全集水网数据集更新方法研究

高宏宇

（辽宁省自然资源事务服务中心-辽宁省基础测绘院，辽宁 锦州 121003）

0.引言

第一次全国地理国情普查数据库中水系数据采集了河流结构线、高水界等，水系数据的属性数据中同时包含了1∶50000基础地理信息数据库河流名称代码和水利普查河流代码，以水利普查的代码为实体对象码建立了水网数据层。由于地理国情普查数据大部分为1∶10000尺度，水利普查数据在1∶50000基础地理信息数据库的基础上采集而成，两者在要素详细程度上有差异。因此以水利普查的代码为实体对象码建立的水网数据层，涉及的水系要素仅为总数的十分之一[1]。

由于目前尚无河流实体编码国家标准或行业标准，有关项目标准或技术规定也未定义五级以下河流实体代码或构网的规则，余下90%左右的水系要素由于缺乏系统性的河流实体编码，加上平原地区水网资料尚不完善、河流等级与汇流关系不一致等问题，因此第一次全国地理国情普查无法对这些大量河流小支流进行构网。为形成一套完善的水网数据，支撑水资源管理、空间规划以及环境保护等对完整水系网络数据的应用需求，需要对全部水系数据进行构网，形成全集水网数据集。

1.水网数据基本情况

自1996年起，全国水网数据在此20年间进行了多次更新和完善。1996年，基于1∶1000000数据库，将水网数据中的水系划分出1-5级。1998年，1∶250000数据库建成，水网数据继承了1-5级水系，划分了流域。2008年，1∶50000数据库建成，继承了1-5级水系。2011年，1∶50000数据库更新，水系继续划分但未解决汇流问题。2013年，开展了第一次全国水利普查，划分了1-6级水系，并初步构网。2016年，开展了第一次全国地理国情普查，普查对象为我国陆地国土范围内的地表自然和人文地理要素，内容包括自然地理要素的基本情况，包括地形地貌、植被覆盖、水域、荒漠与裸露地等的类别、位置、范围、面积等，掌握其空间分布状况;人文地理要素的基本情况，包括与人类活动密切相关的交通网络、居民地与设施、地理单元等的类别、位置、范围等，掌握其空间分布现状。最重要的是通过第一次全国地理国情普查查清了我国河流、水渠的长度、构成及空间分布，以及湖泊、水库、冰川与常年积雪和水面的面积、构成及空间分布。在此基础上水网数据继承历史，数据尺度达到1∶10000。自2017年起，计划逐年开展地理国情水网优化，并于2016年第一次构建了全集水网数据集。

全国集水区单元数据集，以大约50平方公里为尺度，将全国划分为41048个集水区单元，大约每个县11个，对每一集水区单元编制唯一代码。河流实体化任务下，完成全国河流实体化数据集，形成河流、水渠实体3330731条；为每一实体编制唯一代码；将全国300多万条河流划分为9级。在确定等级时，注意了保持各等级河网形态，保证汇流关系的正确，不出现高等级河流汇入低等级河流现象。全国水网数据集的构建是全国所有300多万条河流、水渠共同构建。可方便地转化为各种网络数据模型，可用于网络空间分析。全国湖泊库塘数据集对湖泊、水库、坑塘编制唯一代码。河流流经的湖泊、水库、坑塘与对应河流关联，生成523558个关联点。完成了全国河流附属设施数据集，影响水流附属设施都采集到了河流结构线上，为网络分析服务。

2.数据集技术要求

2019年全集水网数据集的更新是在地理国情普查成果数据的基础上，采用原国家测绘地理信息局组织完成的2016年地理国情监测数据成果中的水系数据集为本底更新[2]。对涉及到的要素进行数据处理，经过集水区生成、河渠水系全集构网、湖泊水库坑塘实体化、河渠与湖库的关联等处理，形成的覆盖全部水系要素的水网数据集。

