面向流程的电子航道图制作研究

摘 要：本文基于笔者从事电子航道图制作的相关工作经验，以面向流程的电子航道图制作为研究对象，论文首先分析了长江电子航道图制作的机制，进而详细探讨了制作流程中涉及的关键技术解决途径，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：电子航道图 制作 技术 长江

中图分类号：U612 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0033-02

长江数字航道建设是长江黄金航道建设的重要组成部分，长江电子航道图是数字航道的核心，也是长江航运信息化建设的基础。因此，建设高效、便捷和功能全面的长江电子航道图生产和服务系统势在必行。

目前，世界范围内的电子海图技术日益成熟，为长江电子航道图生产提供了有益借鉴，但长江电子航道图生产有别于其他任何区域的生产模式，主要体现在数据源的多样性及长江地域特征明显方面。

本文结合长江内河数据源特点，提出基于国际标准的长江电子航道图制作机制，解决上述关键问题。

1 长江电子航道图制作机制

长江电子航道图制作机制概括为：数据采集，数据处理及航道图编辑，航道图审核及航道图发布，航道图应用。

1.1 数据采集

采集的数据包括水域测量资料和陆域测量资料。水域测量资料主要包括航标类、碍航物类（所有水面、水下碍航物数据）、平面控制点类、高程控制点类（所有航道、禁航区、限航区、锚泊区等）、特定性质区域、水深点及其他。陆域资料主要包括两类：一是平面资料，主要指堤线、岸线及岸线一定范围内的城镇、村庄、代表建筑物等资料；岸线一定范围内的铁路、主要公路、河道资料；各河口岸线周边资料等；二是属性资料，主要指码头的相关属性、跨河建筑物的相关属性、沿江主要港航单位名称驻地、岸线一定范围内起伏较大区域（如山区）的主要高程资料等。

1.2 数据处理

（1）CAD数据源形成长江电子航道图一次性数据描述数据源的基础，其处理过程包括数字化定义、数据转换以及数据质量检查等。（2）长江特有专题数据源以EXCEL表格形式提供，形成电子航道图一次性数据描述专题数据源的基础。专题数据处理需完成下列工作：规范专题数据源格式，以实现多源孤立数据的集成。建立专题物标与S-57物标的对应关系。定制数据转换模型，实现专题物标向S-57转换。专题物标入库及其成图检测。（3）水深处理包括水深替换、水深点筛选以及浅点选择等。（4）等深线以及等深区修改数据是航道空间数据的重要组成部分，是水深区域的重要边界依据。等深线的设置依赖水深点，水深点一旦变化，必须重新勾画计算等深线。

1.3 数据编辑

电子航道图的编辑是实施航道图数据维护的根本，其核心工作是按照S-57物标分类以及属性定义对电子航道图进行人机交互式编辑，并对改正信息进行有效存储，为生成国际标准的电子航道图基础记录集（EN文件）以及改正记录集（ER文件）提供数据源，并最终实现应用平台的电子航道图数据的有效更新。

1.4 数据质检

对编辑完成的电子航道图数据进行IHOS-58标准的符合性检验，包括检查数据的完整性、规范性和标准性。即检查数据是否符合S-57产品规范，是否符合S-57物标几何规范，是否符合S-57物标特征规范，是否符合S-57物标几何冗余，是否符合S-57物标空间冗余等。

2 长江电子航道图制作技术

2.1 基于S-57国际标准的空间数据组织技术

IHOS-57国际标准描述了各国航道测量部门之间用于数字化航道测量数据交换及向航海人员、ECDIS生产商发布该类数据的标准，定义了严格的数据结构以及相应的数据规范，如图1所示。

长江电子航道图生产采用S-57数据模型，需解决下列数据组织问题。

（1）空间信息与物标信息分离。（2）最大限度上控制数据存储的冗余度。（3）最大限度上确保电子航道图数据的完整性。（4）最大限度上确保电子航道图数据更新管理功能的友好实施。

2.2 电子航道图生成技术

2.2.1 电子航道图的管理

电子航道图在S-57中为独立的数据文件，这些数据文件代表了特定水域、特定范围、特定比例尺的航道图制图物标数据集合。

表1为依据国际海图出版规范的电子航道图单元覆盖范围通用标准。该标准按照用途对航道图进行划分，不同用途的单元电子图间在覆盖区域上为包含关系，即为多叉树结构，描述数据库整体框架、分层以及不同层航道图之间的包含关系，如图2所示。图2共分为7个层次，其中第i（i6）层对其下层存在一对多的包含关系。对于同一层次上（或者说同一用途）的航道图不存在包含关系，构成网络图结构，描述同一层航道图单元之间的邻接关系，解决了同层比例尺下航道图数据的连续性和非重叠性问题。按该标准对全水域进行划分，形成的航道图单元数目将不少于目前纸海图的数目。

