面向流程的電子航道圖制作研究

摘 要：本文基于筆者從事電子航道圖制作的相關工作經驗，以面向流程的電子航道圖制作為研究對象，論文首先分析了長江電子航道圖制作的機制，進而詳細探討了制作流程中涉及的關鍵技術解決途徑，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：電子航道圖 制作 技術 長江

中圖分類號：U612 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0033-02

長江數字航道建設是長江黃金航道建設的重要組成部分，長江電子航道圖是數字航道的核心，也是長江航運信息化建設的基礎。因此，建設高效、便捷和功能全面的長江電子航道圖生產和服務系統勢在必行。

目前，世界范圍內的電子海圖技術日益成熟，為長江電子航道圖生產提供了有益借鑒，但長江電子航道圖生產有別于其他任何區域的生產模式，主要體現在數據源的多樣性及長江地域特征明顯方面。

本文結合長江內河數據源特點，提出基于國際標準的長江電子航道圖制作機制，解決上述關鍵問題。

1 長江電子航道圖制作機制

長江電子航道圖制作機制概括為：數據采集，數據處理及航道圖編輯，航道圖審核及航道圖發布，航道圖應用。

1.1 數據采集

采集的數據包括水域測量資料和陸域測量資料。水域測量資料主要包括航標類、礙航物類（所有水面、水下礙航物數據）、平面控制點類、高程控制點類（所有航道、禁航區、限航區、錨泊區等）、特定性質區域、水深點及其他。陸域資料主要包括兩類：一是平面資料，主要指堤線、岸線及岸線一定范圍內的城鎮、村莊、代表建筑物等資料；岸線一定范圍內的鐵路、主要公路、河道資料；各河口岸線周邊資料等；二是屬性資料，主要指碼頭的相關屬性、跨河建筑物的相關屬性、沿江主要港航單位名稱駐地、岸線一定范圍內起伏較大區域（如山區）的主要高程資料等。

1.2 數據處理

（1）CAD數據源形成長江電子航道圖一次性數據描述數據源的基礎，其處理過程包括數字化定義、數據轉換以及數據質量檢查等。（2）長江特有專題數據源以EXCEL表格形式提供，形成電子航道圖一次性數據描述專題數據源的基礎。專題數據處理需完成下列工作：規范專題數據源格式，以實現多源孤立數據的集成。建立專題物標與S-57物標的對應關系。定制數據轉換模型，實現專題物標向S-57轉換。專題物標入庫及其成圖檢測。（3）水深處理包括水深替換、水深點篩選以及淺點選擇等。（4）等深線以及等深區修改數據是航道空間數據的重要組成部分，是水深區域的重要邊界依據。等深線的設置依賴水深點，水深點一旦變化，必須重新勾畫計算等深線。

1.3 數據編輯

電子航道圖的編輯是實施航道圖數據維護的根本，其核心工作是按照S-57物標分類以及屬性定義對電子航道圖進行人機交互式編輯，并對改正信息進行有效存儲，為生成國際標準的電子航道圖基礎記錄集（EN文件）以及改正記錄集（ER文件）提供數據源，并最終實現應用平臺的電子航道圖數據的有效更新。

1.4 數據質檢

對編輯完成的電子航道圖數據進行IHOS-58標準的符合性檢驗，包括檢查數據的完整性、規范性和標準性。即檢查數據是否符合S-57產品規范，是否符合S-57物標幾何規范，是否符合S-57物標特征規范，是否符合S-57物標幾何冗余，是否符合S-57物標空間冗余等。

2 長江電子航道圖制作技術

2.1 基于S-57國際標準的空間數據組織技術

IHOS-57國際標準描述了各國航道測量部門之間用于數字化航道測量數據交換及向航海人員、ECDIS生產商發布該類數據的標準，定義了嚴格的數據結構以及相應的數據規范，如圖1所示。

長江電子航道圖生產采用S-57數據模型，需解決下列數據組織問題。

（1）空間信息與物標信息分離。（2）最大限度上控制數據存儲的冗余度。（3）最大限度上確保電子航道圖數據的完整性。（4）最大限度上確保電子航道圖數據更新管理功能的友好實施。

2.2 電子航道圖生成技術

2.2.1 電子航道圖的管理

電子航道圖在S-57中為獨立的數據文件，這些數據文件代表了特定水域、特定范圍、特定比例尺的航道圖制圖物標數據集合。

表1為依據國際海圖出版規范的電子航道圖單元覆蓋范圍通用標準。該標準按照用途對航道圖進行劃分，不同用途的單元電子圖間在覆蓋區域上為包含關系，即為多叉樹結構，描述數據庫整體框架、分層以及不同層航道圖之間的包含關系，如圖2所示。圖2共分為7個層次，其中第i（i6）層對其下層存在一對多的包含關系。對于同一層次上（或者說同一用途）的航道圖不存在包含關系，構成網絡圖結構，描述同一層航道圖單元之間的鄰接關系，解決了同層比例尺下航道圖數據的連續性和非重疊性問題。按該標準對全水域進行劃分，形成的航道圖單元數目將不少于目前紙海圖的數目。

