内河电子航道图数据交换技术研究
摘 要：基于内河电子航道图相关标准与规范，开展数据交换技术研究，通过数据交换模型建立、基础数据与过程数据分层、分类与编码设计，在统一的数据处理平台下实现数据交换过程，为内河电子航道图数据组织、交换与应用提供有效的方法和手段，促进内河航道空间数据资源共享与信息交换。
中国论文
关键词：内河电子航道图 数据交换
中图分类号：U675.81 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0001-02
内河电子航道图是利用计算机、地理信息等技术，依据相关标准规范，对航道要素信息进行整理、处理后按照一定生产流程制作而成的标准化数字地图，包含丰富的助航标志、航道地形、渡口、码头、桥梁等临过河建筑物及其它与航道管理、航运安全相关的数据内容。随着我国现代化水运体系建设与内河水运发展的不断跃进，内河电子航道图已成为数字化、智能化航道建设必备的基础性资源，在船舶通航、航运管理、安全监管、应急救援等应用中发挥着重要作用。
目前，内河电子航道图存在数据标准不统一，数据格式多样等问题，无法进行有效的数据交换以满足信息共享平台及应用系统的实际需求。该文试通过内河电子航道图数据交换技术研究，为其数据组织、交换与应用提供有效的方法和手段，促进内河航道空间数据资源共享与信息交换。
1 数据交换技术综述
我国主要内河，如长江、西江等，电子航道图建设的实际情况是：部分GPS终端加载GIS范畴的航道图，部分AIS终端加载电子海图，港航管理部门业务系统使用的航道图大部分属于GIS图，因此，存在数据标准不统一的问题，同时，由于应用需求不同，数据格式多样，包括GIS矢量图、测绘CAD图、S-57格式电子海图等，导致电子航道图数据自成体系、互不兼容、无法实现数据交换和信息共享，难以保证电子航道图系统的整体性和一致性。
内河电子航道图数据交换基于国内外电子航道图相关技术标准及内河电子航道图空间和属性数据要求，通过建立通用的数据交换模型并制定相应的交换规则，如分层、编码等，根据不同的应用需求，实现测量、测绘数据、GIS数据、电子航道图（IENC）数据之间的数据交换、转换或融合。
2 数据交换模型
内河电子航道图生产或制作以基础数据为数据源，通过对基础数据进行要素分层、分类和编码，可以规范数据内容，保证数据交换过程中能够按照规定整理、处理，形成内容丰富、使用灵活的过程数据（或称作中间数据、交换数据），过程数据按照电子航道图相关标准（IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG IENC等）进行组织，包括要素分层和编码等。
基础数据交换为过程数据通过数据映射规范进行，通过要素映射定义、属性映射编码规定，保证数据交换内容的正确性和完整性。过程数据通过内容完善、处理、检验，按相应的生产过程输出为不同格式的应用数据，包括IHO S-57或IENC标准的电子航道图数据（*.000格式），以及其他主流空间数据格式（如ArcGIS Shp格式等）。
数据交换在统一的数据交换平台下，按空间和属性数据交换标准规定和要求进行，交换流程如图1所示。
3 数据分层、分类与编码
3.1 基础数据要素分层
为了有效解决航道基础地理信息内业处理业务过程中，数据因分层混乱而导致处理、转换困难等问题，对航道数据要素分层进行规范是非常必要的。
航道测量主要依据《水运工程测量规范》（JTS 131-2012），参照《基础地理信息要素分类与代码（GBT 13923-2006）》，将基础数据要素分为测量控制点、水系及附属设施、居民地及垣栅、交通及附属设施、管线及附属设施、境界与*区、地貌、植被与土质等8层。实际测量数据在相应的图层上进行绘制，各层包括的主要要素如下：
（1）测量控制点层。
测量控制点层主要包括测量控制点、三角点、图根点、GPS控制点等要素。
（2）水系及附属设施层。
水系及附属设施层主要包括河流、沟渠、堤岸、船闸、水闸、水坝、系泊设施等要素。
（3）居民地及垣栅层。
居民地及垣栅层主要包括房屋、建筑物、装卸设备、传送设备、气象站、水文站、栅栏等要素。
（4）交通及附属设施层。
交通及附属设施层主要包括道路、桥梁、码头、航标、信号设施、渡口、导航线等要素。
（5）管线及附属设施层。
管线及附属设施层主要包括管线、电力、通信线缆、变电站等要素。
（6）境界与*区层。
境界与*区层包括地面地带要素。
（7）地貌层。
地貌层主要包括地貌和土质、高程点、等深线、等深点、斜坡、陡石、人工地貌等要素。
（8）植被与土质层。
植被与土质层主要包括林地、草地、园圃等要素。
3.2 基础数据要素分类与编码
从内河电子航道图生产与应用的角度出发，依据《水运工程测量规范》（JTS 131-2012），参照《基础地理信息要素分类与代码（GBT 13923-2006）》对地形要素的分类标准，将基础数据要素类型按照从属关系依次分为：大类、中类、小类、子类四级。
分类编码采用六位十进制数字表示，分别为按照数字顺序排列的大类、中类、小类、子类，编码结构见图2。
