發(fā)布時(shí)間：2020-05-07所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：針對(duì)地理國(guó)情普查水系成果實(shí)體編碼問(wèn)題，進(jìn)行河流流向正確性檢查方法研究，提出了基于河流實(shí)體屬性、流向和唯長(zhǎng)唯遠(yuǎn)原則的河流實(shí)體編碼方法，并通過(guò)FME平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了河流實(shí)體自動(dòng)編碼，在項(xiàng)目生產(chǎn)中得到驗(yàn)證，表明該解決方案是可靠、高效的，在地理國(guó)情普
摘 要：針對(duì)地理國(guó)情普查水系成果實(shí)體編碼問(wèn)題，進(jìn)行河流流向正確性檢查方法研究，提出了基于河流實(shí)體屬性、流向和“唯長(zhǎng)唯遠(yuǎn)”原則的河流實(shí)體編碼方法，并通過(guò)FME平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了河流實(shí)體自動(dòng)編碼，在項(xiàng)目生產(chǎn)中得到驗(yàn)證，表明該解決方案是可靠、高效的，在地理國(guó)情普查水網(wǎng)數(shù)據(jù)優(yōu)化處理中發(fā)揮巨大作用，也為實(shí)現(xiàn)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)水系數(shù)據(jù)深化應(yīng)用和水資源相關(guān)空間分析提供了有效支撐。
關(guān)鍵詞：地理國(guó)情普查;河流實(shí)體編碼;水系數(shù)據(jù)深化應(yīng)用
“十二五”期間，由測(cè)繪地理信息行政主管部門主導(dǎo)，在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展地理國(guó)情監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)地理國(guó)情信息為政府科學(xué)決策、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、水資源相關(guān)空間分析等方面提供持續(xù)服務(wù)。2016年完成了第一次全國(guó)地理國(guó)情普查成果的數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)工作，數(shù)據(jù)庫(kù)中的水系數(shù)據(jù)主要以水利普查成果為參考進(jìn)行采集獲取的，包括了河流結(jié)構(gòu)線、高水界等，數(shù)據(jù)的屬性同時(shí)包含了1∶5萬(wàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)河流名稱、河流代碼和水利普查的河流代碼，并以水利普查的河流代碼為實(shí)體對(duì)象碼建立了水網(wǎng)數(shù)據(jù)層。由于地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)與水利普查數(shù)據(jù)在要素詳細(xì)程度上有較大差異，普查數(shù)據(jù)庫(kù)中以水利普查的河流代碼為實(shí)體對(duì)象碼建立的水網(wǎng)數(shù)據(jù)層，而該層數(shù)據(jù)僅為采集水系數(shù)據(jù)的1/10，存在大量河流未參與構(gòu)網(wǎng)、大量河流小支流匯水不明確、少量河流流向錯(cuò)誤、水網(wǎng)關(guān)系尚不完善、河流等級(jí)與匯流關(guān)系矛盾等問(wèn)題[1]，一定程度上制約了地理國(guó)情普查水網(wǎng)成果在生態(tài)環(huán)境建設(shè)、水資源開(kāi)發(fā)應(yīng)用與保護(hù)等方面的深化應(yīng)用，主要原因是未對(duì)每一條河流實(shí)體進(jìn)行對(duì)象化編碼。
相關(guān)期刊推薦：《地理空間信息》是經(jīng)國(guó)家新聞出版總署批準(zhǔn)于2003年6月創(chuàng)刊，同月28日出版第一期，它是雙月刊。本刊是湖北省測(cè)繪局主管，湖北省測(cè)繪行業(yè)協(xié)會(huì)和湖北省測(cè)繪學(xué)會(huì)主辦經(jīng)國(guó)家新聞出版署審批的科技期刊。以刊載地理空間信息科學(xué)的理論和技術(shù)為主要內(nèi)容，延伸到信息技術(shù)的廣闊領(lǐng)域。以學(xué)術(shù)探討、技術(shù)交流、法規(guī)與管理、信息服務(wù)為固定版塊，增設(shè)產(chǎn)品與服務(wù)、綜述、教學(xué)與研究、人才與就業(yè)等臨時(shí)版塊。
要素處理引擎(featuremanipulateengine，F(xiàn)ME)是一種基于“語(yǔ)義轉(zhuǎn)換”的空間數(shù)據(jù)處理平臺(tái)[2]，提供了豐富的空間疊加、網(wǎng)絡(luò)分析和統(tǒng)計(jì)計(jì)算的工具函數(shù)，算法嚴(yán)密，使用方便，海量數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，基本滿足地理國(guó)情河流實(shí)體編碼的需求。
因此，以地理國(guó)情普查成果深化應(yīng)用(水系統(tǒng)一編碼)項(xiàng)目為依托，研究河流流向正確性檢查方法、基于河流實(shí)體對(duì)象化屬性、河流實(shí)體對(duì)象化編碼方法，并通過(guò)FME平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了河流流向判斷和河流實(shí)體自動(dòng)化編碼，形成地理國(guó)情監(jiān)測(cè)水網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)象化編碼方案，在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，并發(fā)揮了重要的作用。
1河流實(shí)體編碼規(guī)則
1)河流實(shí)體確定規(guī)則。河流有具體的名稱則可被視為該名稱下的一個(gè)實(shí)體，無(wú)名河流從最遠(yuǎn)端到匯入其他河流實(shí)體的部分視為一個(gè)實(shí)體，一組無(wú)名河流可按主流支流的順序確定河流實(shí)體。
