长江电子航道图数据预处理技术研究

刘思航　李晓雨　周冠男　袁渊　杨保岑

摘要：近年来，电子航道图在内河航运中开始广泛运用。本文通过对制作规范的深入研究，结合电子航道图数据预处理实践，研究了数据预处理软件改进和数据转换入库的技术方法，并结合实例进行了分析。实践证明，这些技术方法可有效提高数据预处理效率，保证数据质量。

关键词：长江电子航道图；数据预处理；CJ-57；S-57；物标

中图分类号：U612.26 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）06-0030-02

目前，我国正在大力开展内河航运信息化建设，并以数字航道、智能航运为信息化建设的阶段性目标。内河电子航道图是数字航道的核心部分，给船舶行驶及航道管理提供了极大的便利，也为长江航运和航道维护管理带来了革新。近年来，长江航道采用ArcGIS平台Nautical解决方案研发了长江电子航道图生产编辑系统，实现了同时满足《国际海道测量数据传输标准》（以下简称S-57）和《长江电子航道图制作规范》（JT/T 765）第2部分（以下简称CJ-57）标准的电子航道图的生产。

这种全新的生产模式实现了全链条的基于数据库的电子航道图生产技术，能较好地适应长江航道频繁变化的实际情况，同时也对导入电子航道图生产系统的预处理数据提出了更高的要求。笔者结合长江电子航道图数据生产工作，研究电子航道图数据预处理技术。

1.电子航道图数据预处理规范制定

根据长江电子航道图建设的总体要求和方案，参照现有S-57、CJ-57、《水运工程测量规范》（JTS 131-2012）、《内河助航标志》（GB5863-93）等标准，结合生产工作实际情况，研究制定《长江电子航道图数据生产预处理规范》。

该规范依据数据处理方法和更新频率，将预处理数据分为三个部分：水深数据、航标数据及其它数据。其中，水深数据以文本格式存储，进行坐标转换后，导入电子航道图生产系统；航标数据从航标信息管理系统导出，通过建立属性字段的映射关系，借助转换工具导人电子航道图生产编辑系统，并在此过程中实现物标拆分和属性赋值；其它数据即除水深和航标以外的其它制图数据，由于包含多种制图要素，几何类型和属性信息相对复杂，预处理过程中需解决以下三个方面的问题。

1.1制图要素与物标的对应关系建立

制图数据和CJ-57标准数据都是对与水文相关的地理实体进行的不同目的、不同程度的抽象，这使得在建立对应关系的过程中，存在地理物标对应的复杂性和多样性。通过深入研究CJ-57物标、物标几何图元及属性，充分考虑内河水域相关特点，通过分类对比、聚类分析、归属合并等方法，建立了制图要素与物标的对应关系表。部分示例见表1：

对应关系建立过程中，充分考虑了测量人员的使用习惯，不改变其编码和几何类型，但由于CJ-57规定的部分物标在内河航道测量标准中并未规定，因此没有相应的制图要素（包括编码和几何类型）存在，则需添加此类要素。另外，当制图要素几何类型和物标几何图元不一致时，不改变制图要素几何类型，通过物标制作技术，借助转换工具实现几何形状变化后导入电子航道图生产系统。其它物标，如LNDARE（陆地区）、DEPARE（深度范围）等，在电子航道图生产编辑系统中通过二次开发直接进行处理。

1.2制图要素属性设计

制图数据侧重于图形的出版效果，较少甚至不考虑要素的属性，而物标对其属性的依赖性决定了其属性的重要程度，在预处理数据转换入库过程中，属性转换的准确性和完备性是转换质量的重要衡量指标之一，为了提高转换质量，依据CJ-57物标类的相关属性集来设定制图要素属性表的必填字段及选填字段，物标必备属性对应制图要素的必填字段，物标可选属性是否作为字段或者作为必填字段由具体应用决定。部分示例见表2：

2.电子航道图数据预处理软件改进与开发

依据制定的《长江电子航道图数据生产预处理规范》，在清华山维平台已有的分层分类、编码规定、符号制图的功能基础上，主要针对扩展属性设计、辅助工具开发、质量检查等方面进行改进和开发。

