长江电子航道图航标数据更新系统开发

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摘 要:长江航道局于2009年11月完成了长江航道全线电子航道图的制作,但基于长江航道水位变幅大、无规律,助航标志异动频繁,航道河床演变剧烈且没有规律性的特性.要及时在电子航道图上反映助航标志的异动情况,长江电子航道图更新是长江电子航道图更好发挥导航功能的关键.更新工作主要应该分为两个部分,一是长江航道中航标异动的更新,二是长江航道中水下地形变化的更新.

关 键 词 :长江 电子航道图 航标 数据更新系统

研究的目的和内容

1.研究目的

因长江航道中航标位置变化频繁,长江航道航标信息随时间的变化而变化,这是航标信息的动态变化特征.以电子航道图为数据基础建立的电子海图显示与信息系统(ECDIS)必须正确提供给用户实时的航标要素的表达.保持长江航道航标动态的映射关系是电子航道图数据更新的实质.数据更新的过程是一个连续的不断减少现实世界和电子航道图数据库及其表达之间差异的过程,也是为了满足船舶航行对长江电子航道图航标数据快速更新的需要,保证航标数据更新的时效性和准确性.

2.研究内容

为保证航标数据的快速更新,显示界面与内河实际操作习惯相符合,依据长江航道的具体需要,主要开展如下多方面的应用研究:①航标变动数据获取并传输:主要是外业工作人员如何获取长江航道动后航标的地理位置和相关属性信息.②航标更新数据文件生成:主要是数据处理中心利用自主开发的航标数据更新软件,将长江航道实地发来的航标异动信息,编辑完成航标数据更新文件,以便用户端下载更新文件后更新用户端显示系统上的航标位置.③航标更新数据发布:主要是数据处理中心将航标数据更新文件发送到更新网站上,供用户下载使用.④图上航标位置更新:主要是用户通过有线或无线上网设备将航标数据更新文件下载到本地,在电子航道图显示系统上进行更新,以获得最新的航标信息.⑤长江航道航标数据扩展及符号化显示:主要是制作具有长江航道特色的航标符号系统,使电子航道图显示系统上显示的符号符合内河要求.


航标数据更新系统研究

1.航标异动数据获取并传输

航标异动有航标增加、撤销、位置移动和属性变更等几种方式,异动数据的获取应该由基层航道管理作业人员完成,基层航道管理作业人员在巡查航道过程中如发现航标发生变化或进行增加或删除操作时应该做好记录,航标位置移动应该采用高精度手持GPS或测量型GPS进行定位,采集到航标位置的WGS2000坐标后,整理成完整的航标异动信息文件,通过某种通讯方式及时传输到航标更新数据处理部门.如果航标装有遥测遥控系统,可在控制中心采集航标异动数据,只要定位精度满足要求即可以将航标异动数据利用到更新数据制作当中.

2.航标更新数据文件生成

航标异动数据传输到数据处理中心后,应该由技术人员导入航标数据更新系统软件,编辑生成航标数据更新文件,主要包括以下过程和步骤.

(1)电子航道图更新数据的建立

在航标数据更新中,一般存在以下几种关系:①航标撤销,航标数据已经不再存在,应予以删除.②航标增加,在已有数据中增加暂时不存在的航标数据.③航标空间位置发生变化,需要按照空间位置的精度要求,修正相应的航标数据的空间位置.④航标属性特征发生变化,在电子航道图上航标信息空间位置不变,但属性发生了变化,应根据航标的属性特征来修正对应的数据.⑤航标信息与初始航标信息一致.其空间位置与属性特征均一致,未发生任何变化,无需更新.可能存在的操作如下表所列:

电子航道图航标更新数据的生成,依赖于整个航道管理部门的密切配合.航标变化的信息的获取通常由及其它相关部门完成.在航标信息的更新流程中,首先要生成更新的信息,需要生成变化了的电子航道图更新数据,再由各用户自动合成现势的数据.

数据更新的实验数据如图所示.依据IHO S-57的标准,本项目定义该电子航道图的为正式出版的电子航道图,未经任何改正的数据,称为标准ENC基础数据集,以.000为每一个图幅(cell)的文件记录文件名后缀.

