內(nèi)河通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

李明軒 林海

摘 要：為建立全面、準確的通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)庫，開發(fā)建設(shè)通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集移動端APP，包含數(shù)據(jù)采集功能模塊、采集數(shù)據(jù)存儲與管理服務(wù)模塊、采集數(shù)據(jù)合規(guī)性檢查及統(tǒng)計分析模塊等，用于現(xiàn)場采集和錄入通航環(huán)境數(shù)據(jù)。利用先進的衛(wèi)星遙感技術(shù)結(jié)合佐證材料、外業(yè)現(xiàn)場核實等手段對已采集通航環(huán)境數(shù)據(jù)的準確性、全面性進行核查，對遺漏數(shù)據(jù)進行補充完善，對錯誤數(shù)據(jù)進行校正修改。并將核查后的通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)進行矢量化，在已有的電子江圖系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集和管理，夯實通航管理基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)管理;軟件設(shè)計

中圖分類號：U612? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）05-0051-04

湖南省現(xiàn)有通航河流373條，航道總里程11968公里，居全國第3位。湖南省航運以洞庭湖為中心，湘、資、沅、澧四大干流為主干，溝通全省、通達長江?！八乃弊鳛楹纤\主要載體，水系四通八達，各類通航設(shè)施錯綜分布。

由于通航環(huán)境要素種類繁多、位置分散，且部分通航環(huán)境要素地理位置特殊，數(shù)據(jù)采集工作量大，數(shù)據(jù)資料收集難度大。部分區(qū)域信號不佳信息采集不準等問題，數(shù)據(jù)采集方式存在人為誤差、設(shè)備儀器誤差等因素，導致數(shù)據(jù)存在位置、屬性信息不準確、不完整等問題，通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)需要進一步核實驗證。

1技術(shù)方案

通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)采集涉及碼頭、泊位、渡口、渡運路線、交通管制區(qū)、停泊區(qū)、船舶定制區(qū)（船舶定線制）、禁航區(qū)、禁錨區(qū)、安全作業(yè)區(qū)、錨地、船廠（含船臺、船塢）、取排水口、水上管線（含跨越段）、水下管線（含穿越段）、橋梁（含通航孔）、沉船沉物、通航建筑物（含閘壩、升船機）、航道、AIS基站、CCTV點、VHF基站、外部救助單位、溢油應(yīng)急力量、打撈力量、潛水員、專業(yè)救援力量分布點、水上搜救中心、海事、港航、海事公安消防等機構(gòu)、航道機構(gòu)、防汛設(shè)備存放點、水上服務(wù)區(qū)、水上過駁區(qū)、信號標志、專用標志、安全標志、航行標志、水文站、水上加油加氣站、灘險、管轄區(qū)域、航道整治建筑物共計48類通航要素，共366項數(shù)據(jù)字段。

1.1通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)需求分析，數(shù)據(jù)庫需能兼容不同類型的矢量，且需具有較高的穩(wěn)定性和安全性，因此選擇Oracle 11g作為項目數(shù)據(jù)庫。

1.1.1通航環(huán)境要素種類確認

本項目根據(jù)湖南水運特點，深入水運各業(yè)務(wù)部門調(diào)研，綜合考量湖南省實際水運業(yè)務(wù)需求，在對要素種類多次進行刪除、新增、修改后，最終根據(jù)行業(yè)專家意見確定為48類要素。具體要素種類詳見表1。

1.1.2通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)確認

各要素屬性結(jié)構(gòu)的確定，包括確定每類要素需包含的字段名、字段屬性值值域范圍等。在融合了部海事局通航環(huán)境管理系統(tǒng)要素屬性字段結(jié)構(gòu)、深入水運各業(yè)務(wù)部門進行相應(yīng)的調(diào)研確認，各部門結(jié)合實際業(yè)務(wù)需求對屬性字段結(jié)構(gòu)進行新增、刪除、修改的調(diào)整后最終確定屬性字段結(jié)構(gòu)表。同時在項目實施過程中根據(jù)實際情況及時對字段的屬性值值域范圍進行調(diào)整，在此兩項工作的基礎(chǔ)上形成了全省48類、共366項數(shù)據(jù)字段的通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表文件。

1.2通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集流程

（1）通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集軟件開發(fā)。根據(jù)通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集需求及數(shù)據(jù)管理需求，基于已有的電子江圖系統(tǒng)進行定制開發(fā)，主要包含以下功能：數(shù)據(jù)采集功能、采集數(shù)據(jù)存儲與管理服務(wù)、采集數(shù)據(jù)合規(guī)性檢查及統(tǒng)計分析。

