水利地理信息电子化数据应用研究

2019-05-30周斌

山西水利 2019年3期

周斌

（左云县水务局，山西左云 037100）

在水利基层实践中，开展项目规划、工程前期勘测、项目设计等工作，要以实地勘测结合相关地理信息数据为基础，形成勘测布置的测绘数据，为后续工作开展提供依据。随着测绘技术、GIS地理信息技术以及互联网的迅猛发展，电子化的地理信息数据可统一批量处理，信息精度高，转换便捷，与传统测绘、人工统计的处理方式相比，大大提高了工作效率和测绘成果质量。

通过对地理信息数据的数字化处理，可以实现数据到图形，图形到数据的相互转换，通过应用不同地理信息数据的叠加，批量提取数据、批量转换数据，可以与其他行业部门的相关信息数据库进行对接与数据交换。

1 传统测绘工作存在的问题

单位现有的北京1954坐标系82版1∶10 000地形图信息，提供的相关地理信息数据量不丰富，也与项目实施区域实际地理情形不相符，在实际工作中也只是采用统一坐标系标准和做为底图来用；而采用新版纸质图（地形图或影像图）购买费用高，纸上数据信息更新间隔时间长，而单独采用纸质图，与实地结合不直观，存在较大的误差。

传统的测绘工作，是在硫酸纸、米格纸和纸质地形图上进行手工标绘作业。费时费力、损耗大、费用高，标绘后与实地勘测数据结合不严谨，图形统计数据误差大，数据碎片化，整合汇总到“一张图”时难度大，不能有效形成从数据到图形，图形到数据的互相转换。

用手持GPS实地测量的数据存在精度误差，测量主要是对于点定位功能的使用；对于线的定位，测量后线型呈锯齿状，不可直接使用，需结合勘测地型对线型进行微调，对于测量线路中有弧度地方，在标绘时缺乏有效的方法，无法在图形中完整体现。

在工作中缺乏对已完成工作成果和相关信息数据的收集，未能将这些成果数据整合在一起，作为开展其它工作的备查资料。

2 数字地理信息数据实践

数字地理信息数据，是通过对手持GPS实地勘测、谷歌地球卫星影像、DEM数字高程，行政区划、辖区内流域划分、水系图、地类图电子版（西安1980坐标系1∶10 000）、水利工作中形成的数据成果等的综合应用，并进行不同组合的叠加，应用到水利工作实践中，为开展项目规划、工程前期勘测、项目设计等水利工作，提供信息数据服务的。

2011年抗旱应急水源规划，需远距离调水，管线布置距离远、跨度大，设计规划要求在短时间内完成，实地勘测任务重，存在工程实际布置是否合理的问题。由于时间紧，实地测量缺失，项目的布置规划任务，是由部分实地勘测取得的数据，结合谷歌地球卫星影像和DEM数字高程，经分析调整后完成的。

2015年御河、桑干河流域生态修复规划中，涉及多处河道，需明确划分出某县境内河道的流域范围。但是由于从未对流域划分、河流水系的情况开展过统计调查，也无任何备查图形资料，只有一些相关流域统计的笼统数据。流域划分和河流水系，是通过对DEM数字高程进行分析提取后生成的。为保持数据的统一性，从市水文局下发的山洪灾害非工程治理措施项目野外调查底图数据中，提取了流域划分数据，以谷歌地理影像数据为平台，结合西安1980坐标系行政区划，对流域划分数据进行了校正，确认了行政区划与流域的相对坐标位置，对数据进行整理统计，完成了全县流域划分，并对境内各流域情况进行了统计汇总。

京津风沙源治理二期工程水利水保项目中，小流域治理规划面积的调整布置，节水工程管道布置，都是通过实地GPS勘测后，将勘测数据导入到谷歌地球中，结合卫星地理影像，对小流域治理规划区域进行分析并调整布置，对管道的布置、长度和管线高程变化作观察分析，依据实际地理情况作出合理性调整后，再将勘测布置数据导入Atuo CAD软件中，按设计规范要求进行编辑后，形成定稿。