2.2.2 传统数据与S-57国际标准的统一

（1）依据S-57物标分类特性对航道图地理信息进行分类。（2）对于影响物标特征属性的地理信息进行强制赋值。（3）依据S-57规定的影响空间范围的物标组对航道地理信息进行分组。（4）根据航道地理信息的修改频率特征对航道地理信息进行分组。（5）编制统一的物标定义规范，并确保与标准相一致。

2.2.3 电子航道图的存储

电子航道图数据库、数据集、物标的结构关系如图3所示。该结构描述了电子航道图生成的整体数据模型。

电子航道图数据集作为S-57特征物标和空间物标的存储容器，提供对物标的遍历访问、相互关系维护等管理功能。按S-57标准要求，电子航道图数据集满足下列要求。

（1）单记录集的独立性。（2）符合ENC文档结构，有效存储记录字段及其子字段。（3）单记录集中记录号唯一性。S-57数据模型规定同一个记录集中记录的标志号不得相同。（4）多个记录集中特征物标标志号的唯一性。

2.2.4 电子航道图冗余度的控制

随着整个长江水域电子航道图的建立，各个级别比例尺的电子航道图相继完整，需要注意图与图之间信息的重叠性、特定比例尺下信息分布的合理性以及同一个物标在不同比例尺和不同图上描述的唯一性等。

2.3 电子航道图编辑技术

根据地理空间信息的类型以及S-57对物标的分类，长江电子航道图编辑主要包含对点物标、水深物标、线物标、面物标的添加、修改及删除操作。

2.4 电子航道图检验技术

检验内容主要包括以下几个方面。

2.4.1 数据结构检验

（1）检查ENC数据是否符合EN文档的格式。（2）检查文件大小是否合理，文件内容是否与标志一致。（3）检查数据版本是否合理。（4）检查数据类型是否与标准一致。（5）检查数据字段以及相关子字段的取值是否与标准一致。（6）检查物标空间属性和特征属性是否合理。（7）检查物标与物标的关系是否合理。（8）检查物标类别、属性类别是否与标准一致。

2.4.2 空间信息检验

（1）检查空间标志是否合理。（2）检查空间位置是否重复。（3）检查空间位置是否交叉。（4）检查空间范围与标准是否一致（如标准要求是闭合区域却没闭合）。（5）检查矢量记录引用空间位置是否重复。（6）检查空间位置是否无效。（7）检查矢量记录是否没被引用。

2.4.3 物标检验

（1）检查数据字段以及相关子字段的取值是否与标准一致。（2）检查物标标志是否合理。（3）检查物标的逻辑关系是否合理。（4）检查物标的分组是否与标准一致。

2.5 电子航道图数据保护技术

IHOS-63数据保护方案描述了对ENC信息保护的推荐标准。该方案由国际海道测量组织数据保护方案建议组提供。

IHOS-63数据保护方案详细说明了在多设备制造商和多数据提供商条件下对S-57数据保密性、完整性和认证性的保证。IHOS-63数据保护方案中的相关对象为：数据保护方案的管理者、数据服务商、数据客户、设备制造商。

2.6 WGS-84与北京-54坐标转换技术

WGS-84坐标系是全球通用的大地坐标系。国际标准化的电子海图系统规定必须采用该坐标。长江航道及航运相关部门一直习惯于沿用基于北京-54坐标系的高斯投影坐标。为使电子航道图符合国际标准，同时又符合对北京-54坐标的使用习惯，必须处理好WGS-84地理坐标系、北京-54地理坐标系、基于北京-54的高斯投影坐标系的相互转换问题。其中，核心问题是WGS-84与北京-54地理坐标系的相互转换。

针对长江实际情况，利用长江已有的大地坐标系控制点资源，建立国家大地测控资料库，按照一定的精度要求划分区域范围，求取各区域内坐标系之间转换参数，同时针对区域间的精度差异采用二次修正的方式实现全流域无缝拼接。

2.7 内河S-57与S-52标准应用

长江电子航道图数据应当遵循IHOS-57标准，并结合长江自身的数据特点以及显示特点，丰富数据定义模型以包容长江全水域数据要素，建立新的显示标准以实现中国内河的数据特色。按照上述思路，制定长江电子航道图数据传输标准及其显示标准，主要业务涵盖下述范围：（1）分析长江电子航道图数据组成要素，列举与现有标准体系之间的差异。以此成为新数据传输的标准依据。（2）结合内河传统符号显示模式制定长江内河符号体系。（3）长江内河符号体系应与IHOS-52标准体系一致，应当遵循统一的数据传输模型。

3 结语

本文提出的方法以及关键技术解决方案已经在长江重庆段工程中成功实施，对实现长江电子航道图的生产，加速长江黄金水道的建设步伐，促进其经济带的发展具有重要的现实意义。

参考文献

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