数字航道空间信息应用技术研究综述

何绪林

摘 要：在对比地理信息系统的空间信息服务和可视化技术的最新研究进展和发展趋势的基础上，对数字航道空间信息服务和可视化技术研究的发展进行综述，分析数字航道空间信息服务和可视化研究存在的问题和不足，并展望未来研究的发展趋势。

关键词：数字航道；空间信息服务；空间信息可视化

随着内河航运业的发展，内河航道信息化建设一直以来在国内外备受关注.欧洲的莱茵河及美国的密西西比河先后开展了内河航运信息服务的相关建设.为提高我国航道管理效率，我国的内河航道建设者也提出了“数字航道”的概念，并于2008 年成功建设了我国第一段“数字航道”——长江南浏段数字航道示范工程。当前我国其他内河的数字航道工程也正在推广建设中。

有效地应用航道测绘的基础空间数据以及各种感知系统采集的实时航标、水位和船舶等空间信息是数字航道建设的重要内容和目标。将航道空间信息进行服务发布并对空间信息进行可视化则是数字航道空间信息应用的主要技术基础。数字航道空间信息服务是通过对航道空间信息进行组织、存储、过滤、融合和发布，为航道维护管理、船舶导航及其他应用系统提供空间相关信息，支撑系统的各项应用功能。数字航道空间信息可视化则是通过将航道空间信息进行图形化显示和交互处理，为应用系统提供直观的界面以辅助用户决策。

电子航道图及其在数字航道中的应用受到了GIS 相关理论技术以及推动GIS 发展的计算机信息技术的极大影响。近年来，研究者们也开始探讨数字航道新的数据模型、服务方式和可视化方法来替代传统的电子航道图应用方式。在空间信息服务和可视化两个方面，研究者们跟随GIS 领域的相关研究成果并结合行业实践，对数字航道相关空间信息服务和可视化进行了深入研究，形成了一系列系统和方法。然而，这些研究各有侧重、自成体系，未形成明确统一的方向认识，相比GIS的相关研究还较为落后本文尝试从空间信息服务和可视化两个方面，结合GIS 对应领域对数字航道空间信息应用技术相关研究进行综述，对研究现状进行总结并探讨未来发展趋势，以期对数字航道研究人员有所裨益。

1 空间信息服务方法

1.1 GIS 领域相关研究

GIS 的空间信息服务是指利用数据库、信息服务技术，将地学信息进行存储、管理和发布的技术和方法，其发展紧跟着现代信息服务计算模式的演进。现代信息服务计算模式主要有并行计算、分布式计算、网格计算和云计算四种。相应地，GIS空间信息服务也出现了并行GIS、分布式GIS、网格GIS 和云GIS。

1.2 数字航道相关研究

在航海领域，电子海图应用系统大多是以本地数据存储为主的系统，其核心的电子航海图数据主要通过手动或光盘改正的方式进行更新。然而对于内河数字航道系统而言，其电子航道图的变更远比海上频繁，而且还包含了大量的航标、水位等航道感知的实时数据。为更好地应用这些空间数据，对其服务技术提出了更高的要求。研究者们也纷纷对数字航道信息服务方法展开广泛研究。目前，较有代表性的研究成果有： 欧洲的内河航运综合信息服务系统（River Informa-tion Services System，简称RIS 系统）；国际海事组织提出的E-navigation 和大连海事大学提出的一体化应用体系等。然而，数字航道研究作为一个具体的行业应用领域，其信息服务方法的研究明显受行业特殊性和狭隘性的影响，并没能像GIS 基础学科那样形成系统的理论和方法，更多的是采取部分吸收或借鉴GIS 相关方法的方式。欧洲的RIS系统的体系结构按照层次被划分为四层：船舶终端层、岸基通信层、系统操作层和系统外部层。其中，系统操作层采用分布式计算方式，是RIS系统信息服务的中枢，主要负责数据存储和整合、信息服务等。RIS 系统提供的航道信息服务包括航道地理、水文、气象和行政管理信息等。此外，RIS 系统提出了一系列技术标准，为内河数字航道建设提供了宝贵的经验。

2 信息可视化方法

2.1 GIS 领域相关研究

GIS 的空间信息可视化是指利用地图学、计算机图形图像技术，将地学信息采用图形和图像等形式进行可视化，并实现交互处理的技术和方法。 20 世纪60 年代，GIS 由Roger F.Tomlinson 首先提出。此后的30 年间，GIS 的空间信息可视化方法以二维方式为主，包括矢量方式和栅格方式。20 世纪90 年代后，计算机三维可视化与虚拟现实技术的迅猛发展，推动了GIS 空间数据向三维可视化方向发展，三维（3D） GIS 开始出现。 3D GIS是在二维GIS 的基础上发展而来，以更贴近人们视觉习惯的三维数据模型和表达方式来展现空间数据和进行数据交互。目前，关于3D GIS 的研究主要集中于拓扑模型、空间关系推理和数据表达等。其中，空间信息可视化涉及栅格影像、矢量要素、地形数据和三维模型数据等多源数据类型可视化表达以及其融合技术。

2.2 数字航道相关研究

“数字航道”可以说是“数字地球”概念的延伸和局部应用。数字航道空间信息可视化方法也跟随着GIS 领域，以二维为主并逐渐向三维演变，以电子航道图为主逐步向多源海量数据演变。目前，数字航道空间信息可视化方法主要以二维为主，电子航道图是各种应用的主界面，代表性成果有欧洲的RIS 系统、美国的密西西比河系统、中国的长江南浏段数字航道示范工程。

参考文献：

[1]胡宁，刘杨.数字航道技术在内河航道管理中的应用[J].水运工程，2007（ 10） ： 52- 54.

[2]王世林，时琳. ECS 与ECDIS 的进展[J].航海技术，2005（ 4）： 35-37.

（作者单位：成都理工大学地球物理学院）