基于HPD和空间信息多级网格的测绘工程规划研究3043.docx

基于HPPD和空间信信息多级级网格的的测绘工程程规划研究究吕玉晓（广东海海事局海海测大队队 广州州 51103220） Reseearcch oof HHydrrogrraphhic Proojecct PPlann Baasedd onn HPPDand Spaatiaal IInfoormaatioon MMultti-griidLv YYuxiiao摘要：海海道测量量生产数数据库（HHPD）的引进进改变了了测绘数数据的采采集和管管理模式式，本文文指出以以图幅为为中心进进行测绘绘工程规规划的缺缺陷，并并分析了了测区精精度分布布图和测测量时间间分布图图在测绘绘工程规规划中的的作用。最后结合空间信息多级网格理论，提出以四叉树方案划分海区，构建测绘工程规划系统的整体思路和系统框架。关键词:HPDD；测区精精度；测量时时间分布布；空间间信息多多级网格格；四叉叉树；测测绘工程程规划系系统海道测量量生产数数据库（HHydrrogrraphhic prooducctioon ddataabasse，HHPD)是20007年年交通部部海事局局重点引引进的空空间数据据信息系系统，该系统统由加拿拿大CAARISS公司开开发研制制。它在在源数据据管理方方面的优优势主要要表现在在：改变变了早期期GISS 软件件大多采采用文件件系统存存储空间间信息的的方式，以以OraacleeSpaatiaal作为为空间数数据库平平台进行行空间数数据组织织；在多比比例尺空空间数据据与信息息的表示示上，通通过数据据模型来来支持空空间数据据的多尺尺度表达达,用同一一数据库库表达同同一地物物的多个个层次的的比例尺尺版本,并建立立内在的的联系,以解决各层层次间的的更新和和维护互互动问题题。空间信息息多级网网格(SSpattiall Innforrmattionn MuultiiGrrid ,SIIMG)研究在广广域网络络环境下下的空间间信息资资源如何何有效整整合才能能够有利利于空间间信息的的共享。主要涉涉及三个个技术:网格计计算、基基于Weeb服务务的信息息共享技技术和空空间信息息互操作作技术。目前空间信息多级网格研究在国内才刚刚兴起，李德仁等1指出了从数字地图到空间信息多级网格的发展趋势,提出了广义空间信息网格和狭义空间信息网格的概念2 ,分析了空间信息多级网格的关键技术3,并研究了全球网格划分的编码策略、存储方式、网格编码与地理坐标转换方法等4。1 HPPD中SSourrce数数据层只只存储最最高精度度和最新新测量时时间的数数据HPD的的引进旨旨在建立立海事测测绘无缝缝连续无无重叠的的空间数数据库，以以加强信信息资源源的有效效管理、整合、分分析和宏宏观调控控，所以在在规划HPPD的UUsagge时，提出Source层来作为海道测量数据的基础层。一个物标只存一次，就存储于Source层中。它的数据集建立原则是，所有海域是连续无重叠的，所以不管该海区存在几种精度（或不同比例尺重叠）的数据， 我们只选取具有最高精度和最新测量时间的数据入库；数据更新和维护，也以Source层为基础，其他产品级Usage（具比例尺区间）只存储物标的表现形式，并随Source层的数据改变而进行更新。因此Source层成为一个变比例尺或者称为无比例尺的数据层，其数据精度不一致，有的海区精度高，数据密集，有的精度低，数据稀疏；海区内测量时间分布也是变化的。2空间数数据库管管理模式式下，以以纸海图图图幅结结合其比比例尺进进行测量量规划和和任务制制定的缺缺陷HPD空空间数据据库要求求数据连连续无重重叠，而而图幅尤尤其是经经济发达达河口重重叠现象象严重。例如桂山岛至沙角（80801），比例尺1:75000,覆盖的图幅达18幅（见图1）。图1.8808001图幅幅索引下面是以以图幅为基基础，结结合出图图比例尺尺进行测测绘任务务布置的的例子节节选：“808801图图幅内还还包含以以下图幅幅：南南沙港（8808004）（基基测）、马马友石至至内伶仃仃（8008311）（基基测）、大大铲岛及及附近（8808332）（基基测）、铜铜鼓航道道（8005033）（基基测）、妈妈湾至蛇蛇口（8805004）（检检测）、伶伶仃航道道一、二二、三、四四（检检测）。以以上基测测图水域域可以不不测，直直接套用用今年新新测成果果；8005044图测至至5米等深深线；伶伶仃航道道由于处处在测图图中间，为为方便外外业测量量，可考考虑全测测。”