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1、基于HPD和空间信息多级网格的测绘工程规划研究吕玉晓（广东海事局海测大队 广州 510320） Reseaarchh off Hyydroograaphiic PProjjectt Pllan Bassed on HPDDand SSpattiall Innforrmattionn Muultii-griidLv Yuuxiaao摘要：海道道测量生生产数据据库（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
2、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:HHPD；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生生产数据据库（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
3、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。空间信息多多级网格格(Sppatiial Infformmatiion MulltiGriid ,SIMMG)研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
4、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 HPDD中Soourcce数据据层只存存储最高高精度和和最新测测量时间间的数据据HPD的引引进旨在在建立海海事测绘绘无缝连连续无重重叠的空空间数据据库，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
5、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空间数据据库管理理模式下下，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空间间数据库库要求数数据连续续无重叠叠，而图图幅尤其其是经济济发达河河口重叠叠现象严严重。例
6、例如桂桂山岛至至沙角（8808001），比比例尺11:7550000,覆盖盖的图幅幅达188幅（见见图1）。图1.8008011图幅索索引下面是以图图幅为基基础，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
7、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。”根据此任务务书进行测测量，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
8、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。在对珠江口口水域的的计划内内任务进进行统计计分析后后，发现现这种问问题时有有出现，如如808831和和808832的的基测任任务。所所以以图图幅进行行数据采采集和管管理，相相当于还还停留传传统GIIS模式式，不适适应数据据库的管管理。3数据库管管理模式式下的测测绘规划划3.1 年年度测绘绘计划的的制定必
9、必须以客客观实际际即最大大程度地地保障航航行安全全为基础础空间数据库库的引入入，改变变了数据据以文件件即图幅幅方式的的管理，也也必将影影响年度度测绘计计划的制制定。某某一水域域它应该该以什么么样的精精度进行行测量，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
10、行基测或航道检测。3.2 数数据库管管理模式式下电子子海图和和纸海图图出版发发行年度计划应应在详细细分析水水域情况况后，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。测量数据应应及时向向社会发发布，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 测测量精度度分布图图和测量量时间分分布图的的制定可可以为测测绘规划划提供有有力服务务3.3.11不同海海区需根根据其对对航行安安全的
11、重重要性和和潜在危危险，制制定测区区的测量量精度分分布图 出出于航行行安全的的目的，对对各水域域的测量量精度应应做严格格要求。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
12、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。测区精度分分布图的的制定能能够为做做好测量量计划和和下达测测绘任务务书提供供有用参参考，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.测量量精度分分布示意意图3.3.22 测量量时间分分布图由于同一空空间区域域内不同同主题的的数据获获取时间间可能不不一致,这就要要求测量量数据在在数据库库内不能能简单叠叠加,必必须建立立基于时时间的数数据管理理，同一一空间只只存储最
13、最新数据据。制定定测量时时间分布布图可以以让计划划制定者者对测量量数据的的时效性性一目了了然，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.测量量数据时时效图3.4 测测区精度度和数据据时效跟跟踪在HHPD中中的实现现测区精度分分布图的的制定需需要我们们将以往往的航道道、港池池、锚地地界线资资料全部部入库，并并根据新新资料随随时更新新。一旦旦制定，测测区精度度空间分分布的变变动不大大，可以以在精度度低即数数据稀疏疏处的测测区用稀稀疏网格格填充，精精度高即即数据密
14、密集的测测区用密密集的网网格填充充。测区区的属性性如测量量方式、测测线间距距、测图图比例尺尺需要输输入和查查询，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。时效性分布布图的更更形和维维护可以以由外业业数据管管理员在在HPDD源数据据编辑器器中同步步完成，所所有新测测资料由由外业数数据管理理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Soour
