辛全波，畢金強(qiáng)*，房新玉,2，楊東遠(yuǎn)

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津 300456；2.天津水運(yùn)工程勘察設(shè)計院 天津市水運(yùn)工程測繪技術(shù)重點實驗室，天津 300456)

目前，我國以數(shù)字航道、智能航運(yùn)為信息化發(fā)展目標(biāo)，大力開展內(nèi)河航運(yùn)信息化建設(shè)。電子航道圖作為“數(shù)字航道”建設(shè)的核心內(nèi)容，起著數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和系統(tǒng)支撐的關(guān)鍵作用。近年來，江海聯(lián)運(yùn)促進(jìn)了內(nèi)河航運(yùn)的發(fā)展，對電子航海圖與內(nèi)河電子航道圖的銜接提出了新的要求。在此背景下，內(nèi)河電子航道圖的建設(shè)要以符合電子航海圖的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為前提。內(nèi)河電子航道圖是在遵循國際航道測量組織發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下，融入了大量內(nèi)河航道要素[1-2]，以更準(zhǔn)確地表達(dá)內(nèi)河的特征。但是，對于內(nèi)河特有的要素，《數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》(簡稱 S-57)中沒有準(zhǔn)確的物標(biāo)與其對應(yīng)，往往采用最為接近的物標(biāo)編碼[3]。

出現(xiàn)上述問題的原因在于電子海圖最初針對航海設(shè)計，更加注重國際化和標(biāo)準(zhǔn)化，而內(nèi)河電子航道圖針對特定內(nèi)河，相對比較封閉、獨立，尤其我國內(nèi)河眾多，各內(nèi)河在建設(shè)電子航道圖時，需要結(jié)合航道的實際情況開展工作，對與國際標(biāo)準(zhǔn)的對接問題重視程度不夠。隨著江海聯(lián)運(yùn)的興起，二者的銜接和統(tǒng)一成為重要研究內(nèi)容。因此，在保證國際標(biāo)準(zhǔn)電子航海圖應(yīng)用的前提下，如何構(gòu)建通用的內(nèi)河數(shù)據(jù)模型來滿足內(nèi)河電子航道圖的個性化數(shù)據(jù)需求是研究的關(guān)鍵。此外，內(nèi)河間存在地域差異，其數(shù)據(jù)內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域不盡相同，如何在國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上根據(jù)實際情況對內(nèi)河數(shù)據(jù)模型進(jìn)行靈活擴(kuò)展也是重要的研究內(nèi)容。

許多研究[4-7]結(jié)合具體區(qū)域的實際情況，針對特定內(nèi)河開展電子航道圖標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作，并對電子航道圖顯示與應(yīng)用中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。截至目前，國內(nèi)多家單位開展了內(nèi)河電子航道圖的研究工作，其中，長江航道局[5-8]研究最為深入，制訂了具有長江特點的一系列電子航道圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并搭建了長江電子航道圖生產(chǎn)系統(tǒng)，形成了完整的服務(wù)體系。隨后，針對珠江、西江、贛江等河流，相關(guān)單位也相繼發(fā)布了符合自身特色的內(nèi)河電子航道圖。隨著研究的深入，國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)認(rèn)識到統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是實現(xiàn)內(nèi)河電子航道圖數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的關(guān)鍵保障[9]，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《內(nèi)河電子航道圖技術(shù)規(guī)范》的制訂工作正穩(wěn)步推進(jìn)[10]。我國在內(nèi)河電子航道圖的研究上已經(jīng)取得了一些成功的經(jīng)驗，并開展了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制訂工作，在電子航道圖的應(yīng)用研究方面也有了初步成效。但目前的研究大多針對特定內(nèi)河，更多的關(guān)注頂層設(shè)計和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對于從技術(shù)層面的研究相對較少，尤其是在標(biāo)準(zhǔn)化電子航道圖顯示技術(shù)等方面，尚未形成通用的數(shù)據(jù)構(gòu)建和顯示方法。