（1）左起第一位为大类码；
（2）左起第二位为中类码，在大类基础上细分成的要素类；
（3）左起第三、四位为小类码，在中类基础上细分成的要素类；
（4）左起第五、六位为子类码，在小类基础上，结合实际应用需求细分成的要素类。
要素分类与编码可根据实际应用情况进行扩充，扩充原则如下： （1）要素的小类、子类应在同级的分类上进行扩充，扩充的小类、子类应归于相应的中类及小类；
（2）对于属于同一子类的不同实体对象（如名称相同但几何类形不同的实体），其编码的扩充按照不同的子类进行对待，即沿用子类的扩充原则，在现有子类的基础上进行依次扩充。
3.3 过程数据分层与编码
参照IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG要素目录，对过程数据要素进行分层，不同几何形状的同一要素按点、线、面作独立的分层。参照IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG IENC要素编码指南，对过程数据要素进行编码。编码样例见表1。
参照IHO S-57，JT/T 765-2009，IEHG IENC要素编码指南，确定属性映射编码、值域类型及内容。映射编码样例见表2。
4 数据交换平台
数据交换在统一的数据交换平台下进行，数据交换平台的性能直接影响数据交换的效率和结果，因此，应当选择高性能、高处理能力、自动化程度高的平台软件。目前，国内外先进、主流的空间数据处理平台软件包括ArcGIS和SuperMap。为使整个数据交换过程的能够顺利实现，数据交换平台应满足以下基本要求：
（1）支持常用空间数据格式的自动转换；
（2）支持批量数据转换；
（3）支持投影变换和坐标操作，支持“1954北京坐标系”、“1980西安坐标系”、“WGS84世界大地坐标系”、“2000国家大地坐标系”等通用或常用坐标系统；
（4）支持数据内容参数设置，包括比例尺、数据范围、图层及交换格式等；
（5）支持用户通过映射文件定制转换；
（6）可以通过脚本文件方式进行数据转换；
（7）良好的格式扩展性，方便增加新格式；
（8）良好的事件处理和日志信息显示。
通过配置或定制相应的数据处理环境，数据交换平台实现如下功能：
（1）数据检验与导入处理。
数据检验内容包括物标编码、物标属性等，通过检验后按照基础数据与S57物标类映射关系批量导入。
（2）数据管理、编辑与显示。
数据管理、编辑与显示环境实现数据的浏览、组织和管理功能，实现数据的加载、编辑、修改和更新等功能。
（3）数据校验与校正。
通过预配置的S-58及空间校验条件对添加的数据进行检查，对不符合条件的数据内容，通过相应的工具进行数据的自动修改和校正。在要素关系方面，通过拓扑功能实现数据错误自动检查功能。
（4）质量控制与审核。
数据质量检查和可视化管理数据质量信息，包括要素数量、要素属性、空间属性、数据完整性、数据精度等。
（5）产品生成、维护与管理。
对内河电子航道图内部版本、历史版本、定制版本等进行管理和维护。
5 数据交换质量与问题处理
内河电子航道图基础数据应来源于具有国家、行业测绘资质的专业地图数据公司或国家、行业测绘主管部门。在数据处理、组织、交换等各个环节，应严格遵照分层、分类、编码规定，最大限度地保证地图数据的几何精度和属性精度，保证数据内容信息最小化地丢失（损失）。数据交换后，应满足以下质量要求：
（1）空间要素无丢失；
（2）空间要素位置无偏移；
（3）空间要素几何精度符合要求；
（4）空间要素属性内容完整无丢失；
（5）空间要素属性内容真实无误。
在基础数据、过程数据组织与数据交换过程中，难免会因为数据操作失误、数据内容错误等原因，造成数据交换质量不符合要求，数据交换质量问题产生的主要原因及处理方法如下：
（1）水工数据通常使用地方坐标系，地方坐标系需要保证坐标转换参数精度，才能保证转换后的结果正确。
（2）数据偏移导致的问题是由于原始数据缺少坐标系信息，同时也缺少投影转换参数导致，电子航道图数据默认使用WGS84投影坐标，参数投影转换使用软件的默认参数。
（3）未按图层要求归类物标要素，导致在制作电子航道图数据时对真实世界的描述可能出现编码错误，而多种不同种类对象放在一个图层中，则导致需要大量的人工操作提取有效信息。应当按照标准要求组织数据内容。
（4）属性丢失导致在制作电子航道图数据时对某些特征物标编码出现错误，而缺失的属性字段在进行数据检查时会被检查出错误信息。必须保证必填属性的内容完整、正确。
6 结语
内河电子航道图数据交换技术在统一的数据交换平台下导入源数据，按照相关标准及数据交换模型组织数据内容、分层与编码，形成过程数据，经过整理、完善、优化、检验后，可交换为共享数据或生产输出为多种格式的应用数据，对内河电子航道图基础测量（测绘）数据处理、数据内容规范、数据交换与应用等具有较高的实用价值。
参考文献
[1] IHO S-57.国际海道测量组织水道测量数据交换标准[S].
[2] 大连海事大学，长江航务管理局，长江航道局.长江电子航道图制作规范[S].2009.