根据此任任务书进行测测量，必必然造成成除8008044、8008311、8008322、8005033外的水水域全部部按照11：755 0000出图图比例尺尺进行测测量。于于是造成成这些水水域的数数据形成成两套：一套是是大比例例尺数据据，精度度高，不不是最新新（如8805004图幅幅水域），一套为小比例尺数据，精度低，时间最新。显然，这些数据在导入HPD数据库时，会出现矛盾：如果导入新测数据则无法满足大比例尺图幅水域的精度要求，影响出图；保留旧数据，相当于新测资料无用。当然在目前的生产流程下，以文件进行数据管理，我们可以两套数据同时采用，用来出版各自比例尺的纸海图。但也造成面向社会同一水域，不同大小比例尺图的时效性不一致。其实既然我们承认大比例尺图幅水域（如80504）的时效性没有过期，完全可以满足保障航行安全的需求，又何必对该水域进行精度低的重新测量，完全可以采用该水域的旧资料进行编绘。在对珠江江口水域域的计划划内任务务进行统统计分析析后，发发现这种种问题时时有出现现，如8808331和8808332的基基测任务务。所以以以图幅幅进行数数据采集集和管理理，相当当于还停停留传统统GISS模式，不不适应数数据库的的管理。3数据库库管理模模式下的的测绘规规划3.1 年度测测绘计划划的制定定必须以以客观实实际即最最大程度度地保障障航行安安全为基基础空间数据据库的引引入，改改变了数数据以文文件即图图幅方式式的管理理，也必必将影响响年度测测绘计划划的制定定。某一一水域它它应该以以什么样样的精度度进行测测量，它它的数据据时效性性是否过过期，需需不需要要测量，什什么时候候测量，都都是以客客观实际际即最大大限度地地保障航航海安全全为基础础的。只只有在分分析了各各水域的的具体情情况后，我我们才能能划定哪哪些区域域（具体体地理位位置）以以什么方方式什么么精度和和什么时时候测量量，即建建立测区区观念。客客观实际际的变化化决定了了测区是是动态变变化的。而不是笼统制定哪些图幅（定位简单，动态性不强）进行基测或航道检测。3.2 数据库库管理模模式下电电子海图图和纸海海图出版版发行年度计划划应在详详细分析析水域情情况后，确确定测量量区域，然然后根据据测量区区域数据据变化涉涉及的图图幅，确确定海图图出版。测量数据据应及时时向社会会发布，所所以当年年测量数数据应及及时入库库，并充充分利用用电子海海图小改改正方便便且速度度快的优优势，对对数据有有改动的的区域，其其涉及电电子海图图图幅都都要进行行小改正正或者再再版，纸纸海图也也应结合合实际进进行改版版或加印印。3.3 测量精精度分布布图和测测量时间间分布图图的制定定可以为为测绘规规划提供供有力服服务3.3.1不同同海区需需根据其其对航行行安全的的重要性性和潜在在危险，制制定测区区的测量量精度分分布图 出于航航行安全全的目的的，对各各水域的的测量精精度应做做严格要要求。目目前我们们按照交交通部海海事局内内部文件件要求，对对港池、航航道、锚锚地等重重要水域域采用多多波束全全覆盖扫扫测；其他水水域则按按照出图图比例尺尺的图上上1厘米米测线间间距进行行单波束束测量，这这种做法法对大比比例尺图图没有问问题，但但是对于于小比例例尺（如如1：7750000）测测区则精精度不够够。所以以我们建建议规划划测区精精度分布布，比较较重要水水域应参参考IIHO海海道测量量规范（SS-444），将将最大测测线间距距和出图图比例尺尺结合起起来，做做更细致致的规划划；或者者在制定定每年测测量计划划线时，根根据一定定的偏移移量做适适当的平平移，从从而更好好地覆盖盖测量区区域。测区精度度分布图图的制定定能够为为做好测测量计划划和下达达测绘任任务书提提供有用用参考，避避免多比比例尺图图幅重叠叠区域的的重复测测量，保保持HPPD空间间数据库库数据的的唯一性性和连续续性。图2为珠江江口部分分水域测测量精度度分布简简略示意意图。图2.测测量精度度分布示示意图3.3.2 测测量时间间分布图图由于同一一空间区区域内不不同主题题的数据据获取时时间可能能不一致致,这就就要求测测量数据据在数据据库内不不能简单单叠加,必须建建立基于于时间的的数据管管理，同同一空间间只存储储最新数数据。制制定测量量时间分分布图可可以让计计划制定定者对测测量数据据的时效效性一目目了然，它它与测区区精度分分布图的的结合，可可以避免免测量资资料精度度和测量量时间的的冲突，造造成HPPD中数数据库难难以维护护。图3为粤港港澳高速速船航行行水域测量量数据时时效图。