2.1 数学基础

大地基准：采用2000国家大地坐标系（CGCS2000）；

高程基准：1985国家高程基准，高程系统为正常高，高程坐标单位为“米”；

地图投影：地图投影采用地理坐标，用经纬度表示；

数据尺度和精度：坐标值以“度”为单位，用双精度浮点数表示，至少保留9位小数。

2.2 精度指标

平面精度与高程精度：与国情监测成果一致；

数据容差：存储拓扑容差0.01米（0.00000008983153度），数据采集点距应大于0.2米；

数据现势性：数据总体现势性为2019年6月30日。

2.3 数据集结构

数据集更新涉及到相关图层（如表1所示）：

表1 更新图层说明

2.4 更新技术路线

2019年全集水网数据集的更新主要是将2017年和2018年面状、线状以及点状变化的水系内容并入本底水网数据中，包括新增和修改[3]。更新时注意新增河渠保证数字化方向与水流方向一致；新增河渠的编码，保证代码全局唯一性；新增湖泊水库编码，保证代码全局唯一性。技术路线图（如图1所示）：

图1 技术路线图

3.更新方法

3.1 数据准备

（1）2016年，在原国家测绘地理信息局的统一安排下，国家基础地理信息中心组织进行了水网数据优化处理，形成了全国全集水网数据集CHydDataset。本次水网数据集制作的本底数据就采用了2016年生产的全集水网数据集CHydDataset；

（2）2017年基础性地理国情监测时更新的水系相关图层和监测影像；

（3）2018年基础性地理国情监测时更新的水系相关图层和监测影像。

3.2 属性结构更新

检查CHydDataset数据集中的各层数据，如果没有ChangeType和ChangeAtt属性项，按照《基础性地理国情监测数据技术规定》（GQJC01-2019）5.1.1.5节对地理国情要素变化信息通用属性项的要求，增加相应的属性项。

3.3 数据更新

3.3.1 分析2017年、2018年CV_HYDL和CV_HYDA数据层的增量变化信息（变化类型为2的）对其进行更新。分别提取新增的线状和面状数据并更新到CV_HYDL和CV_HYDA图层中，如图形是新实体，还需按照河流名称编码规则对新增的河渠。湖泊和水库进行编码，并添加到河流实体关系映射表。对于新增和修改的河渠，要确保水流方向与数字化方向一致，处理好与汇入的上级河流汇接关系。

3.3.2 根据上述 2017年、2018年本底数据中V_HYDL和V_HYDA层中修改过的水体要素，对CV_HYDL和CV_HYDA中相应要素进行更新。其中，变化类型为1的（图形伸缩），需要将CV_HYDL中相对应的图形参照UV_HYDL更新线划；变化类型为-1的（更新时打断），需要参照UV_HYDL将对应的CV_HYDL图形做打断处理，属性项保持不变。

3.3.3 标记为灭失的要素（变化类型为3的），更新时对图形做物理删除处理，同时注意是否在CT_HYER中应不再有该代码，以及其他数据层中关联此代码的要素是否需要更新。

3.3.4 修改过的河渠与湖泊，如果CHydDataset中本底数据所反映的实体构成未变化，在更新图形后，其编码应保持不变，名称及其他属性若有变化，应进行更新。对上述更新涉及到的要素，进行水网更新处理，使其与本底数据CV_HYDL和CV_HYDA中已有要素合理衔接，形成完整的水网体系。

3.3.5 若面状水体的高水界发生明显变化（扣除套合差超出10米以上的），应依据2019年监测影像对CV_HYDA层数据更新，并联动更新CV_HYDL层的河渠结构线，同时按照变化信息记录要求，在数据层的ChangeType和ChangeAtt字段中记录变化类型和变化属性字段名称。

3.3.6 更新注意事项如下：

（1）河渠的更新

具体更新步骤包括：河流流向整理、河流实体确定（名称的确定）、河流等级划分、河流名称编码。

（2）河流要素流向的确定

确定河流的流向时需参照以下依据，主要包括：依据数据、资料、野外调绘，核查流向字段；依据拓扑关系推断；依据影像推断（沙洲形态等）；有DEM依据汇点检查推断。

（3）河流实体确定

河流有具体的名称则可被视为该名称下的一个实体，无名河流依据唯长唯远的原则，从最远端到汇入其他河流实体的部分视为一个实体，一组无名河流可按主流支流的顺序确定河流实体。确定的同时参考自然、历史、文化等因素判断河流源头和主支流。无资料时利用影像帮助确定主流支流；河流明显较宽的是主流；汇入口泥沙淤积形状，水量大的一边是主流。