針對上述問題，本文從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的兼顧和擴(kuò)展上著手，分析內(nèi)河電子航道圖的數(shù)據(jù)模型特點，對其數(shù)據(jù)構(gòu)建方法展開研究，并運(yùn)用GIS和信息化等技術(shù)手段，對內(nèi)河電子航道圖標(biāo)準(zhǔn)化顯示進(jìn)行研究。

1 電子航道圖建設(shè)現(xiàn)狀及遇到問題

表1 CJ-57對國際標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展情況Tab.1 Extension of CJ-57 to international standards

當(dāng)前國內(nèi)在進(jìn)行內(nèi)河電子航道圖建設(shè)時，可供參考的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)主要有國際海道測量組織(IHO)發(fā)布的S-57標(biāo)準(zhǔn)、國際內(nèi)河電子航道圖協(xié)調(diào)組(IEHG)發(fā)布的IENCs標(biāo)準(zhǔn)、長江航道局發(fā)布的長江電子航道圖數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)(簡稱CJ-57)。其中，前兩者為國際通用的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，CJ-57是我國相對成熟且已取得實際應(yīng)用的內(nèi)河標(biāo)準(zhǔn)。CJ-57在借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合了長江自身的特色，對S-57和IENCs中的物標(biāo)和屬性進(jìn)行了修改和擴(kuò)充，詳細(xì)情況如表1。

CJ-57針對長江特點設(shè)計，不能完整且準(zhǔn)確地表達(dá)我國所有內(nèi)河的地理要素，其他內(nèi)河在建設(shè)電子航道圖時，只能借鑒長江經(jīng)驗而不能照搬，如珠江因地理位置、流向和航運(yùn)條件上的不同，在水位變化、繪圖基面、航標(biāo)燈等方面存在差異[5]；鴨綠江特殊的界河地位賦予物標(biāo)特殊的屬性，不能與常規(guī)物標(biāo)同等對待；諸如京杭運(yùn)河、松花江、遼河等河流在環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、航道等方面各有特色?；谖覈鴥?nèi)河情況各異的現(xiàn)狀，分析在建設(shè)內(nèi)河電子航道圖時遇到的問題是前提。

在內(nèi)河電子航道圖數(shù)據(jù)構(gòu)建和顯示中，需要考慮的問題包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、比例尺、用途、物標(biāo)、屬性、符號、顯示等，本文主要從技術(shù)層面對數(shù)據(jù)構(gòu)建和顯示技術(shù)進(jìn)行研究，重點闡述物標(biāo)、屬性、符號與顯示等方面的問題。

(1)空間參考不統(tǒng)一。

我國的內(nèi)河分布范圍廣，空間跨度大，因此建立統(tǒng)一的空間坐標(biāo)參考至關(guān)重要，一方面，統(tǒng)一的坐標(biāo)參考是內(nèi)河數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)，另一方面，江海聯(lián)運(yùn)要求內(nèi)河之間、內(nèi)河與海洋之間要進(jìn)行銜接。國際標(biāo)準(zhǔn)化的電子海圖系統(tǒng)規(guī)定采用WGS-84坐標(biāo)系，我國航運(yùn)相關(guān)部門一直習(xí)慣于使用北京-54坐標(biāo)系或西安-80坐標(biāo)系，部分地區(qū)在實際應(yīng)用中使用的是地方坐標(biāo)系。按照國家自然資源部要求，自2018年7月1日起全面使用2000國家大地坐標(biāo)系。因此，為了統(tǒng)一內(nèi)河間的電子航道圖建設(shè)，同時使其符合國際標(biāo)準(zhǔn)，在內(nèi)河電子航道圖數(shù)據(jù)構(gòu)建時，宜采用2000國家大地坐標(biāo)系，并建立與WGS84坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