图3.测测量数据据时效图图3.4 测区精精度和数数据时效效跟踪在在HPDD中的实实现测区精度度分布图图的制定定需要我我们将以以往的航航道、港港池、锚锚地界线线资料全全部入库库，并根根据新资资料随时时更新。一一旦制定定，测区区精度空空间分布布的变动动不大，可可以在精精度低即即数据稀稀疏处的的测区用用稀疏网网格填充充，精度度高即数数据密集集的测区区用密集集的网格格填充。测测区的属属性如测测量方式式、测线线间距、测测图比例例尺需要要输入和和查询，可可修改HHPD的的数据字字典，新新建物标标并关联联相应属属性。由由于建立立HPDD生产数数据库最最主要的的目的是是服务海海图产品品生产，故故建议类类似的不不用于生生产且需需要修改改数据字字典的数数据另外外建专题题库存储储更新。时效性分分布图的的更形和和维护可可以由外外业数据据管理员员在HPPD源数数据编辑辑器中同同步完成成，所有有新测资资料由外外业数据据管理员员在外外业资料料入库经经历簿中中登记，在在Proojecct EEdittor建建立年度度入库无无边界工工程，并并于Soourcce EEdittor建建立Woorksspacce中导导入。鉴鉴于HPPD数据据库的海海量水深深处理能能力的局局限，所所有水深深，包括括计划内内和计划划外的，测测量比例例尺大于于1：55 0000的按按1：55 0000抽稀稀选取后后导入水水深USSAGEE（Baathyymettricc daata）；测量比比例尺小小于1：5 0000的的直接导导入水深深USAAGE，在在特殊区区域通过过适当人人工干预预比较的的方法进进行水深深取舍并并入库。与与此同时时，所有有测区都都使用MM_QUUAL元元物标覆覆盖，并并在CAATQUUA、CATTZOCC、TECCSOUU属性中中说明水水深测量量的精度度、手段段，在SORRDATT属性中中注明具具体测量量年月。所所有水深深都须在在物标SSOUNNDG的的SORRDATT属性中中注明具具体测量量年月。测量时间间数据可可以从HHPD水水深的UUSAGGE直接接提取，并并根据不不同年限限用不同同透明色色覆盖，实实现测区区精度和和数据时时效的统统一跟踪踪。图44为HPPD中所所制作的的简略测测量精度度和时效效分布图图图4.HHPD实实现的测测量精度度和测量量时间分分布的结结合由于HPPD是生生产数据据库，所所以只能能形成可可视化分分布图和和部分属属性，如如果用该该系统进进行测绘绘规划，一些规划中需要的功能，可能没法很好的实现，如规划中和已实施的测量工程的区分；测量计划线的制定及多次平行实现；测量工程的区域管理和快速索引定位等等。4 基于于空间信信息多级级网格的的测绘工工程规划划系统4.1 珠江口口水域空空间信息息多级网网格划分分基于于行列编编码的四四叉树方方案4.1.1四叉叉树网格格方案由于海图图图幅在在数据库库管理中中具有相相对局限限性，所所以建议议采用空空间信息息多级网网格对多多图幅重重叠水域域进行空空间数据据管理和和分析，以以实现不不同精度度不同比比例尺数数据的连连续无重重叠管理理，即形形成一个个变网格格的统一一数据集集。地球表表面的网网格研究究是使用用地理坐坐标系来来进行网网格划分分的,如如EQTT ( Elllipssoiddal Quaadt reees ,椭球四四叉树)5 、全全球四叉叉树系统统6等,这这些研究究都以使使用经纬纬线来划划分网格格。基于行列列编码的的四叉树树网格方方案,基基本方法法如下:第一步步:从一一个固定定的起算算点开始始,以固固定的经经纬度进进行初次次的行列列状网格格划分,此时划划分后的的网格称称为基本本网格。第第二步:以基本本网格作作为初始始网格,在其上上进行逐逐级的四四叉树划划分,形形成各级级的子网网格。图图5是网格格划分基基本方法法的图示示。图5.四四叉树网网格方案案4.1.2 珠江江口测量量网格索索引对珠江口口水域进进行多级级网格划划分，其其基本网网格的经经差和纬纬差都为为20，网格格大小与与测量精精度（或或测图比比例尺）相相关，精精度越高高则划分分更密集集的网格格。珠江江口共形形成四级级四叉树树，其经经纬差分分别为110、5、2.5。具体编码码和索引引如下：图6.珠珠江口测测量网格格索引4.1.3采用用多级网网格进行行测量工工程和数数据管理理的优势势：l 划分和编编码方法法清晰简简单。采用“基于行行列编码码的四叉叉树网格格”划分方方法后得得到的每每一个网网格(包包括基本本网格和和各级子子网格) 都具具有一个个惟一的的地址编编码与之之对应。