内河通航环境数据采集及相关系统设计与应用

李明轩 林海

摘 要：为建立全面、准确的通航环境要素数据库，开发建设通航环境数据采集移动端APP，包含数据采集功能模块、采集数据存储与管理服务模块、采集数据合规性检查及统计分析模块等，用于现场采集和录入通航环境数据。利用先进的卫星遥感技术结合佐证材料、外业现场核实等手段对已采集通航环境数据的准确性、全面性进行核查，对遗漏数据进行补充完善，对错误数据进行校正修改。并将核查后的通航环境要素数据进行矢量化，在已有的电子江图系统基础上建立通航环境要素数据库，实现通航环境数据采集和管理，夯实通航管理基础。

关键词：通航环境数据采集;数据管理;软件设计

中图分类号：U612           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）05-0051-04

湖南省現有通航河流373条，航道总里程11968公里，居全国第3位。湖南省航运以洞庭湖为中心，湘、资、沅、澧四大干流为主干，沟通全省、通达长江。“四水”作为湖南水运主要载体，水系四通八达，各类通航设施错综分布。

由于通航环境要素种类繁多、位置分散，且部分通航环境要素地理位置特殊，数据采集工作量大，数据资料收集难度大。部分区域信号不佳信息采集不准等问题，数据采集方式存在人为误差、设备仪器误差等因素，导致数据存在位置、属性信息不准确、不完整等问题，通航环境要素数据需要进一步核实验证。

1技术方案

通航环境要素数据采集涉及码头、泊位、渡口、渡运路线、交通管制区、停泊区、船舶定制区（船舶定线制）、禁航区、禁锚区、安全作业区、锚地、船厂（含船台、船坞）、取排水口、水上管线（含跨越段）、水下管线（含穿越段）、桥梁（含通航孔）、沉船沉物、通航建筑物（含闸坝、升船机）、航道、AIS基站、CCTV点、VHF基站、外部救助单位、溢油应急力量、打捞力量、潜水员、专业救援力量分布点、水上搜救中心、海事、港航、海事公安消防等机构、航道机构、防汛设备存放点、水上服务区、水上过驳区、信号标志、专用标志、安全标志、航行标志、水文站、水上加油加气站、滩险、管辖区域、航道整治建筑物共计48类通航要素，共366项数据字段。

1.1通航环境要素数据库设计

根据需求分析，数据库需能兼容不同类型的矢量，且需具有较高的稳定性和安全性，因此选择Oracle 11g作为项目数据库。

1.1.1通航环境要素种类确认

本项目根据湖南水运特点，深入水运各业务部门调研，综合考量湖南省实际水运业务需求，在对要素种类多次进行删除、新增、修改后，最终根据行业专家意见确定为48类要素。具体要素种类详见表1。

1.1.2通航环境要素数据属性结构确认

各要素属性结构的确定，包括确定每类要素需包含的字段名、字段属性值值域范围等。在融合了部海事局通航环境管理系统要素属性字段结构、深入水运各业务部门进行相应的调研确认，各部门结合实际业务需求对属性字段结构进行新增、删除、修改的调整后最终确定属性字段结构表。同时在项目实施过程中根据实际情况及时对字段的属性值值域范围进行调整，在此两项工作的基础上形成了全省48类、共366项数据字段的通航环境要素数据结构表文件。

1.2通航环境数据采集流程

（1）通航环境数据采集软件开发。根据通航环境数据采集需求及数据管理需求，基于已有的电子江图系统进行定制开发，主要包含以下功能：数据采集功能、采集数据存储与管理服务、采集数据合规性检查及统计分析。

（2）影像购置与处理。采购所涉区域（主要为航道辐射区域）高分辨率遥感影像。分别对所获取的影像数据进行辐射校正、正射校正、融合、镶嵌和裁切等处理，并进行投影转换、格式转换等标准化处理;

（3）通航环境数据采集。数据采集人员通过手机APP软件采集各类通航要素。

（4）数据核查。基于高分辨率遥感影像将采集通航环境数据的坐标信息与影像底图叠加，根据遥感影像图逐要素核实其准确性，包括通航环境数据的要素信息、类型、经纬度坐标、起点位置、终点位置、范围、长度等。

同时，需结合相关要素材料（如批复文件、照片等）对所采集上传的通航环境要素信息进行核查，包括逻辑性、合理性、准确性审核;

（5）成果出具。完成以上采集核查工作后生成通航环境要素采集矢量化成果，并出具相关统计表格、专题图、专题报告;

（6）数据入库。将通航环境要素矢量化成果导入通航环境数据采集系统数据库。

2 通航环境数据采集系统设计

通航环境数据采集系统软件在已有电子江图系统的基础上进行开发。PC端主要功能模块：数据接收、数据审核、报表统计、账号体系、权限控制、佐证材料上传下载等相关功能;APP端主要功能模块：采集模块及数据查看、上传、修改模块。APP地图与PC端地图保持一致，均沿用电子江图底图。

2.1手持端APP采集软件设计

APP采集软件系根据通航环境要素数据的种类、范围、功能等特征定制开发的一款APP。软件运行平台为安装有安卓系统的移动智能手机，其核心功能为利用GPS、LBS定位方式对通航环境要素数据中涉及的点目标、线目标、面目标进行采集，记录并搜集目标坐标、相关矢量数据以及基础属性信息，同时辅助于手机照相功能对现场情况进行拍摄取图，并在照片上打印要素点位的定位信息。最后通过3G、4G或无线WIFI网络将采集数据上传至后台服务器。