(2)物標(biāo)分類不準(zhǔn)確。

對于內(nèi)河中特有的要素如感潮分界線、里程線、推薦航線，使用S-57標(biāo)準(zhǔn)定義物標(biāo)時多采用與其相近的編碼，然而現(xiàn)有編碼無法準(zhǔn)確表達(dá)內(nèi)河航道要素的主要特征。如對航標(biāo)的定義，我國采用的《內(nèi)河助航標(biāo)志》(GB 5863-1993)，與國際標(biāo)準(zhǔn)電子海圖中對航標(biāo)的定義相比，為適應(yīng)河流水道的特點，很多航標(biāo)需要區(qū)分左右岸，同時航標(biāo)類型也更為復(fù)雜[11]。

(3)屬性編碼不完整。

S-57標(biāo)準(zhǔn)中的部分屬性編碼無法準(zhǔn)確表達(dá)內(nèi)河航道要素的主要特征，以碼頭為例，碼頭的類別通過屬性CATSLC (岸線建筑物類)來標(biāo)識，S-57標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)碼頭的結(jié)構(gòu)形式定義了突碼頭、棧橋式碼頭、順岸碼頭、固定面碼頭、敞開面碼頭共5 種碼頭，缺少我國內(nèi)河中的重力式碼頭、斜坡式碼頭、高樁碼頭的定義。

(4)顯示符號多且與物標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系復(fù)雜。

S-52和CJ-52中對電子航道圖的顯示內(nèi)容、顯示模式和符號進(jìn)行了規(guī)定，物標(biāo)與符號對應(yīng)關(guān)系的建立是顯示電子航道圖的前提，顯示的符號由物標(biāo)、幾何、屬性、顯示模式等共同決定。由于電子航道圖中物標(biāo)和屬性繁多，物標(biāo)與屬性是多對多的關(guān)系，因此電子航道圖的顯示要有存儲與檢索高效的顯示符號庫來支撐。

(5)顯示規(guī)則復(fù)雜。

內(nèi)河電子航道圖的顯示受到屬性、輸入?yún)?shù)和判定條件的影響，如燈標(biāo)要根據(jù)方位和張角來確定扇形符號顯示方式，安全等深線和安全深度影響孤立危險物的顯示等。自適應(yīng)顯示使得電子航道圖的顯示規(guī)則更為復(fù)雜，它要求在進(jìn)行地圖操作時能夠根據(jù)顯示要求自動調(diào)整當(dāng)前顯示內(nèi)容。

從上述問題可以看出，要實現(xiàn)電子航道圖的標(biāo)準(zhǔn)化顯示，數(shù)據(jù)模型起到關(guān)鍵的作用。從技術(shù)層面實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的靈活構(gòu)建，滿足不同內(nèi)河的業(yè)務(wù)需求并適應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的更新是研究的主要內(nèi)容。

2 電子航道圖數(shù)據(jù)構(gòu)建技術(shù)

2.1 基于國際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型擴(kuò)展

江海聯(lián)運(yùn)的發(fā)展使內(nèi)河電子航道圖的建設(shè)要滿足國際電子海圖的需要，這就要求在進(jìn)行數(shù)據(jù)模型擴(kuò)展時一定要基于國際標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展。較電子海圖標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)河電子航道圖標(biāo)準(zhǔn)主要在航行用途、物標(biāo)種類、屬性編碼上存在差異。航行用途的差異影響其數(shù)據(jù)詳細(xì)程度和顯示比例尺，物標(biāo)種類和屬性編碼的不同則直接影響其數(shù)據(jù)的解析和顯示。將電子海圖標(biāo)準(zhǔn)直接應(yīng)用到內(nèi)河上，難以保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，容易產(chǎn)生物標(biāo)缺失或?qū)傩跃幋a不匹配等問題。如何保證在支持國際標(biāo)準(zhǔn)顯示的基礎(chǔ)上，保留內(nèi)河要素的特點，準(zhǔn)確完整的呈現(xiàn)內(nèi)河特有的要素信息是內(nèi)河電子航道圖數(shù)據(jù)構(gòu)建的關(guān)鍵問題。即同一數(shù)據(jù)成果既能在支持國際標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖系統(tǒng)中顯示，又能在支持內(nèi)河標(biāo)準(zhǔn)的電子航道圖系統(tǒng)中顯示。