l 编码计算算快捷。一点的的地面坐坐标求取取覆盖该该点的网网格编码码,或从网格格编码求求取该网网格对应应的地面面位置都都很方便便，正算算反算的的算法相相对简单单。l 网格连续续无重叠叠。l 与纸海图图图幅相相比，网网格管理理动态性性强，可可随时拆拆分和融融合。l 网格与电电子海图图图幅间间关系密密切，有有利于电电子海图图图幅重重新划分分。4.2测测绘工程程规划系系统架构构4.2.1 总总体思路路为发挥空空间数据据库管理理测绘数数据的优优势，沉沉淀历年年测量规规划资料料和经验验，增强强信息分分析统计计，科学学规范制制定测量量计划和和下达测测绘任务务，在测测量精度度和测量量时间分分布图的的基础上上，将测测量海域域划分为为不同层层次的多多级网格格，以单元元网格为为基本单单位,对测量量精度、测测量方式式、测量量时间、规规划中的的测量区区域、测测量计划划线等进进行储存存管理，辅助支支持测绘绘计划和和工程管管理的分分析与决决策，并通过过Webb发布数数据，与与测绘生生产项目目系统结结合，在在下放任任务书时时直接点点选网格格，即可可调入网网格相关关信息。4.2.2 系系统框架架图7.测测绘工程程规划系系统系统采用用C/SS和B/S相结合合的模式式。系统统数据库库的建立立、更新新维护在在客户端端/服务务器的交交互中完完成；数数据的发发布、用用户查询询显示、测测绘任务务提醒等等在浏览览器/服服务器完完成。用于辅助助进行测测量精度度划分的的数据（航道、锚锚地、港港池、海海区、以以及各比比例尺海海图覆盖盖范围等等），用用于获得得以往测测量时间间的数据据（M_QQUALL），都可以以从HPPD数据据库提取取。简单单的提取取方式以以ENCC数据格格式，新新建一幅幅专题EENC，并并保持年年度更新新，人工工存储于于测绘规规划系统统服务器器。测量精度度区的划划分及可可视化，测测量时间间分布可可视化，多多级网格格的划分分、属性性项输入入、动态态更新维维护、快快速检索索定位，测测量计划划线布设设，网格格与地理理数据（EENC数数据、图图幅范围围等）的的关系分分析、年年度测量量计划制制定、任任务下达达（以网网格为单单位）等等功能在在系统软软件的客客户端实实现。测测绘工程程规划系系统的数数据通过过Webb发布，并并提供用用户浏览览、查询询，简单单分析、任任务提醒醒功能。测绘工程程规划系系统将和和测绘生生产项目目管理系系统接合合。项目目工程师师在生产产项目管管理系统统中下发发任务书书时，以以网格为为单位，点点选网格格，并直直接调入入有关属属性信息息。编写程序序时，涉涉及网格格基础的的内容包包括：网网格划分分原则；编码原原则；网网格与坐坐标的正正、反算算；网格格的快速速检索；网格与与地理矢矢量数据据的对应应关系；网格的的拆分与与多网格格融合算算法；网网格属性性项确定定等。参考文献献：1李李德仁,朱欣焰焰,龚健健雅.从从数字地地图到空空间信息息网格空间信信息多级级网格理理论思考考J.武汉汉大学学学报(信信息科学学版),20003,228(112):64226500.2李李德仁.论广义义空间信信息网格格和狭义义空间信信息网格格J.遥感感学报,20005,99(5):5113-5199.3李李德仁,邵振峰峰,朱欣焰焰.论空间间信息多多级格网网及其典典型应用用J.武汉汉大学学学报(信信息科学学版),20004,229(111):9455-9500.4李李德仁,肖志峰峰,朱欣欣焰,等等.空间间信息多多级网格格的划分分方法及及编码研研究JJ.测测绘学报报,20006,35(1):52-56.5 OTTTOSOON PP,HAAUSKKA HH.Elllippsoiidall Quuadttreees ffor Inddexiing of Glooball Geeogrraphhicaal DDataaJ.Innt.JJ.Geeogrraphhicaal IInfoormaatioon SScieencee,20002,16(3):2133-2266.6 WALLDO,Cheen ZZ.A Quaadtrree forr Gllobaal IInfoormaatioon SStorrageeJ.Geeogrraphhicaal AAnallysiis,119866,188(4): 3360-3711.作者简介介：吕玉玉晓(119788)，女女，山东东莒县，信息工程师，现从事信息管理工作11