ArcGIS與Excel在電子航道圖數據檢測中的應用

張 琴 陶 霞 柳 宏

(長江宜昌航道局，湖北 宜昌 443002)

1 引言

交通運輸部長江航道管理局2011年12月22日在武漢宣布，貫通長江2687.8公里干線航道的長江電子航道圖研發成功，正式投入使用。自此，在長江上行船，如同在陸地上駕駛擁有導航系統的汽車，更加直觀、方便、快捷。所謂“電子航道圖”，就是由法定認可航道測量機構發布的、在內容、結構和格式上標準化了的數據庫。包含了為安全航行所必需的所有航道圖信息，專供電子航道圖顯示與信息系統使用的、還可能包含與紙質圖有關的，且對安全航行來說是必需的其他附加信息[1]。從電子航道圖的定義來看，電子航道圖一個最基本也是最重要的功能就是為船舶航行安全服務，圖載水深是電子航道圖指導航行最根本的依據，它的準確性、精確性直接影響其為船舶安全航行提供的服務的可靠性，因此在制作電子航道圖之前，對采集到的航道水深數據要進行嚴格的檢查，確保水深數據可靠。

《水運工程測量規范JTS 131-2012》規定，水深數據采集完以后要進行垂直于主測線進行斷面檢測，單波束檢查線長度不宜小于主測深線總長度的5%。因為檢測斷面上采集的水深點與測量水深數據點位不可能完全重合，因此常規檢查只能通過人工估計的方法逐點進。本文利用ArcGIS的空間分析工具，內插出檢測點上的水深數據值，然后用EXCEL進行對檢測值與測量水深值批量求差，有利于快速、直觀地對電子航道圖水深數據采集質量進行分析。

2 ArcGIS提取檢測點處水深值

2.1 IDW 插值

檢測點通常不會與測量水深數據位置重合，在進行常規人工檢查的時候，一般會采用兩種方法：1)當檢測點在位置上明顯靠近某一水深點時，就用檢測點與該水深點水深值進行比對;2)當檢測點與周圍多點距離遠近看起來無明顯差異時，就用檢測點與這幾個水深點的平均值進行比對。常規檢查的第一種方法實際上就是最近鄰點插值法，第二種方法實際上是一種平均值插值法，未考慮參與插值計算的水深點對待插值點影響力上的差別。本文利用ArcGIS進行水深數據檢測，也要利用到它的空間插值工具。

目前常用的空間插值方法有：距離倒數乘方法 克里金法克里金法、最小曲率法、多元回歸法、徑向基本函數法、謝別德法、三角網/線形插值法、自然鄰點插值法、最近鄰點插值法、移動平均法、局部多項式法等[2]，這些算法各有優缺點。綜合考慮水深數據分布特征，本文選擇采用距離倒數乘方法，Arc-GIS中的IDW插值工具正是對這一方法的實現。在檢測點位置處內插出測量水深值，用該水深值與檢測點水深值進行比對。

如圖1，ArcGIS中的IDW插值工具提供了方次、插值范圍搜尋半徑以及生成柵格單元大小等參數設置入口。其中方次參數“Power”控制著權系數如何隨著距離的增加而下降，對于一個較大的方次，較近的數據點被給定一個較高的權重份額，對于一個較小的方次，權重比較均勻地分配給各數據點[3];插值范圍搜尋半徑設置中給定了兩種條件，一種是以參與插值的點數為條件，一種是已給定圓半徑為條件。如果是給定圓半徑，則應該對比例尺要素予以考慮。

圖1 IDW插值

水深測量數據Data通過IDW插值后，會生成一個柵格Raster，如圖2，Raster每個單元的值代表的是該處的插值水深。

圖2 某河段水深數據點通過IDW工具得到的柵格圖

2.2 檢測點水深數據提取

要得到檢測點處的測量水深值，還需要基于Raster進行水深數據提取。ArcGIS空間分析中Extraction工具箱里提供的Extract Values to Points工具可以達到這一目的。

圖3 從柵格提取檢測點水深值

3 Excel進行結果分析

ArcGIS中利用IDW插值的方法提取到了各檢測點處測量水深值，將該結果導入在Excel表中。在Excel表格中，將同一檢測點處的水深測量值與檢測值進行批量求差，該求差結果有兩個作用：

1)對差值進行排序，將認定的超過限差的檢測點單獨提取出來，用區別于圖面水深數據的顏色掛入，這樣可以大大縮小數據檢查范圍，分析判斷檢測點與水深點產生過大差異的原因。

2)如圖4，通過圖表的方式可以很直觀的看出檢測數據差異分布情況，可作為數據質量報告的一個成果，這是常規的人工檢查所沒有的。

圖4 檢測點水深差值分布圖

4 結論

本文利用ArcGIS中的IDW插值工具和數據提取工具，得到各檢測點處的測量水深內插值，然后通過Excel進行批量計算，獲得各個檢測點處檢測水深與測量水深之間的差值，一方面可以提高數據檢測效率;另一方面，形成了一個檢測點水深差值分布圖，有利于對水深數據質量的檢測結果進行直觀分析。ArcGIS在電子航道圖水深數據檢測中的成功應用為后續在電子航道圖生產中更多的應用地理信息軟件提供了一個思路。

[1]JT/T 765-2009.長江電子航道圖制作規范[S].北京：人民交通出版社發行，2010

[2]傅調平，劉玉樹.一種曲面你和內插數字海圖水深插值算法的設計與實現[J].燕山大學學報，2005，29(4)：308-311

[3]ArcGISDesktop Help[Z]