圖1 物標(biāo)和屬性 擴(kuò)展示意圖Fig.1 Extension of objects and attributes

本文采用了擴(kuò)展屬性的方式實現(xiàn)內(nèi)河物標(biāo)和屬性的擴(kuò)充，在保留國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型和內(nèi)容基礎(chǔ)上增加了我國內(nèi)河標(biāo)準(zhǔn)中對于要素的特殊屬性。對于新增物標(biāo)，保留原有物標(biāo)信息的同時，增加物標(biāo)屬性標(biāo)識在內(nèi)河標(biāo)準(zhǔn)中的物標(biāo)類別，為了區(qū)分S-57和CJ-57，物標(biāo)和屬性編碼從30001開始。在實際數(shù)據(jù)生產(chǎn)中，沿用S-57的數(shù)據(jù)模型定義和數(shù)據(jù)組織形式，僅對屬性的類型和取值進(jìn)行擴(kuò)充，以S-57物標(biāo)分類為大類，新增物標(biāo)為子類，確保數(shù)據(jù)在不同標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都能正確顯示。同樣，對于新增的屬性或編碼，保留S-57標(biāo)準(zhǔn)中的定義，將新的屬性和編碼存儲到擴(kuò)展的屬性中，既保留原有屬性和編碼信息，又能記錄屬性編碼擴(kuò)展信息。如斷橋及其周邊附屬設(shè)施作為鴨綠江上具有特殊意義的地物，為了突出其特殊性可進(jìn)行物標(biāo)和屬性的擴(kuò)展。圖1為擴(kuò)展物標(biāo)和屬性的示意圖，擴(kuò)展后保留S-57中物標(biāo)分類，OBJNAM值為11表示物標(biāo)名稱對應(yīng)S-57中的BRIDGE(橋梁)，CATBRG值為6表示橋梁類型為浮橋，CATYZR字段對應(yīng)CJ-57中的物標(biāo)分類，值為26003表示物標(biāo)類型BTRCTR(跨江建筑物)，CATYLR和ACTUSE為擴(kuò)展的物標(biāo)和屬性字段，為避免與S-57或CJ-57重復(fù)，新增的物標(biāo)或?qū)傩砸?0001標(biāo)識開頭，CATYLR值為10001表示物標(biāo)類型為CUTOFF(斷橋)，ACTUSE值為10001表示建筑用途為景觀建筑。

2.2 物標(biāo)索引機(jī)制

內(nèi)河電子航道圖物標(biāo)繁多，顯示規(guī)則復(fù)雜，物標(biāo)的顯示符號由物標(biāo)、屬性、幾何形狀等因素共同確定，且受到空間位置、顏色模式、比例尺等條件的影響。因此，理清符號庫中物標(biāo)、屬性、編碼與符號的對應(yīng)關(guān)系，建立清晰的物標(biāo)索引機(jī)制對于內(nèi)河電子航道圖的符號化至關(guān)重要。

依據(jù)IHO發(fā)布的《INT1海圖圖示》和《電子海圖內(nèi)容與顯示規(guī)范》(S-52)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合長江航道局的經(jīng)驗和內(nèi)河實際情況，梳理各類物標(biāo)在不同用途或不同場景下的顯示方法，采用自上而下的層次結(jié)構(gòu)，建立了物標(biāo)定義、幾何形狀、屬性字首詞、屬性標(biāo)識、屬性優(yōu)先級的逐級索引機(jī)制，將復(fù)雜的多對多關(guān)系抽象成結(jié)構(gòu)化的二維關(guān)系，簡化了符號化過程中的復(fù)雜邏輯處理，最終建立了完整、高效的符號索引表(圖2)。