（2）影像購置與處理。采購所涉區(qū)域（主要為航道輻射區(qū)域）高分辨率遙感影像。分別對所獲取的影像數(shù)據(jù)進行輻射校正、正射校正、融合、鑲嵌和裁切等處理，并進行投影轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換等標準化處理;

（3）通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集人員通過手機APP軟件采集各類通航要素。

（4）數(shù)據(jù)核查。基于高分辨率遙感影像將采集通航環(huán)境數(shù)據(jù)的坐標信息與影像底圖疊加，根據(jù)遙感影像圖逐要素核實其準確性，包括通航環(huán)境數(shù)據(jù)的要素信息、類型、經(jīng)緯度坐標、起點位置、終點位置、范圍、長度等。

同時，需結(jié)合相關(guān)要素材料（如批復文件、照片等）對所采集上傳的通航環(huán)境要素信息進行核查，包括邏輯性、合理性、準確性審核;

（5）成果出具。完成以上采集核查工作后生成通航環(huán)境要素采集矢量化成果，并出具相關(guān)統(tǒng)計表格、專題圖、專題報告;

（6）數(shù)據(jù)入庫。將通航環(huán)境要素矢量化成果導入通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

2 通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件在已有電子江圖系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行開發(fā)。PC端主要功能模塊：數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)審核、報表統(tǒng)計、賬號體系、權(quán)限控制、佐證材料上傳下載等相關(guān)功能;APP端主要功能模塊：采集模塊及數(shù)據(jù)查看、上傳、修改模塊。APP地圖與PC端地圖保持一致，均沿用電子江圖底圖。

2.1手持端APP采集軟件設(shè)計

APP采集軟件系根據(jù)通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)的種類、范圍、功能等特征定制開發(fā)的一款APP。軟件運行平臺為安裝有安卓系統(tǒng)的移動智能手機，其核心功能為利用GPS、LBS定位方式對通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)中涉及的點目標、線目標、面目標進行采集，記錄并搜集目標坐標、相關(guān)矢量數(shù)據(jù)以及基礎(chǔ)屬性信息，同時輔助于手機照相功能對現(xiàn)場情況進行拍攝取圖，并在照片上打印要素點位的定位信息。最后通過3G、4G或無線WIFI網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)上傳至后臺服務(wù)器。

2.2 PC端通航環(huán)境數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研發(fā)

PC端管理軟件主要功能為接收、管理、展示、審核、統(tǒng)計、修改已上傳的數(shù)據(jù)。利用直觀的電子江圖作為底圖，在此基礎(chǔ)上對已上傳的各類通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)圖層進行靈活的切換和組合。作為數(shù)據(jù)接收端提供嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)傳輸策略，對各類矢量數(shù)據(jù)進行計算并入庫。將所有要素按照種類進行分類并展示出來，提供完整的查詢、修改、審核、統(tǒng)計等功能。

3 通航環(huán)境數(shù)據(jù)核準

3.1影像獲取

湖南省通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集核查項目涉及48類通航環(huán)境要素，主要對通航環(huán)境要素的坐標、范圍、長度、寬度及附屬設(shè)施等數(shù)據(jù)的核查驗證。

本項目通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集，影像要求覆蓋湖南全省一湖四水流域范圍，即湖南境內(nèi)的湘江、沅江、資水、澧水及洞庭湖區(qū)域。為滿足項目通航環(huán)境數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)遙感影像核查需求，選擇0.8米空間分辨率光學遙感影像資源，星源為常用的國產(chǎn)亞米級遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)高分二號、北京二號，在剩余無法覆蓋的區(qū)域獲取時效性較差或分辨率稍低的遙感影像作為補充，衛(wèi)星數(shù)據(jù)主要參數(shù)如表2所示。

通常單一衛(wèi)星數(shù)據(jù)或單一平臺來源難以滿足覆蓋指定區(qū)域指定時段的項目需求，本次最終使用北京二號資料源80景，高分二號衛(wèi)星影像資源45景，全域覆蓋共125景影像覆蓋范圍示意圖見圖1。

上圖中，綠色格網(wǎng)為每景影像范圍，紅線區(qū)域為影像的原始申購范圍。從圖上可知，遙感影像落圖基本滿足了湘、資、沅、澧及洞庭湖區(qū)全域覆蓋的需求。

本次所采用的遙感影像時相以2019年6月—2019年12月為主。對局部區(qū)域存在部分歷史存檔影像補充（2019年6月前影像），共8景，見上圖亮藍色區(qū)域。對所獲得的分辨率為0.8米的高分二號、北京二號原始影像數(shù)據(jù)進行輻射校正、正射校正、勻光勻色、配準、融合等一系列操作后，形成滿足項目要求的高精度正射影像數(shù)據(jù)。具體作業(yè)流程如圖2所示：

