东江电子航道图制作关键技术研究

彭力雄，黄小苑，卢秉武

（广东海事局海测大队，广东广州 510320）

一、引 言

东江是广东省重要的四大水系之一，发源于江西省寻邬县，自东北向西南流入广东省境，经河源、博罗、东莞等注入狮子洋，干流全长562 km。东江流域水网密布、海河直达，主要在东江河下游区域，主要通航水道18条，辖区通航里程651 km，岸线1249 km。

东江流域地理信息和航行保障资料奇缺，伴随着内河港口建设、水利设施和桥梁建设、电缆架设，以及航道整治等工程的实施，涉及船舶航行安全的诸多条件都发生了巨大的变化，迫切需要一套反映现状的内河航行保障资料。

在东江电子航道图制作过程中，亟须解决一系列的问题，具体包括:航行基面的确定、因内河电子航道图规范标准的缺乏而导致的内河特有要素编译困难、地形岸线的现势性及高低岸的选择等问题。

二、航行基面的确定

与海图采用的深度基准是理论最低潮面不同，内河深度基准采用航行基面，一般情况下是分段，并从海上向陆地逐级抬高。为了提高水位控制的准确性，可采用全线同一保证率法和高差内插法确定验潮站控制范围和航行基面与珠江基面的关系，并在多数河段内插一些临时验潮站，以提高水位控制的精度。整个测区共布设了23个验潮站。验潮站的航行基面按收集结果通过数学关系进行换算，根据1985国家高程基准与珠江基面关系推算航行基面，从而实现水深测量水位控制。按规范要求，航行基面采用同步推算时，取最低潮位时前后2～3 h进行内插推算。

三、内河电子航道图要素的编译

目前，内河电子航道图没有一个统一的制作标准，在一些欧美国家也仅是执行区域性ECDIS性能标准，国内则主要遵循《水运工程测量规范》（JTJ 203—2001）等行业标准，并同时参考IHO S-57电子海图技术标准，特别是航标系统。沿海航标采用IALA A系统，内河航标与其相差甚远，使得内河电子航道图中航标及内河一些特有的航行要素在S-57物标类目找不到对应项，在一定程度上影响了内河电子航道图的发展。东江电子航道图制作过程中，在保证船舶不受设备及系统限制的前提下，尽可能基于 S-57标准，以适用于通用的 ECDIS及ECS，即对于内河特有的要素，S-57标准中没有准确的物标与其对应的，采用最为接近的物标编码。以航标为例，对航标采用相近功能要素编码，以信息属性补充说明，从而完好解决电子海图向内河电子航道图转变的技术难题，具体见表1。

表1 内河航标与电子航道图物标对应表

1.面状要素的分层规则

建立电子航道图的第一组（group 1）物标，即完整覆盖地球表面的一组面状物标。group 1中包括以下面状区域:陆地、等深区、疏浚区、未测区、浮码头、趸船、浮船坞。除第一组之外的面状物标按下面序号分层:① 街区、房屋；② 桥梁；③ 锚地；④ 航道；⑤ 码头；⑥ 河流、湖泊；⑦ 水域；⑧ 危险区。将这些不同物标进行分层是为了建立多层次的拓扑关系，因为可能发生重叠或交错的拓扑面域必须建立在不同的层。

2.最小显示比例尺SCAMIN的设置

最小显示比例尺SCAMIN按要素的显示效果而定，最大设编辑比例尺的4级。本次东江电子航道图编辑比例尺为1∶8000，则对应的4级SCAMIN为1∶11 999、1∶17 999、1∶21 999 和 1∶29 999。用文件控制的SCAMIN为通用设置，但对一些特殊情况必须进行人工干预，可根据最小比例尺设置条件为判断依据，为一些具有特殊属性的物标单独设置最小比例尺值。