15、cce 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
16、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。测量时间数数据可以以从HPPD水深深的USSAGEE直接提提取，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.HPPD实现现的测量量精度和和测量时时间分布布的结合合由于HPDD是生产产数据库库，所以以只能形形成可视视化分布布图和部部分属性性，如果果用该系系统进行行测绘规规划，一一些规划划中需要要的功能能，可能能没法很很好的实实现，如如
17、规划中中和已实实施的测测量工程程的区分分；测量量计划线线的制定定及多次次平行实实现；测测量工程程的区域域管理和和快速索索引定位位等等。4 基于空空间信息息多级网网格的测测绘工程程规划系系统4.1 珠珠江口水水域空间间信息多多级网格格划分基于于行列编编码的四四叉树方方案4.1.11四叉树树网格方方案由于海图图图幅在数数据库管管理中具具有相对对局限性性，所以以建议采采用空间间信息多多级网格格对多图图幅重叠叠水域进进行空间间数据管管理和分分析，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
18、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。基于行列编编码的四四叉树网网格方案案,基本本方法如如下:第第一步:从一个个固定的的起算点点开始,以固定定的经纬纬度进行行初次的的行列状状网格划划分,此此时划分分后的网网格称为为基本网网格。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5.四叉叉树网格格方案4.1.22 珠江江口测量量网格索索引对珠江口水水域进行行多级网网格
19、划分分，其基基本网格格的经差差和纬差差都为220，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。具体编码和和索引如如下：图6.珠江江口测量量网格索索引4.1.33采用多多级网格格进行测测量工程程和数据据管理的的优势：l 划分和编码码方法清清晰简单单。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 编码计算快快捷。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
20、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 网格连续无无重叠。l 与纸海图图图幅相比比，网格格管理动动态性强强，可随随时拆分分和融合合。l 网格与电子子海图图图幅间关关系密切切，有利利于电子子海图图图幅重新新划分。4.2测绘绘工程规规划系统统架构4.2.11 总体体思路为发挥空间间数据库库管理测测绘数据据的优势势，沉淀淀历年测测量规划划资料和和经验，增增强信息息分析统统计，科科学规范范制定测测量计划划和下达达测绘任任务，在在测量精精度和测测量时间间分布图图的基础础上，将将测量海海域划分分为不同同层次的的多级网网格，以单元元网格为为基本单单位,对测量量精
21、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。4.2.22 系统统框架图7.测绘绘工程规规划系统统系统采用CC/S和和B/SS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。用于辅助进进行测量量精度划划分的数数据（航道、锚锚地、港港池、海海区、以以及各比
22、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。测量精度区区的划分分及可视视化，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
23、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。测绘工程规规划系统统将和测测绘生产产项目管管理系统统接合。项项目工程程师在生生产项目目管理系系统中下下发任务务书时，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。编写程序时时，涉及及网格基基础的内内容包括括：网格格划分原原则；编编码原则则；网格格与坐标标的正、反反算；网网格的快快速检索索；网格格与地理理矢量数数据的对对应关系系；网格格的拆分分与多网网格融合合算法；网格属属性项确确定等。参考文献：1李德德仁,朱朱欣焰,龚健雅雅.从数数字地图图到空间间信息网网格空间信信息多级级网格理理论思考考J.武汉
24、汉大学学学报(信信息科学学版),20003,228(112):64226500.2李德德仁.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李德德仁,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李德德仁,肖肖志峰,朱欣焰焰,等.空间信信息多级级网格的的划分方方法及编编码研究究J.测绘绘学报,20006,335(11):552-556.5 OOTTOOSONN P,HAUUSKAA H.Elllipssoiddal Quaadt
25、rreess foor IIndeexinng oof GGlobbal Geoograaphiicall DaataJ.Intt.J.Geoograaphiicall Innforrmattionn Scciennce,20002,116(33):2213-2266.6 WWALDDO,CChenn Z.A QQuaddtreee ffor Glooball Innforrmattionn SttoraageJ.Geoograaphiicall Annalyysiss,19986,18(4): 3660-3711.作者简介：吕玉晓晓(19978)，女女，山东东莒县，信息工程师，现从事信息管理工作14