3.2數(shù)據(jù)核準

利用先進的衛(wèi)星遙感技術(shù)、結(jié)合佐證材料，并通過現(xiàn)場內(nèi)外業(yè)核查相結(jié)合的方法對已采集通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)進行核查，確保數(shù)據(jù)的準確性、全面性，以此建立全面、準確、權(quán)威的全省通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)庫，夯實通航管理基礎(chǔ)，為更好地開展海事安全監(jiān)管工作提供決策依據(jù)。

利用高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)對通航環(huán)境數(shù)據(jù)進行核查驗證，一方面憑借高分遙感范圍廣、效率高、直觀形象等特點，能夠形成直觀、全面、真實的通航環(huán)境數(shù)據(jù)核查成果;另一方面，遙感技術(shù)作為綠色高效的信息化工具，能夠減輕業(yè)務(wù)工作量、提高工作效率和經(jīng)濟效益。

4 成果分析

4.1軟件成果

（1）手持端APP外業(yè)采集軟件。APP采集軟件是基于湖南電子江圖并結(jié)合水運要素采集的實際情況開發(fā)，集通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集、展示、修改于一體，支持4.1.0及以上的安卓設(shè)備

（2）PC端通航環(huán)境數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)管理功能。數(shù)據(jù)來源主要包含：用戶使用手機APP采集并提交上傳的數(shù)據(jù);電子表格數(shù)據(jù)。支持相關(guān)佐證材料的上傳、下載、江圖地圖及各要素圖層加載展示、相關(guān)統(tǒng)計報表及數(shù)據(jù)明細報表導出等。

4.2數(shù)據(jù)采集成果

數(shù)據(jù)成果：統(tǒng)計表和數(shù)據(jù)明細表2類，統(tǒng)計表為對已入庫數(shù)據(jù)分要素進行統(tǒng)計。已入庫規(guī)范化后的48類要素、共計12078條要素記錄，如圖5所示。

4.3成果應(yīng)用

（1）提高了通航環(huán)境數(shù)據(jù)的準確性。通過對通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集、通航環(huán)境數(shù)據(jù)的高分遙感影像核查、佐證材料和外業(yè)核查，確保通航環(huán)境數(shù)據(jù)位置及業(yè)務(wù)屬性信息的正確性;對48類通航環(huán)境要素的名詞解釋和統(tǒng)計范圍進行規(guī)范化確認，保證了要素歸類統(tǒng)計方法正確性和通航環(huán)境數(shù)據(jù)一致性、準確性。

（2）為相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。將核查無誤的成果數(shù)據(jù)導入通航環(huán)境數(shù)據(jù)庫，建立通航環(huán)境數(shù)據(jù)庫。為其他平臺提供數(shù)據(jù)服務(wù)，同時也為各業(yè)務(wù)部門日常工作的開展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。在權(quán)限控制方面，各個機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)采用背靠背的方式進行展示，便于上下級機構(gòu)的垂直管理。作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源的唯一入口，在設(shè)計之初就考慮到與其他系統(tǒng)的融合問題，可對外提供各種類型接口，共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)源。

（3）為行業(yè)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通航環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)解決了基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)的信息化程度較低，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)掌握不清，無法直觀掌握基礎(chǔ)設(shè)施的分布現(xiàn)狀等問題，對要素屬性信息和軌跡信息形成有效的管理，有利于智慧交通的統(tǒng)籌建設(shè)。

系統(tǒng)正式投入使用之前，業(yè)務(wù)人員上報數(shù)據(jù)的主要形式是通過電子表格的方式進行填寫，無法快速地反饋到省局，也無法保證數(shù)據(jù)格式的一致性，缺乏有效的審核機制，不能保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。本系統(tǒng)作為通航要素數(shù)據(jù)的唯一入口，從采集、上報、審核、成果形成幾個步驟層層把關(guān)，能夠做到數(shù)據(jù)來源真實、數(shù)據(jù)時效性強、數(shù)據(jù)屬性全面。當要素發(fā)生改變也可以通過系統(tǒng)進行實時更新。智能手機的普及，讓用戶能夠及時地、實時地獲取最新的要素屬性信息和軌跡信息，為基層業(yè)務(wù)工作開展提供了強大的數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)語

通過前期充分調(diào)研，結(jié)合湖南水運特點，完善了48類通航要素及相關(guān)字段，開發(fā)一套以手持端手機APP和PC端數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相結(jié)合的系統(tǒng)。在現(xiàn)有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，用戶可使用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行采集、修改、上報、管理等操作，從而實現(xiàn)上報流程的簡易化和數(shù)據(jù)格式的一致性，為通航環(huán)境要素數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)來源，對夯實通航管理基礎(chǔ)有重要意義。