長江電子航道圖數據預處理技術研究

劉思航　李曉雨　周冠男　袁淵　楊保岑

摘要：近年來，電子航道圖在內河航運中開始廣泛運用。本文通過對制作規范的深入研究，結合電子航道圖數據預處理實踐，研究了數據預處理軟件改進和數據轉換入庫的技術方法，并結合實例進行了分析。實踐證明，這些技術方法可有效提高數據預處理效率，保證數據質量。

關鍵詞：長江電子航道圖；數據預處理；CJ-57；S-57；物標

中圖分類號：U612.26 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）06-0030-02

目前，我國正在大力開展內河航運信息化建設，并以數字航道、智能航運為信息化建設的階段性目標。內河電子航道圖是數字航道的核心部分，給船舶行駛及航道管理提供了極大的便利，也為長江航運和航道維護管理帶來了革新。近年來，長江航道采用ArcGIS平臺Nautical解決方案研發了長江電子航道圖生產編輯系統，實現了同時滿足《國際海道測量數據傳輸標準》（以下簡稱S-57）和《長江電子航道圖制作規范》（JT/T 765）第2部分（以下簡稱CJ-57）標準的電子航道圖的生產。

這種全新的生產模式實現了全鏈條的基于數據庫的電子航道圖生產技術，能較好地適應長江航道頻繁變化的實際情況，同時也對導入電子航道圖生產系統的預處理數據提出了更高的要求。筆者結合長江電子航道圖數據生產工作，研究電子航道圖數據預處理技術。

1.電子航道圖數據預處理規范制定

根據長江電子航道圖建設的總體要求和方案，參照現有S-57、CJ-57、《水運工程測量規范》（JTS 131-2012）、《內河助航標志》（GB5863-93）等標準，結合生產工作實際情況，研究制定《長江電子航道圖數據生產預處理規范》。

該規范依據數據處理方法和更新頻率，將預處理數據分為三個部分：水深數據、航標數據及其它數據。其中，水深數據以文本格式存儲，進行坐標轉換后，導入電子航道圖生產系統；航標數據從航標信息管理系統導出，通過建立屬性字段的映射關系，借助轉換工具導人電子航道圖生產編輯系統，并在此過程中實現物標拆分和屬性賦值；其它數據即除水深和航標以外的其它制圖數據，由于包含多種制圖要素，幾何類型和屬性信息相對復雜，預處理過程中需解決以下三個方面的問題。

1.1制圖要素與物標的對應關系建立

制圖數據和CJ-57標準數據都是對與水文相關的地理實體進行的不同目的、不同程度的抽象，這使得在建立對應關系的過程中，存在地理物標對應的復雜性和多樣性。通過深入研究CJ-57物標、物標幾何圖元及屬性，充分考慮內河水域相關特點，通過分類對比、聚類分析、歸屬合并等方法，建立了制圖要素與物標的對應關系表。部分示例見表1：

對應關系建立過程中，充分考慮了測量人員的使用習慣，不改變其編碼和幾何類型，但由于CJ-57規定的部分物標在內河航道測量標準中并未規定，因此沒有相應的制圖要素（包括編碼和幾何類型）存在，則需添加此類要素。另外，當制圖要素幾何類型和物標幾何圖元不一致時，不改變制圖要素幾何類型，通過物標制作技術，借助轉換工具實現幾何形狀變化后導入電子航道圖生產系統。其它物標，如LNDARE（陸地區）、DEPARE（深度范圍）等，在電子航道圖生產編輯系統中通過二次開發直接進行處理。

1.2制圖要素屬性設計

制圖數據側重于圖形的出版效果，較少甚至不考慮要素的屬性，而物標對其屬性的依賴性決定了其屬性的重要程度，在預處理數據轉換入庫過程中，屬性轉換的準確性和完備性是轉換質量的重要衡量指標之一，為了提高轉換質量，依據CJ-57物標類的相關屬性集來設定制圖要素屬性表的必填字段及選填字段，物標必備屬性對應制圖要素的必填字段，物標可選屬性是否作為字段或者作為必填字段由具體應用決定。部分示例見表2：