如“VEGATN,C,CATVEG,15,C31.3,VEATN03,FILL,189”為按照上述規(guī)則建立的一條符號化指令，對應(yīng)符號索引表中的一條記錄，它表示物標(biāo)為VEGATN(植被)時，按分類編碼C對符號進(jìn)行過濾，屬性CATVEG(植被類)=15(針葉樹)對應(yīng)的INT1值為C31.3，對應(yīng)符號庫中名稱為VEATN03編號為189的面符號。

3 電子航道圖標(biāo)準(zhǔn)化顯示技術(shù)

圖2 物標(biāo)與符號索引的建立Fig.2 Establishment of index of objects and symbols

數(shù)據(jù)模型的定義將直接影響內(nèi)河電子航道圖的顯示方式，通常情況下，進(jìn)行電子航道圖的顯示多采用對物標(biāo)和屬性進(jìn)行符號化的方法，而符號參照標(biāo)準(zhǔn)制作，其類型和檢索方法基本保持不變。本文采用的擴(kuò)展屬性和物標(biāo)索引使得電子航道圖的顯示與常規(guī)方法產(chǎn)生差異。因此，本文在數(shù)據(jù)構(gòu)建成果的基礎(chǔ)上，研究GIS環(huán)境下電子航道圖的標(biāo)準(zhǔn)化顯示技術(shù)。其一，基于已建的物標(biāo)索引機(jī)制，確定顯示符號庫的構(gòu)建方法，解決物標(biāo)與符號匹配規(guī)則復(fù)雜的問題；其二，將GIS的可視化方法應(yīng)用到電子航道圖中，提供了直觀、標(biāo)準(zhǔn)化的顯示效果；其三，確定合適的數(shù)據(jù)抽稀方法，解決電子航道圖特有的自適應(yīng)顯示問題。

3.1顯示符號庫

圖3 沉船的符號制作流程Fig.3 Process of making wreck symbols

相比于常規(guī)電子地圖，電子航道圖的數(shù)據(jù)內(nèi)容及表現(xiàn)形式更加多樣化，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化顯示也更加復(fù)雜，而顯示符號庫是電子航道圖標(biāo)準(zhǔn)化顯示與表達(dá)的重要組成部分[11]。目前，國內(nèi)對電子海圖符號的構(gòu)建方法的研究已經(jīng)成熟，本文通過對GIS環(huán)境下電子地圖符號構(gòu)建方法的研究與比對，確立了以 Arc GIS 為符號制作平臺、以 Auto CAD 為圖元繪制工具的符號構(gòu)建方法[12-13]，并按照此方法建立了一套較為完整的電子航道圖符號庫。首先，在AutoCAD中繪制出標(biāo)準(zhǔn)海圖符號圖元，使用造字軟件FontCreator制作TrueType字體；其次，使用ArcGIS符號管理器對符號顏色、大小、形狀等屬性信息統(tǒng)一組織管理；最后，將制作成果輸出為數(shù)據(jù)庫型的符號庫。在符號管理方面，對常用的符號分類為點、線、面、顏色等，將有利于符號信息的修改、定義、存儲、檢索和符號的重組等。例如沉船的符號制作流程(圖3)。

3.2 基于GIS的可視化

要正確的顯示電子航道圖，除了基本的符號化操作以外，還要根據(jù)相應(yīng)的顯示規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染和處理，如角度的旋轉(zhuǎn)、物標(biāo)的組合、中心點面符號顯示、特殊物標(biāo)處理等。GIS提供豐富的可視化方法能夠解決這些問題，如圖4-a所示，通過分級色彩渲染實現(xiàn)定量定級顯示深度范圍深淺分布，直觀表達(dá)航道的通航條件；如圖4-b所示，根據(jù)陸標(biāo)類型值的不同，采用唯一值渲染方法，對其定性分類進(jìn)行符號化，唯一值渲染在電子航道圖的使用最為廣泛，適用于大部分物標(biāo)與符號的匹配；如圖4-c所示，實現(xiàn)了基于角度的物標(biāo)旋轉(zhuǎn)；如圖4-d所示，根據(jù)航標(biāo)屬性的不同，選擇相應(yīng)的符號進(jìn)行組合，實現(xiàn)符號的靈活應(yīng)用。

