cè)重于圖形的出版效果，較少甚至不考慮要素的屬性，而物標(biāo)對(duì)其屬性的依賴性決定了其屬性的重要程度，在預(yù)處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換入庫過程中，屬性轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性和完備性是轉(zhuǎn)換質(zhì)量的重要衡量指標(biāo)之一，為了提高轉(zhuǎn)換質(zhì)量，依據(jù)CJ-57物標(biāo)類的相關(guān)屬性集來設(shè)定制圖要素屬性表的必填字段及選填字段，物標(biāo)必備屬性對(duì)應(yīng)制圖要素的必填字段，物標(biāo)可選屬性是否作為字段或者作為必填字段由具體應(yīng)用決定。部分示例見表2：

2.電子航道圖數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件改進(jìn)與開發(fā)

依據(jù)制定的《長(zhǎng)江電子航道圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)預(yù)處理規(guī)范》，在清華山維平臺(tái)已有的分層分類、編碼規(guī)定、符號(hào)制圖的功能基礎(chǔ)上，主要針對(duì)擴(kuò)展屬性設(shè)計(jì)、輔助工具開發(fā)、質(zhì)量檢查等方面進(jìn)行改進(jìn)和開發(fā)。

2.1擴(kuò)展屬性設(shè)計(jì)

清華山維平臺(tái)提供了屬性編輯功能，可以將要素屬性以表記錄的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫表中。依據(jù)預(yù)處理規(guī)范，對(duì)要素屬性表進(jìn)行設(shè)計(jì)，為方便對(duì)應(yīng)，采用要素編碼與屬性表掛接的方式，并以物標(biāo)名稱作為表名；為避免必備屬性值漏填，在必備屬性字段名稱前添加了“*”作為提示。另外，CJ-57中規(guī)定了枚舉型（E）和列表型（L）屬性字段的期望輸入值及相應(yīng)的標(biāo)識(shí)號(hào)，依據(jù)這一規(guī)定，設(shè)置屬性字段的碼域，錄入時(shí)直接選擇相應(yīng)的類型，提高工作效率。以UWTROC（暗礁/適淹礁）及對(duì)應(yīng)要素為例，其要素屬性修改界面見圖1。

2.2輔助工具開發(fā)

清華山維平臺(tái)提供了腳本語言以支持?jǐn)?shù)據(jù)處理功能擴(kuò)展，其腳本語言遵循VBScript和JScript語言標(biāo)準(zhǔn)，支持用戶二次開發(fā)，使用者可根據(jù)集成命令、語言規(guī)則、函數(shù)等方便快捷實(shí)現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)檢查等應(yīng)用。

電子航道圖數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中有一部分重復(fù)性的工作，且處理過程具有嚴(yán)格的邏輯規(guī)律，可以通過腳本工具來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化地批量數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)以注記數(shù)據(jù)為例說明腳本設(shè)計(jì)思路，如圖2：

實(shí)現(xiàn)過程為，在清華山維平臺(tái)中進(jìn)行框選，只要框選范圍內(nèi)包含要轉(zhuǎn)換的注記即可，運(yùn)行腳本，在彈出對(duì)話框中填入待轉(zhuǎn)換注記的注記分類碼，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

2.3質(zhì)量檢查

為保證預(yù)處理數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確的導(dǎo)入電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)，控制預(yù)處理數(shù)據(jù)的質(zhì)量是電子航道圖數(shù)據(jù)預(yù)處理工作的關(guān)鍵任務(wù)之一。本項(xiàng)目開發(fā)了一些腳本工具和第三方檢查軟件，用于輔助人工檢查。主要檢查內(nèi)容包括：①要素有無遺漏；②要素編碼檢查，主要是檢查要素編碼選用是否正確；③要素屬性檢查，主要是檢查屬性值填寫是否完整、是否有相互矛盾和沖突的屬性值等；④水深的基本檢查，主要是檢查水深點(diǎn)和等深線之間的關(guān)系；⑤要素繪制檢查，主要是檢查數(shù)據(jù)邏輯錯(cuò)誤，如線自相交、懸掛線等。

3.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換入庫

數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理和質(zhì)量檢查后導(dǎo)人電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)而進(jìn)行源數(shù)據(jù)編輯和產(chǎn)品生產(chǎn)。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換入庫過程中要完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、物標(biāo)匹配、屬性賦值、部分要素幾何形狀變化處理等。

3.1格式轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)屬性和圖形的完全轉(zhuǎn)換，本文采用此方式將經(jīng)過預(yù)處理和質(zhì)量檢查的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成SHP格式后導(dǎo)入電子航道圖生產(chǎn)編輯系統(tǒng)。

導(dǎo)人過程中，還需要解決坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題，即由1954年北京坐標(biāo)系（BJ54）轉(zhuǎn)換為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系（cGCS2000）。兩個(gè)坐標(biāo)系屬于不同的空間基準(zhǔn)，包括坐標(biāo)系的平移、旋轉(zhuǎn)以及尺度因子，為保證精度，采用布爾莎（Bursa-Wolf）七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

實(shí)際生產(chǎn)中均勻選取全線21個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行精度驗(yàn)證，通過統(tǒng)計(jì)，控制點(diǎn)水平方向偏移量范圍為-0.0009-0.0558m，垂直方向偏移量范圍為0.0018-0.0408m，在允許誤差范圍內(nèi)。

3.2知識(shí)庫建立

知識(shí)庫的建立可提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的自動(dòng)化程度，減少物標(biāo)匹配、屬性賦值、要素幾何處理等人機(jī)交互的工作量。知識(shí)庫依據(jù)預(yù)處理規(guī)范建立，采用ER模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括3張關(guān)系表：①制圖要素編碼與要素類、子類數(shù)據(jù)模型將CJ-57物標(biāo)以子類的形式進(jìn)行組織，用于ENC的高效生產(chǎn)和便捷管理）、子類代碼對(duì)應(yīng)關(guān)系表；②物標(biāo)屬性提取規(guī)則表；③要素幾何形狀變化規(guī)則表。目前，通過知識(shí)庫的建立和轉(zhuǎn)換工具的應(yīng)用，已實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)入庫，可有效提高數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率。

4.結(jié)語

長(zhǎng)江電子航道圖數(shù)據(jù)預(yù)處理工作是電子航道圖生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，本文研究了電子航道圖數(shù)據(jù)預(yù)處理工作的若干關(guān)鍵技術(shù)方法，重點(diǎn)研究了規(guī)范制定、軟件改進(jìn)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換入庫三個(gè)過程中的難點(diǎn)問題和解決方法，對(duì)電子航道圖數(shù)據(jù)預(yù)處理工作有實(shí)際意義。經(jīng)三年的實(shí)踐檢驗(yàn)表明，本文研究成果可顯示簡(jiǎn)化電子航道圖數(shù)據(jù)預(yù)處理中的人工操作工作量，提高數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率。