東江電子航道圖制作關鍵技術研究

彭力雄，黃小苑，盧秉武

（廣東海事局海測大隊，廣東廣州 510320）

一、引 言

東江是廣東省重要的四大水系之一，發源于江西省尋鄔縣，自東北向西南流入廣東省境，經河源、博羅、東莞等注入獅子洋，干流全長562 km。東江流域水網密布、海河直達，主要在東江河下游區域，主要通航水道18條，轄區通航里程651 km，岸線1249 km。

東江流域地理信息和航行保障資料奇缺，伴隨著內河港口建設、水利設施和橋梁建設、電纜架設，以及航道整治等工程的實施，涉及船舶航行安全的諸多條件都發生了巨大的變化，迫切需要一套反映現狀的內河航行保障資料。

在東江電子航道圖制作過程中，亟須解決一系列的問題，具體包括:航行基面的確定、因內河電子航道圖規范標準的缺乏而導致的內河特有要素編譯困難、地形岸線的現勢性及高低岸的選擇等問題。

二、航行基面的確定

與海圖采用的深度基準是理論最低潮面不同，內河深度基準采用航行基面，一般情況下是分段，并從海上向陸地逐級抬高。為了提高水位控制的準確性，可采用全線同一保證率法和高差內插法確定驗潮站控制范圍和航行基面與珠江基面的關系，并在多數河段內插一些臨時驗潮站，以提高水位控制的精度。整個測區共布設了23個驗潮站。驗潮站的航行基面按收集結果通過數學關系進行換算，根據1985國家高程基準與珠江基面關系推算航行基面，從而實現水深測量水位控制。按規范要求，航行基面采用同步推算時，取最低潮位時前后2～3 h進行內插推算。

三、內河電子航道圖要素的編譯

目前，內河電子航道圖沒有一個統一的制作標準，在一些歐美國家也僅是執行區域性ECDIS性能標準，國內則主要遵循《水運工程測量規范》（JTJ 203—2001）等行業標準，并同時參考IHO S-57電子海圖技術標準，特別是航標系統。沿海航標采用IALA A系統，內河航標與其相差甚遠，使得內河電子航道圖中航標及內河一些特有的航行要素在S-57物標類目找不到對應項，在一定程度上影響了內河電子航道圖的發展。東江電子航道圖制作過程中，在保證船舶不受設備及系統限制的前提下，盡可能基于 S-57標準，以適用于通用的 ECDIS及ECS，即對于內河特有的要素，S-57標準中沒有準確的物標與其對應的，采用最為接近的物標編碼。以航標為例，對航標采用相近功能要素編碼，以信息屬性補充說明，從而完好解決電子海圖向內河電子航道圖轉變的技術難題，具體見表1。

表1 內河航標與電子航道圖物標對應表

1.面狀要素的分層規則

建立電子航道圖的第一組（group 1）物標，即完整覆蓋地球表面的一組面狀物標。group 1中包括以下面狀區域:陸地、等深區、疏浚區、未測區、浮碼頭、躉船、浮船塢。除第一組之外的面狀物標按下面序號分層:① 街區、房屋；② 橋梁；③ 錨地；④ 航道；⑤ 碼頭；⑥ 河流、湖泊；⑦ 水域；⑧ 危險區。將這些不同物標進行分層是為了建立多層次的拓撲關系，因為可能發生重疊或交錯的拓撲面域必須建立在不同的層。

2.最小顯示比例尺SCAMIN的設置

最小顯示比例尺SCAMIN按要素的顯示效果而定，最大設編輯比例尺的4級。本次東江電子航道圖編輯比例尺為1∶8000，則對應的4級SCAMIN為1∶11 999、1∶17 999、1∶21 999 和 1∶29 999。用文件控制的SCAMIN為通用設置，但對一些特殊情況必須進行人工干預，可根據最小比例尺設置條件為判斷依據，為一些具有特殊屬性的物標單獨設置最小比例尺值。