4-a 分級渲染表達(dá)不同深度的水深4-b 唯一值渲染表達(dá)障礙物4-c 角度渲染表達(dá)船舶的航向4-d 組合物標(biāo)表達(dá)燈標(biāo)屬性圖4 GIS渲染方法在內(nèi)河電子航道圖中的應(yīng)用Fig.4 Application of GIS rendering method in inland electronic chart

3.3 自適應(yīng)顯示

相比于廣闊的海域，內(nèi)河航道的顯示區(qū)域相對狹窄，數(shù)據(jù)內(nèi)容更為詳細(xì)。一方面，內(nèi)河航道要素類型多而復(fù)雜，多種類型的數(shù)據(jù)要素需要集成顯示；另一方面，一些數(shù)據(jù)本身數(shù)據(jù)量大，如水深點，容易造成疊加、壓蓋等問題。此外，當(dāng)顯示比例尺小于數(shù)據(jù)的原始比例尺時，數(shù)據(jù)發(fā)生堆積，無法準(zhǔn)確表現(xiàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)容。因此，本文在顯示要素過程中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀處理，進(jìn)一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)隨空間范圍和地圖比例尺的自適應(yīng)顯示。

目前對于數(shù)據(jù)抽稀方法的研究比較成熟，常見的方法有基于結(jié)構(gòu)化格網(wǎng)的抽稀[14]、基于距離權(quán)重的抽稀[15]、基于特征點的抽稀[16-17]、基于空間相關(guān)性的抽稀[18]等。這些方法都有特定的適用場景，如基于格網(wǎng)的抽稀可應(yīng)用在大尺度海洋場的可視化和激光點云數(shù)據(jù)處理中，基于距離權(quán)重的抽稀被廣泛應(yīng)用到電子地圖的興趣點顯示上，基于空間相關(guān)性的抽稀則更適合模擬海洋場的衍變過程[19-22]。

針對內(nèi)河航道狹窄、流向變化復(fù)雜、局部特征數(shù)據(jù)密集的特征，本文采用的是基于不規(guī)則格網(wǎng)和距離權(quán)重相結(jié)合的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀。首先，以航道中心線為基準(zhǔn)，參照岸線幾何形態(tài)和航道水深情況劃分特征區(qū)域，對該區(qū)域采用基于距離權(quán)重的抽稀方法；其次，對河道的其他區(qū)域進(jìn)行有限元劃分，對邊界、彎曲、狹窄等特殊區(qū)域采用更精細(xì)的網(wǎng)格；再次，調(diào)整不同比例尺級別的抽稀參數(shù)，即兩點間最小距離和最小單元格尺寸；最后，調(diào)整參數(shù)使區(qū)域鄰接位置的稀疏程度更為接近。圖5為應(yīng)用該方法對水深數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀的效果圖。

5-a 原始水深點5-b 網(wǎng)格劃分5-c 小比例尺抽稀結(jié)果5-d 大比例尺抽稀結(jié)果圖5 水深數(shù)據(jù)的抽稀方法Fig.5 Thinning method of sounding points

4 案例分析

以我國北方某內(nèi)河下游為例，應(yīng)用本文介紹的電子航道圖數(shù)據(jù)構(gòu)建技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化顯示方法，開展數(shù)字航道信息化的平臺建設(shè)，形成了從數(shù)據(jù)生產(chǎn)到標(biāo)準(zhǔn)化顯示再到業(yè)務(wù)應(yīng)用的完整的技術(shù)流程。