主干有名称，所有上游无名称或名称不同是分为以下两种情况处理：多源情况，上游支流与主流构成一个实体，例如：珠江三源；溯源情况，按选取原则选择源头，构成实体。主干河流每一段名称不同，整个作为一个实体，选择一个主要名称作为整条河流名称，其他名称作为不同实体。

（4）河流名称确定

CT_HYER表记录所有的河流名称，包括每一段的名称。

河流主要名称在水利普查数据有名称时以其为主，水利普查数据无名称时按地理国情监测数据、1∶1000000河流数据、其他资料的顺序确定，所有资料均无名称时，使用编写的河流名称代码代替。

（5）平原水网密集的水渠处理

按照名称实体化，无名称的按形态选取主要水渠实体化出形态骨架，连通困难的小水渠的可直接实体化。实体化顺序为由主流到支流；实体化修改时河流名称代码表联动修改；调水工程等立交河流线划不打断。

（6）河流等级划分

1至5级河流：按照1∶1000000地形数据库中全国河流名称代码规定确定；

6级河流：每一集水区单元的主要河流应被定义为6级以上河流，主要河流可参照流域名称选取实体，原则上一个集水区单元内只选取一条6级以上河；

7级河流：集水区单元内除主要河流外，适当选取5000米以上主要支流河流定义为7级河流，选取应选择主要支流，并保证能正确反映河网形态；

8级河流：集水区单元内适当选取7级以外1000米以上河流定义为8级；

9级河流：1至8级未选取河流均归入九级河流。

在确定等级的同时，应注意保持各等级河网形态，还要保证汇流关系正确，一般情况下不能出现高等级河流汇入低等级河流现象。

（7）湖库坑塘的更新注意事项

湖泊、水库、坑塘实体确定依据数据与指定资料；水库必须来自于水利普查数据中的97975个；湖泊必须包含水利普查的3000多湖泊；

湖泊、水库、坑塘的分级按照如下标准：

1-4级参照《中国主要山脉水系资料图》（1∶3000000，1983）；

第5级为1∶250000地形数据库中有编码且不是1-4级的湖泊、库塘；

第6级为其他大于1km2的湖泊、库塘（前期已采集，需检查）；

其余数据均划分为第7级；

湖泊、水库、坑塘与河流相交时，在CV_HYBP层生成一个河流上的点。

（8）障碍点与关联点

障碍点：将大坝、水闸、水电站、泵站的要素位置调整到河流结构线上，用定位点记录于SFCP层，生产不要求打断河段，构网建库运算时再打断。

关联点：与河流关联的湖泊生成一个点写入。

3.4 数据正确性核查

数据成果质量至关重要，针对本产品质量不但要加强过程质量控制，更重要的是对成果进行全面检查，主要从以下几方面开展成果检查[4，5]。

（1）河渠水流方向检查：定水流方向是否和结构线数字化方向一致。

（2）河渠图形连通性检查：利用水网分析查找不能构网的孤立水系，对于具有汇流关系的河流由于只采集到面状水体岸线处未实现与联通河流结构线相接的情况，应补充采集使其交汇到上级河流的结构线上；入海、入湖的河流和人工水系结构线应采集到或采集过岸线。

（3）河流湖泊实体正确性检查：具有相同编码和名称的河流和湖泊要素的集合视为一个实体。

检查内容包括：（1）构成该实体的几何要素是否完整或多余；（2）各项编码是否符合编码规则；（3）实体名称是否正确；要素关联关系正确性检查。

4.结束语

基于2017年、2018年基础性地理国情监测数据成果，提取自2016年以来新增和变化的水系要素，针对不同变化类型采用相应的更新方式，对2016年全集水网数据集进行更新。再对更新成果的各项正确性进行必要的核查，最终得到详实、准确、现势性好的水网数据，进一步优化了全省水系网络。为今后开展水资源管理，自然资源调查监测管理等提供基础数据服务。