水利工作中电子化数据应用广泛，如水源的选址、水功能区划分，河道上游汇流面积统计，结合降雨量统计完成水帐计算等。充分体现了数据电子化和数据收集整理的重要性。

3 数字地理信息数据处理

以谷歌地球GIS软件为验证分析平台，将各类地理信息数据进行组合叠加，完成设计、规划、布置任务。

3.1 数据处理流程

将手持GPS实地勘测数据或已有勘测数据，导入谷歌地球，进行数据识别处理，对照软件中卫星影像地理信息，在软件中进行勾绘；标绘完成后导出或直接引用部分GPS测量数据，对数据进行转换处理；由WGS 84坐标系经纬度数据，变为高斯-克吕格投影平面坐标XY值（北京1954坐标系、西安1980坐标系、国家2000坐标系）；在Auto CAD软件中加载转换后数据，编辑、处理形成定稿后，加载纸质地形图电子版或卫星影像图为底图，按相关比例要求输出到规划图纸中。与其它数据对接和交换时，还涉及到坐标系、数据格式的转换，以及转换参数的设置与校正。

3.2 数据采集

GPS测量精度要求，可使用手持GPS。通过手持GPS参数设置调整，转换为需要的平面坐标XY值（北京1954坐标系、西安1980坐标系、国家2000坐标系），为保持数据统一，需采用统一转换参数。

在谷歌地球中，通过对卫星影像地理信息的识别标绘，对标绘图形进行数据提取，导出为WGS 84坐标系经纬度数据，还需进行转换处理。

智能手机具有定位功能，定位准确，安装地理信息软件后，即可完成坐标信息的采集。随着手机更新换代，软硬件功能越来越强大，使用范围多方位扩展，安装地理信息软件的手机，具备手持GPS功能，可联网加载多种地理信息数据，相关功能也能满足数据采集记录需求。野外勘测时，预先加载其它规划信息数据，通过手机实地定位、实地勘测，对联网后的卫星影像数据进行比对，再进行调整、布置、规划任务与宏观分析。

3.3 数据处理

各类数据处理和应用，与计算机应用紧密结合，数据处理涉及到多种数据格式和坐标系的转换。最终数据成果，应使用统一格式标准，为数据对接、交换、集成创造条件。

3.3.1 坐标系

经纬度坐标。在GPS测量设备和GIS系统中，都以WGS 84坐标系为默认标准。建立WGS 84坐标系的目的，是统一全世界地心坐标系，是国际上统一采用的地心坐标系。

平面坐标。我国建立的坐标系，有北京1954坐标系、西安1980坐标系、国家2000坐标系，分别采用了不同的参考椭球体，不同的大地基准面。在不同的坐标系下，同一个点的坐标值是不同的。

参数调整设置，是将WGS 84坐标系经纬度，转换为需要的平面坐标XY值（北京1954坐标系、西安1980坐标系、国家2000坐标系）。通过不同坐标系中，相同参照物坐标的对比，计算处转换参数，将采集数据加载转换参数，得到需要的坐标参数。

按照国务院推广使用国家2000坐标系的有关要求，工作中涉及空间数据采集的项目，于2018年7月1日起，全面使用国家2000坐标系。北京1954坐标系和西安1980坐标系，将正式退出历史舞台。工作中形成的大量旧坐标系数据成果，需要进行数据处理，建立电子档案，向国家2000坐标系对接。

3.3.2 投影分带

在采用北京1954坐标系、西安1980坐标系、国家2000坐标系，局部向全局集成时，涉及到3度带向6度带的相互转变，在同一坐标系内，当转换坐标点所在6度带和3度带中央子午线（经度）相同时，其坐标点值是相同的，只是带号不同，可以不经过投影计算，修改相应投影带的带号即可，如果中央子午线（经度）不同，坐标值就必须进行投影转换，如图1。

3.4 数据转换编辑

水利工作涉及的地理信息数据格式，有KML（谷歌地球数据格式)、DWG（Auto CAD数据格式）、DEM（数字高程数据格式）、SHP（Arc GIS数据格式）等种类，这些数据格式统称为矢量数据；以及Excel表格数据和文本数据。要求实现数据到图形、图形到数据的相关转换。

数据编辑处理平台，采用Auto CAD软件，因为它功能丰富、点定位精准，广泛支持各种GIS编辑软件，易于数据交换和编辑操作。数据采集使用Google Earth谷歌地球软件、手持GPS定位设备、具有定位功能和安装GIS软件的智能手机。数据转换采用坐标转换Coord软件，Global Mapper软件，Arc GIS软件等，完成数据提取、不同坐标系和数据格式的转换。