3.水深分组

使用文件控制自动进行水深分组，如图1所示。

图1 水深分组控制文件

四、卫星影像内河岸线测制

按照常规方法实测全部岸线，不仅时间长、投入大，且测区内部分区域岸线地形复杂，实测人员难以到达，工作量大、效率低且危险。由于获取周期短、覆盖范围广，卫星遥感影像逐渐成为岸线地形更新中重要的资料来源。本项目所用遥感影像均为购买的WorldView卫星产品，拍摄时间为2010年10—12月，影像为预正射等级（ortho-ready standard），并且数据经过辐射校正、传感器校正、几何校正处理，虽未经过高程校正处理，但具有地图投影，因此投影到每景影像的平均高程值可进行地形改正处理。校正后的影像如图2所示。

图2 校正后的卫星影像

五、精度分析

岸线成图精度主要受外业测量误差、GCP点位分布、卫星遥感影像分辨率等因素影响。

1.CORS外业数据采集精度

本次测量采用的是华测X90接收机CORS RTK模式进行的，仪器标称水平精度为±（10 mm+1×10-6D），GDCORS理论精度为0.05 m，外业测量时设置数据采集水平限差为0.03 m。作业前，均在所测区域范围内的已知控制点上进行了比对试验，试验结果中误差在0.5 m之内，可满足规范要求。

2.影像几何校正精度

控制点残差=图上限差0.5 mm×成图比例尺分母×影像地面分辨率。用于影像校正的部分控制点及残差见表2，最大残差为1.44 m，最小残差为0.33 m，符合规范要求。

表2 校正控制点残差 m

用于影像校正误差统计检查点共55个，最大较差为4.38 m，最小较差为0.20 m，影像校正中误差为1.67 m，满足规范要求（即图上0.5 mm，实地2.5 m）的限差要求，见表3。

3.岸线识别精度

岸线的识别采用人工判读，测区位于东莞市区，主要为堤坝、码头等人工岸线，较易确定位置。本次测试采用WordView-2遥感影像，地面分辨率可 达0.61 m，符合1∶5000比例尺成图精度要求。

表3 检查点误差统计

4.成图精度计算

参照《1∶5000、1∶10 000 地形图航空摄影测量外业规范》（GB/T 13977—2012）要求:图上地物点对野外控制点的平面位置中误差，平地、丘陵地不超过0.50 mm，也就是实地位置2.5 m。将以上3方面精度按独立误差的联合影响，计算图上地物点对最近野外平面控制点的中误差公式为

式中，m1为CORS外业数据中误差；m2为影像图校正中误差；m3为岸线人工识别精度。综合以上精度分析，说明采用GDCORS采集地面控制点，对高分辨率遥感影像进行校正后获取的岸线成果，在平面精度上可以满足成图要求。

六、东江高低岸判别

内河与沿海岸线不同，沿海地区海岸线只受潮水的涨落影响，一般指高潮面与陆地的交界线，而内河岸线不受潮汐影响，但在枯水期与洪水期河道变化很大。内河河道岸线一般可分为高岸与低岸，低岸是枯水期河水水涯线，高岸一般为人工地物，如加固岸、堤岸等，也反映为洪水期的河水水涯线。由于连年干旱，水位持续处于低位，东江枯水期河道很浅。本次东江电子航道图制作过程中，为反映河道实际情况，并满足船舶航行安全需要，选取低岸作为岸线。如图3所示。

七、利用Google Earth检核地形岸线

结合Google Earth检核卫星影像数据准确性，即将编辑地形岸线数据文件叠加显示在Google Earth上，以检核数据的准确程度。图4中灰色的线要素为卫星影像来源的岸线数据，可知其与Google Earth叠加显示是吻合的。

图3 东江高低岸中采用低岸作为岸线

图4 影像数据采集岸线与Google Earth叠加显示效果

八、结束语

东江电子航道图的制作，彻底改变了东江流域航行资料缺乏的落后局面，且广泛应用于航行、运输、管理部门引航、导航、水上交通管理及规划设计、安全管理、事故调查、科研教学等多方面，填补了该区域航保资料的多项空白，为内河航运安全管理和导航的信息化提供了有力的技术支持和数据支持。应用于水上交通管控和应急指挥中心的船舶交通管理系统（VTS）、船舶自动识别系统（AIS）、视频监控系统（CCTV）等现代海事管控系统，为海事监管指挥提供了有力的保障。

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