4.1 研究區(qū)域概況

圖6 技術(shù)流程圖Fig.6 Technical flow chart

該內(nèi)河支流眾多，上游屬于典型的山區(qū)河流，河道坡陡流急，通航條件差，下游地勢平坦，航行條件較好，具有我國內(nèi)河的一般特征，可驗證方法的可行性。該內(nèi)河地理位置特殊，在航道維護(hù)和船舶通航的管理上更為嚴(yán)格，有對物標(biāo)和屬性進(jìn)行擴(kuò)展的需求，可驗證方法的適用性。下游河道沖刷和泥沙淤積嚴(yán)重，使河口的島嶼和岸線產(chǎn)生巨大變化，需對水深數(shù)據(jù)抽稀以更好地表現(xiàn)深度變化，可驗證自適應(yīng)顯示方法的可靠性。

4.2 數(shù)據(jù)生產(chǎn)

本文選用清華山維EPS平臺和ArcGIS Charting平臺作為數(shù)據(jù)生產(chǎn)的主要工具，前者利用模板技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和標(biāo)準(zhǔn)化管理，可將多源異構(gòu)的原始測量和調(diào)查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合S-57標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，后者基于ArcGIS Geodatabase管理空間數(shù)據(jù)，支持靈活的物標(biāo)和屬性擴(kuò)展，同時提供了完整的S-57數(shù)據(jù)的管理、編輯、質(zhì)檢、輸出流程。借助清華山維EPS平臺和ArcGIS Charting平臺，設(shè)計了電子航道圖的數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速生產(chǎn)和質(zhì)量控制。通過融合數(shù)據(jù)顯示規(guī)則和優(yōu)化制圖表達(dá)方法，完成電子航道圖標(biāo)準(zhǔn)化顯示。本文設(shè)計技術(shù)流程如圖6所示。

4.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用

結(jié)合研究區(qū)域的特點，本文從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、船舶管理、水位變化等方面開展業(yè)務(wù)應(yīng)用的研究。ENC中包含的助航信息，如航道、航標(biāo)、水深、礙航物等，可為業(yè)務(wù)化系統(tǒng)提供基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的訪問。在電子航道圖上疊加相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如AIS船舶位置，可進(jìn)一步提高其服務(wù)能力，如圖7-a通過航道內(nèi)同向航行的兩條船舶的當(dāng)前位置來推算兩者相遇的位置和時間。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，如實時水位，通過空間分析可為內(nèi)河安全通航提供智能化分析和決策支持，如圖7-b可結(jié)合水深數(shù)據(jù)分析出滿足安全水深5 m的可航行區(qū)域。

7-a 船舶會遇計算 7-b 可航區(qū)域分析圖7 電子航道圖應(yīng)用實例Fig.7 Application of IENC

5 結(jié)束語

本文從內(nèi)河電子航道圖要兼顧行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)河特殊性的問題出發(fā)，對其數(shù)據(jù)構(gòu)建方法和顯示技術(shù)展開研究。采用擴(kuò)展屬性的方式實現(xiàn)內(nèi)河特殊物標(biāo)和屬性的擴(kuò)充，并建立了清晰的物標(biāo)索引機(jī)制，解決了符號和物標(biāo)匹配規(guī)則復(fù)雜的問題；實現(xiàn)GIS環(huán)境下內(nèi)河電子航道圖的標(biāo)準(zhǔn)化顯示，并設(shè)計抽稀算法解決自適應(yīng)顯示問題。最后，以我國某內(nèi)河下游為例，應(yīng)用上述方法建立該河段的數(shù)字航道信息平臺，實踐證明，本文闡述的內(nèi)河電子航道圖數(shù)據(jù)構(gòu)建與顯示技術(shù)具有廣泛的適用性，可以用于我國內(nèi)河電子航道圖的信息化平臺建設(shè)中。