以上过程所涉及的关键技术为:①航标数据的连续性.基于变化了的数据进行数据更新,每一次的更新都是基于上次数据更新的基础上进行,更新必须是连续的.②比例尺与航标空间数据质量标准.航标数据获取与采集的比例尺与数据质量标准不相同,会导致航标位置数据差异;同一数据模型的多次获取也会由于不同的坐标定位而有所差别,需要予以消除.③需要提供足够的元数据以便对更新过程进行追踪.④历史数据的组织与管理.⑤发布更新数据,合并由用户完成.⑥经过一定的时间间隔,应对航标基态数据进行处理.重新建立新的基态数据.这一过程又称为电子航道图数据的再版.

(2)更新数据与基础数据的合并

仅提供变化的信息的更新机制要求生成的航标更新数据在使用时与原始数据进行合并,合并时,可能存在多个用户,可以从父版本那里获得不同的更新版数据,合并的信息流程如图2所示,除用户1和用户2可以不进行连续数据的叠加之外,其他任何时刻需要使用最新数据时,必须进行所有的更新数据的依次叠加.更新数据生成的流程如图3所示.更新数据必须完成更新数据检查、发布、并入初始空间等过程.更新数据的一般处理过程如图4所示,更新的过程分为定义(写)更新数据和更新数据并入初始空间.

(3)更新数据的逻辑合并

航标更新数据一般依更新次数以后缀为001,002,003的文件连续记录.合并时,这些版本的数据从001,002,一直到00n必须也是连续进行更新操作的,合并时缺一不可.即无论用户想使用其中的任何一个时段的更新信息,必须同时调入该记录以前的所有更新信息.这种更新过程,本项目称之为更新数据的逻辑合并过程.(见图1, ,图5).在图5中,每一个更新显示均为逻辑合并的显示结果.

在逻辑合并过程中,历史数据的保留表现为原始数据和每一个更新记录文件.逻辑合并并不改变原始空间数据的物理记录,也不对任何两个更新记录文件进行物理合并.

这种合并的优点是:更新数据的数据量小,便于迅速传输;用户接受数据简单易行,操作简便;可由系统自动完成数据的更新操作.对用户的要求降低,便于普及;便于保存、查阅历史数据.

(4) 更新数据的物理合并

逻辑合并只能针对一定的时段进行.当被更新的数据积累到一定的数量时,必须进行更新数据的物理合并.这时,把所有的更新数据文件进行物理合并,生成新版本的初始空间数据000文件.000文件是多个更新文件的物理合并而成(见图4,图5).在图5中,所有的更新记录文件进行物理合并,生成了新版本的电子航道图.

3.航标更新数据发布

航标更新数据制作完成后,应通过合适的渠道发送到用户手中以进行航标数据更新,指导船舶航行.目前,可以通过网站下载和购买更新媒体两种方式获取更新文件.为了实现更新下载的目的,应建立专门独立的更新网站,由更新数据管理部门相关人员及时将航标更新文件通过网站服务器或FTP服务器上传至更新网站,船端用户通过有线(靠岸)或无线(航行)登陆网站,通过一定的安全认证后可以直接下载更新文件到本地,再导入电子航道图显示终端设备进行更新即可得到最新的电子航道图,通过无线方式登陆网站下载的方式时效性最强,可以及时获取航标异动的信息,有线或购买更新媒体会有一段时间的延时,当长江航道中河床变化不大时可以采用,但河段演变频繁时会使电子航道图实效性较差,因此推荐使用无线连网及时下载进行航标数据更新的模式.

4.长江航道航标数据扩展及符号化显示

CARIS GIS/HOM和HPD是专业的电子海图制作软件,可以制作生成符合IHO S-57标准的电子海图数据文件(包括基础数据集合更新数据集),但是长江电子航道图的地物要素以及要素的符号化表达与电子海图存在一定的差异,最主要的区别是大量航道图需要的地物习惯上采用《水运工程测量规范》中图式符号,IHO S-57规范对此没有相应规定,比如内河航标等.这些数据的编辑需要专门开发“电子航道图航标数据更新系统”长江航道扩展模块,完成更新数据的编辑.更新系统支持IHO S-57物标类与物标属性、IHO S-52符号的扩展.长江航道航标扩展后,使之能够存储在标准的IHO S-57文件中,能够被按IHO S-52标准制作的显示软件表达(要求电子航道图浏览器支持扩展对象的处理).

(作者单位:长江航道局)

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