3.水深分組

使用文件控制自動進行水深分組，如圖1所示。

圖1 水深分組控制文件

四、衛星影像內河岸線測制

按照常規方法實測全部岸線，不僅時間長、投入大，且測區內部分區域岸線地形復雜，實測人員難以到達，工作量大、效率低且危險。由于獲取周期短、覆蓋范圍廣，衛星遙感影像逐漸成為岸線地形更新中重要的資料來源。本項目所用遙感影像均為購買的WorldView衛星產品，拍攝時間為2010年10—12月，影像為預正射等級（ortho-ready standard），并且數據經過輻射校正、傳感器校正、幾何校正處理，雖未經過高程校正處理，但具有地圖投影，因此投影到每景影像的平均高程值可進行地形改正處理。校正后的影像如圖2所示。

圖2 校正后的衛星影像

五、精度分析

岸線成圖精度主要受外業測量誤差、GCP點位分布、衛星遙感影像分辨率等因素影響。

1.CORS外業數據采集精度

本次測量采用的是華測X90接收機CORS RTK模式進行的，儀器標稱水平精度為±（10 mm+1×10-6D），GDCORS理論精度為0.05 m，外業測量時設置數據采集水平限差為0.03 m。作業前，均在所測區域范圍內的已知控制點上進行了比對試驗，試驗結果中誤差在0.5 m之內，可滿足規范要求。

2.影像幾何校正精度

控制點殘差=圖上限差0.5 mm×成圖比例尺分母×影像地面分辨率。用于影像校正的部分控制點及殘差見表2，最大殘差為1.44 m，最小殘差為0.33 m，符合規范要求。

表2 校正控制點殘差 m

用于影像校正誤差統計檢查點共55個，最大較差為4.38 m，最小較差為0.20 m，影像校正中誤差為1.67 m，滿足規范要求（即圖上0.5 mm，實地2.5 m）的限差要求，見表3。

3.岸線識別精度

岸線的識別采用人工判讀，測區位于東莞市區，主要為堤壩、碼頭等人工岸線，較易確定位置。本次測試采用WordView-2遙感影像，地面分辨率可 達0.61 m，符合1∶5000比例尺成圖精度要求。

表3 檢查點誤差統計

4.成圖精度計算

參照《1∶5000、1∶10 000 地形圖航空攝影測量外業規范》（GB/T 13977—2012）要求:圖上地物點對野外控制點的平面位置中誤差，平地、丘陵地不超過0.50 mm，也就是實地位置2.5 m。將以上3方面精度按獨立誤差的聯合影響，計算圖上地物點對最近野外平面控制點的中誤差公式為

式中，m1為CORS外業數據中誤差；m2為影像圖校正中誤差；m3為岸線人工識別精度。綜合以上精度分析，說明采用GDCORS采集地面控制點，對高分辨率遙感影像進行校正后獲取的岸線成果，在平面精度上可以滿足成圖要求。

六、東江高低岸判別

內河與沿海岸線不同，沿海地區海岸線只受潮水的漲落影響，一般指高潮面與陸地的交界線，而內河岸線不受潮汐影響，但在枯水期與洪水期河道變化很大。內河河道岸線一般可分為高岸與低岸，低岸是枯水期河水水涯線，高岸一般為人工地物，如加固岸、堤岸等，也反映為洪水期的河水水涯線。由于連年干旱，水位持續處于低位，東江枯水期河道很淺。本次東江電子航道圖制作過程中，為反映河道實際情況，并滿足船舶航行安全需要，選取低岸作為岸線。如圖3所示。

七、利用Google Earth檢核地形岸線

結合Google Earth檢核衛星影像數據準確性，即將編輯地形岸線數據文件疊加顯示在Google Earth上，以檢核數據的準確程度。圖4中灰色的線要素為衛星影像來源的岸線數據，可知其與Google Earth疊加顯示是吻合的。

圖3 東江高低岸中采用低岸作為岸線

圖4 影像數據采集岸線與Google Earth疊加顯示效果

八、結束語

東江電子航道圖的制作，徹底改變了東江流域航行資料缺乏的落后局面，且廣泛應用于航行、運輸、管理部門引航、導航、水上交通管理及規劃設計、安全管理、事故調查、科研教學等多方面，填補了該區域航保資料的多項空白，為內河航運安全管理和導航的信息化提供了有力的技術支持和數據支持。應用于水上交通管控和應急指揮中心的船舶交通管理系統（VTS）、船舶自動識別系統（AIS）、視頻監控系統（CCTV）等現代海事管控系統，為海事監管指揮提供了有力的保障。

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