2.電子航道圖數據預處理軟件改進與開發

依據制定的《長江電子航道圖數據生產預處理規范》，在清華山維平臺已有的分層分類、編碼規定、符號制圖的功能基礎上，主要針對擴展屬性設計、輔助工具開發、質量檢查等方面進行改進和開發。

2.1擴展屬性設計

清華山維平臺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在數據庫表中。依據預處理規范，對要素屬性表進行設計，為方便對應，采用要素編碼與屬性表掛接的方式，并以物標名稱作為表名；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中規定了枚舉型（E）和列表型（L）屬性字段的期望輸入值及相應的標識號，依據這一規定，設置屬性字段的碼域，錄入時直接選擇相應的類型，提高工作效率。以UWTROC（暗礁/適淹礁）及對應要素為例，其要素屬性修改界面見圖1。

2.2輔助工具開發

清華山維平臺提供了腳本語言以支持數據處理功能擴展，其腳本語言遵循VBScript和JScript語言標準，支持用戶二次開發，使用者可根據集成命令、語言規則、函數等方便快捷實現諸如數據整理、數據轉換、數據檢查等應用。

電子航道圖數據預處理過程中有一部分重復性的工作，且處理過程具有嚴格的邏輯規律，可以通過腳本工具來實現自動化地批量數據處理。現以注記數據為例說明腳本設計思路，如圖2：

實現過程為，在清華山維平臺中進行框選，只要框選范圍內包含要轉換的注記即可，運行腳本，在彈出對話框中填入待轉換注記的注記分類碼，即可實現轉換。

2.3質量檢查

為保證預處理數據能夠準確的導入電子航道圖生產編輯系統，控制預處理數據的質量是電子航道圖數據預處理工作的關鍵任務之一。本項目開發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，主要是檢查水深點和等深線之間的關系；⑤要素繪制檢查，主要是檢查數據邏輯錯誤，如線自相交、懸掛線等。

3.數據轉換入庫

數據經過預處理和質量檢查后導人電子航道圖生產系統進而進行源數據編輯和產品生產。在數據轉換入庫過程中要完成數據格式轉換、坐標系統轉換、物標匹配、屬性賦值、部分要素幾何形狀變化處理等。

3.1格式轉換和坐標系統轉換

通過數據格式轉換，可以實現屬性和圖形的完全轉換，本文采用此方式將經過預處理和質量檢查的數據轉換成SHP格式后導入電子航道圖生產編輯系統。

導人過程中，還需要解決坐標轉換問題，即由1954年北京坐標系（BJ54）轉換為2000國家大地坐標系（cGCS2000）。兩個坐標系屬于不同的空間基準，包括坐標系的平移、旋轉以及尺度因子，為保證精度，采用布爾莎（Bursa-Wolf）七參數轉換模型實現轉換。

實際生產中均勻選取全線21個控制點進行精度驗證，通過統計，控制點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。

3.2知識庫建立

知識庫的建立可提高數據轉換的自動化程度，減少物標匹配、屬性賦值、要素幾何處理等人機交互的工作量。知識庫依據預處理規范建立，采用ER模型進行設計，主要包括3張關系表：①制圖要素編碼與要素類、子類數據模型將CJ-57物標以子類的形式進行組織，用于ENC的高效生產和便捷管理）、子類代碼對應關系表；②物標屬性提取規則表；③要素幾何形狀變化規則表。目前，通過知識庫的建立和轉換工具的應用，已實現數據自動入庫，可有效提高數據生產效率。

4.結語

長江電子航道圖數據預處理工作是電子航道圖生產過程中的重要環節，本文研究了電子航道圖數據預處理工作的若干關鍵技術方法，重點研究了規范制定、軟件改進、數據轉換入庫三個過程中的難點問題和解決方法，對電子航道圖數據預處理工作有實際意義。經三年的實踐檢驗表明，本文研究成果可顯示簡化電子航道圖數據預處理中的人工操作工作量，提高數據生產效率。