2.2 PC端通航环境数据管理系统研发

PC端管理软件主要功能为接收、管理、展示、审核、统计、修改已上传的数据。利用直观的电子江图作为底图，在此基础上对已上传的各类通航环境要素数据图层进行灵活的切换和组合。作为数据接收端提供严谨的数据传输策略，对各类矢量数据进行计算并入库。将所有要素按照种类进行分类并展示出来，提供完整的查询、修改、审核、统计等功能。

3 通航环境数据核准

3.1影像获取

湖南省通航环境数据采集核查项目涉及48类通航环境要素，主要对通航环境要素的坐标、范围、长度、宽度及附属设施等数据的核查验证。

本项目通航环境数据采集，影像要求覆盖湖南全省一湖四水流域范围，即湖南境内的湘江、沅江、资水、澧水及洞庭湖区域。为满足项目通航环境数据内业遥感影像核查需求，选择0.8米空间分辨率光学遥感影像资源，星源为常用的國产亚米级遥感卫星数据高分二号、北京二号，在剩余无法覆盖的区域获取时效性较差或分辨率稍低的遥感影像作为补充，卫星数据主要参数如表2所示。

通常单一卫星数据或单一平台来源难以满足覆盖指定区域指定时段的项目需求，本次最终使用北京二号资料源80景，高分二号卫星影像资源45景，全域覆盖共125景影像覆盖范围示意图见图1。

上图中，绿色格网为每景影像范围，红线区域为影像的原始申购范围。从图上可知，遥感影像落图基本满足了湘、资、沅、澧及洞庭湖区全域覆盖的需求。

本次所采用的遥感影像时相以2019年6月—2019年12月为主。对局部区域存在部分历史存档影像补充（2019年6月前影像），共8景，见上图亮蓝色区域。对所获得的分辨率为0.8米的高分二号、北京二号原始影像数据进行辐射校正、正射校正、匀光匀色、配准、融合等一系列操作后，形成满足项目要求的高精度正射影像数据。具体作业流程如图2所示：

3.2数据核准

利用先进的卫星遥感技术、结合佐证材料，并通过现场内外业核查相结合的方法对已采集通航环境要素数据进行核查，确保数据的准确性、全面性，以此建立全面、准确、权威的全省通航环境要素数据库，夯实通航管理基础，为更好地开展海事安全监管工作提供决策依据。

利用高分辨率遥感影像数据对通航环境数据进行核查验证，一方面凭借高分遥感范围广、效率高、直观形象等特点，能够形成直观、全面、真实的通航环境数据核查成果;另一方面，遥感技术作为绿色高效的信息化工具，能够减轻业务工作量、提高工作效率和经济效益。

4 成果分析

4.1软件成果

（1）手持端APP外业采集软件。APP采集软件是基于湖南电子江图并结合水运要素采集的实际情况开发，集通航环境数据采集、展示、修改于一体，支持4.1.0及以上的安卓设备

（2）PC端通航环境数据管理系统提供通航环境要素数据管理功能。数据来源主要包含：用户使用手机APP采集并提交上传的数据;电子表格数据。支持相关佐证材料的上传、下载、江图地图及各要素图层加载展示、相关统计报表及数据明细报表导出等。

4.2数据采集成果

数据成果：统计表和数据明细表2类，统计表为对已入库数据分要素进行统计。已入库规范化后的48类要素、共计12078条要素记录，如图5所示。

4.3成果应用

（1）提高了通航环境数据的准确性。通过对通航环境数据采集、通航环境数据的高分遥感影像核查、佐证材料和外业核查，确保通航环境数据位置及业务属性信息的正确性;对48类通航环境要素的名词解释和统计范围进行规范化确认，保证了要素归类统计方法正确性和通航环境数据一致性、准确性。

（2）为相关业务系统提供数据支撑。将核查无误的成果数据导入通航环境数据库，建立通航环境数据库。为其他平台提供数据服务，同时也为各业务部门日常工作的开展提供基础数据支撑。在权限控制方面，各个机构之间的数据采用背靠背的方式进行展示，便于上下级机构的垂直管理。作为基础数据来源的唯一入口，在设计之初就考虑到与其他系统的融合问题，可对外提供各种类型接口，共享基础数据，为其他业务系统提供可靠的数据源。

（3）为行业管理提供基础数据。通航环境数据采集系统的建设解决了基础设施数据的信息化程度较低，基础数据掌握不清，无法直观掌握基础设施的分布现状等问题，对要素属性信息和轨迹信息形成有效的管理，有利于智慧交通的统筹建设。

系统正式投入使用之前，业务人员上报数据的主要形式是通过电子表格的方式进行填写，无法快速地反馈到省局，也无法保证数据格式的一致性，缺乏有效的审核机制，不能保证数据质量。本系统作为通航要素数据的唯一入口，从采集、上报、审核、成果形成几个步骤层层把关，能够做到数据来源真实、数据时效性强、数据属性全面。当要素发生改变也可以通过系统进行实时更新。智能手机的普及，让用户能够及时地、实时地获取最新的要素属性信息和轨迹信息，为基层业务工作开展提供了强大的数据支撑。

5 结语

通过前期充分调研，结合湖南水运特点，完善了48类通航要素及相关字段，开发一套以手持端手机APP和PC端数据管理系统相结合的系统。在现有数据的基础上，用户可使用系统对数据进行采集、修改、上报、管理等操作，从而实现上报流程的简易化和数据格式的一致性，为通航环境要素数据提供统一的数据来源，对夯实通航管理基础有重要意义。