2.2.2 傳統數據與S-57國際標準的統一

（1）依據S-57物標分類特性對航道圖地理信息進行分類。（2）對于影響物標特征屬性的地理信息進行強制賦值。（3）依據S-57規定的影響空間范圍的物標組對航道地理信息進行分組。（4）根據航道地理信息的修改頻率特征對航道地理信息進行分組。（5）編制統一的物標定義規范，并確保與標準相一致。

2.2.3 電子航道圖的存儲

電子航道圖數據庫、數據集、物標的結構關系如圖3所示。該結構描述了電子航道圖生成的整體數據模型。

電子航道圖數據集作為S-57特征物標和空間物標的存儲容器，提供對物標的遍歷訪問、相互關系維護等管理功能。按S-57標準要求，電子航道圖數據集滿足下列要求。

（1）單記錄集的獨立性。（2）符合ENC文檔結構，有效存儲記錄字段及其子字段。（3）單記錄集中記錄號唯一性。S-57數據模型規定同一個記錄集中記錄的標志號不得相同。（4）多個記錄集中特征物標標志號的唯一性。

2.2.4 電子航道圖冗余度的控制

隨著整個長江水域電子航道圖的建立，各個級別比例尺的電子航道圖相繼完整，需要注意圖與圖之間信息的重疊性、特定比例尺下信息分布的合理性以及同一個物標在不同比例尺和不同圖上描述的唯一性等。

2.3 電子航道圖編輯技術

根據地理空間信息的類型以及S-57對物標的分類，長江電子航道圖編輯主要包含對點物標、水深物標、線物標、面物標的添加、修改及刪除操作。

2.4 電子航道圖檢驗技術

檢驗內容主要包括以下幾個方面。

2.4.1 數據結構檢驗

（1）檢查ENC數據是否符合EN文檔的格式。（2）檢查文件大小是否合理，文件內容是否與標志一致。（3）檢查數據版本是否合理。（4）檢查數據類型是否與標準一致。（5）檢查數據字段以及相關子字段的取值是否與標準一致。（6）檢查物標空間屬性和特征屬性是否合理。（7）檢查物標與物標的關系是否合理。（8）檢查物標類別、屬性類別是否與標準一致。

2.4.2 空間信息檢驗

（1）檢查空間標志是否合理。（2）檢查空間位置是否重復。（3）檢查空間位置是否交叉。（4）檢查空間范圍與標準是否一致（如標準要求是閉合區域卻沒閉合）。（5）檢查矢量記錄引用空間位置是否重復。（6）檢查空間位置是否無效。（7）檢查矢量記錄是否沒被引用。

2.4.3 物標檢驗

（1）檢查數據字段以及相關子字段的取值是否與標準一致。（2）檢查物標標志是否合理。（3）檢查物標的邏輯關系是否合理。（4）檢查物標的分組是否與標準一致。

2.5 電子航道圖數據保護技術

IHOS-63數據保護方案描述了對ENC信息保護的推薦標準。該方案由國際海道測量組織數據保護方案建議組提供。

IHOS-63數據保護方案詳細說明了在多設備制造商和多數據提供商條件下對S-57數據保密性、完整性和認證性的保證。IHOS-63數據保護方案中的相關對象為：數據保護方案的管理者、數據服務商、數據客戶、設備制造商。

2.6 WGS-84與北京-54坐標轉換技術

WGS-84坐標系是全球通用的大地坐標系。國際標準化的電子海圖系統規定必須采用該坐標。長江航道及航運相關部門一直習慣于沿用基于北京-54坐標系的高斯投影坐標。為使電子航道圖符合國際標準，同時又符合對北京-54坐標的使用習慣，必須處理好WGS-84地理坐標系、北京-54地理坐標系、基于北京-54的高斯投影坐標系的相互轉換問題。其中，核心問題是WGS-84與北京-54地理坐標系的相互轉換。

針對長江實際情況，利用長江已有的大地坐標系控制點資源，建立國家大地測控資料庫，按照一定的精度要求劃分區域范圍，求取各區域內坐標系之間轉換參數，同時針對區域間的精度差異采用二次修正的方式實現全流域無縫拼接。

2.7 內河S-57與S-52標準應用

長江電子航道圖數據應當遵循IHOS-57標準，并結合長江自身的數據特點以及顯示特點，豐富數據定義模型以包容長江全水域數據要素，建立新的顯示標準以實現中國內河的數據特色。按照上述思路，制定長江電子航道圖數據傳輸標準及其顯示標準，主要業務涵蓋下述范圍：（1）分析長江電子航道圖數據組成要素，列舉與現有標準體系之間的差異。以此成為新數據傳輸的標準依據。（2）結合內河傳統符號顯示模式制定長江內河符號體系。（3）長江內河符號體系應與IHOS-52標準體系一致，應當遵循統一的數據傳輸模型。

3 結語

本文提出的方法以及關鍵技術解決方案已經在長江重慶段工程中成功實施，對實現長江電子航道圖的生產，加速長江黃金水道的建設步伐，促進其經濟帶的發展具有重要的現實意義。

參考文獻

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