2.1扩展属性设计

清华山维平台提供了属性编辑功能，可以将要素属性以表记录的形式存储在数据库表中。依据预处理规范，对要素属性表进行设计，为方便对应，采用要素编码与属性表挂接的方式，并以物标名称作为表名；为避免必备属性值漏填，在必备属性字段名称前添加了“*”作为提示。另外，CJ-57中规定了枚举型（E）和列表型（L）属性字段的期望输入值及相应的标识号，依据这一规定，设置属性字段的码域，录入时直接选择相应的类型，提高工作效率。以UWTROC（暗礁/适淹礁）及对应要素为例，其要素属性修改界面见图1。

2.2辅助工具开发

清华山维平台提供了脚本语言以支持数据处理功能扩展，其脚本语言遵循VBScript和JScript语言标准，支持用户二次开发，使用者可根据集成命令、语言规则、函数等方便快捷实现诸如数据整理、数据转换、数据检查等应用。

电子航道图数据预处理过程中有一部分重复性的工作，且处理过程具有严格的逻辑规律，可以通过脚本工具来实现自动化地批量数据处理。现以注记数据为例说明脚本设计思路，如图2：

实现过程为，在清华山维平台中进行框选，只要框选范围内包含要转换的注记即可，运行脚本，在弹出对话框中填入待转换注记的注记分类码，即可实现转换。

2.3质量检查

为保证预处理数据能够准确的导入电子航道图生产编辑系统，控制预处理数据的质量是电子航道图数据预处理工作的关键任务之一。本项目开发了一些脚本工具和第三方检查软件，用于辅助人工检查。主要检查内容包括：①要素有无遗漏；②要素编码检查，主要是检查要素编码选用是否正确；③要素属性检查，主要是检查属性值填写是否完整、是否有相互矛盾和冲突的属性值等；④水深的基本检查，主要是检查水深点和等深线之间的关系；⑤要素绘制检查，主要是检查数据逻辑错误，如线自相交、悬挂线等。

3.数据转换入库

数据经过预处理和质量检查后导人电子航道图生产系统进而进行源数据编辑和产品生产。在数据转换入库过程中要完成数据格式转换、坐标系统转换、物标匹配、属性赋值、部分要素几何形状变化处理等。

3.1格式转换和坐标系统转换

通过数据格式转换，可以实现属性和图形的完全转换，本文采用此方式将经过预处理和质量检查的数据转换成SHP格式后导入电子航道图生产编辑系统。

导人过程中，还需要解决坐标转换问题，即由1954年北京坐标系（BJ54）转换为2000国家大地坐标系（cGCS2000）。两个坐标系属于不同的空间基准，包括坐标系的平移、旋转以及尺度因子，为保证精度，采用布尔莎（Bursa-Wolf）七参数转换模型实现转换。

实际生产中均匀选取全线21个控制点进行精度验证，通过统计，控制点水平方向偏移量范围为-0.0009-0.0558m，垂直方向偏移量范围为0.0018-0.0408m，在允许误差范围内。

3.2知识库建立

知识库的建立可提高数据转换的自动化程度，减少物标匹配、属性赋值、要素几何处理等人机交互的工作量。知识库依据预处理规范建立，采用ER模型进行设计，主要包括3张关系表：①制图要素编码与要素类、子类数据模型将CJ-57物标以子类的形式进行组织，用于ENC的高效生产和便捷管理）、子类代码对应关系表；②物标属性提取规则表；③要素几何形状变化规则表。目前，通过知识库的建立和转换工具的应用，已实现数据自动入库，可有效提高数据生产效率。

4.结语

长江电子航道图数据预处理工作是电子航道图生产过程中的重要环节，本文研究了电子航道图数据预处理工作的若干关键技术方法，重点研究了规范制定、软件改进、数据转换入库三个过程中的难点问题和解决方法，对电子航道图数据预处理工作有实际意义。经三年的实践检验表明，本文研究成果可显示简化电子航道图数据预处理中的人工操作工作量，提高数据生产效率。