2)河流等級(jí)劃分。地理國(guó)情水網(wǎng)優(yōu)化將所有河流劃分為1～9級(jí)，其中1～5級(jí)已參照1∶100萬(wàn)地形數(shù)據(jù)庫(kù)中全國(guó)河流名稱代碼中的等級(jí)確定;6～9級(jí)參照集水區(qū)單元、河流長(zhǎng)度等因子進(jìn)行確定;6級(jí)河流在每個(gè)集水區(qū)單元內(nèi)原則上只選取一條最長(zhǎng)的，選取5000m以上主要支流河流作為7級(jí)河流;選取7級(jí)以外1000m以上河流定義為8級(jí)河流;其他的定義為9級(jí)河流。
3)河流實(shí)體編碼規(guī)則。按照下述河流實(shí)體編碼規(guī)則對(duì)河流進(jìn)行編碼。編碼結(jié)構(gòu)如下：
************
前6位為集水區(qū)單元代碼，以河流所在最小集水區(qū)單元編碼;第7位為已經(jīng)確定的河流等級(jí);第8～11位為順序碼，使用阿拉伯?dāng)?shù)字，按重要程度采用先由主流到支流、再由北向南、自東向西的原則編碼;第12位為標(biāo)識(shí)碼[3-5]。
2河流流向判斷方法研究
河流流向指的是河流中水體的水流方向，此方向應(yīng)與河流結(jié)構(gòu)線的數(shù)字化采集方向一致，是一個(gè)隱含的關(guān)系，實(shí)際生產(chǎn)中人工不易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。河流流向關(guān)系的正確性是河流統(tǒng)一編碼的前提條件，所以在河流統(tǒng)一編碼之前需對(duì)河流流向正確性進(jìn)行判斷和改正。自然河流的抽象形態(tài)表現(xiàn)為樹(shù)狀(如圖1中A樹(shù)狀河流所示)和環(huán)狀(如圖1中B環(huán)狀河流所示)2種形態(tài);辮狀河流(如圖1中C環(huán)狀河流所示)可分解為樹(shù)狀和環(huán)狀的組合形態(tài)，流向的判斷可分解到樹(shù)狀和環(huán)狀形態(tài)河流流線判斷中，因此本文研究河流流向的判斷方法基于2種河流抽象形態(tài)設(shè)計(jì)
自然河流的流向存在從高向低的規(guī)律，且數(shù)字化采集的河流結(jié)構(gòu)線都是有向矢量線段，可通過(guò)構(gòu)建有向線網(wǎng)絡(luò)、查找源和匯的方法判斷河流流向[6]。具體思路如下：
1)樹(shù)狀河流通過(guò)有向線構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，找到水系網(wǎng)絡(luò)的源和匯，再根據(jù)源和匯的高程值判斷河流流向的正確性，將流向錯(cuò)誤的河流結(jié)構(gòu)線添加標(biāo)識(shí)，再進(jìn)行改正。
2)環(huán)狀河流通過(guò)構(gòu)面找到構(gòu)成環(huán)狀河流的所有河流結(jié)構(gòu)線要素，再單獨(dú)對(duì)環(huán)狀河流結(jié)構(gòu)線要素構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，找水系網(wǎng)絡(luò)的源和匯。如果在一個(gè)環(huán)狀河流結(jié)構(gòu)線構(gòu)建的水系網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不存在源和匯，則該環(huán)狀水系內(nèi)存在河流流向錯(cuò)誤的結(jié)構(gòu)線;如果存在源和匯，則根據(jù)源和匯的高程值判斷河流流向的正確性，將流向錯(cuò)誤的河流結(jié)構(gòu)線添加標(biāo)識(shí)，再進(jìn)行改正。
3河流實(shí)體編碼方法研究
地理國(guó)情監(jiān)測(cè)水系數(shù)據(jù)中1～5級(jí)河流屬性中均有河流名稱、水利普查的河流代碼等實(shí)體屬性。故1～5級(jí)河流的編碼可通過(guò)實(shí)體屬性進(jìn)行河流實(shí)體編碼，而5級(jí)以下的河流既無(wú)河流名稱也無(wú)河流水利普查的河流代碼，只能依靠河流流向關(guān)系和“唯長(zhǎng)唯遠(yuǎn)”的原則進(jìn)行河流實(shí)體編碼。河流流向通過(guò)流向判斷和改正已經(jīng)得到保證，如何找到每個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水系網(wǎng)絡(luò)中河水流經(jīng)的最長(zhǎng)路線成為河流編碼的關(guān)鍵，河流編碼方法流程如圖2所示。
具體思路如下：
1)對(duì)1～5級(jí)河流根據(jù)河流名稱、河流實(shí)體編碼等實(shí)體屬性，按照12位河流編碼規(guī)則進(jìn)行河流實(shí)體編碼，并標(biāo)記為已編碼，作為5級(jí)以下河流首次編碼的骨架水系;
2)對(duì)5級(jí)以下河流構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)楣羌芩挡粎⑴c構(gòu)網(wǎng)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)后的結(jié)果是以每個(gè)支流的起點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)源，以網(wǎng)絡(luò)匯入骨架水系點(diǎn)為匯的相對(duì)獨(dú)立的水系網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編號(hào);
3)創(chuàng)建每個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水系網(wǎng)絡(luò)中從所有源到所有匯的有向矢量;
4)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和源到匯的有向矢量，生成該水系網(wǎng)絡(luò)中從源到匯的所有可能的有向路線;
5)對(duì)步驟4)得到的路線計(jì)算長(zhǎng)度，并取長(zhǎng)度的倒數(shù)，采用查找最短路徑的方法[7]，使用長(zhǎng)度的倒數(shù)作為查找最短路徑的影響因子，在相同網(wǎng)絡(luò)編號(hào)的有向路線中因子最小的路線，即為河流流經(jīng)長(zhǎng)度最長(zhǎng)的路線;
6)對(duì)步驟5)得到的最長(zhǎng)路線經(jīng)過(guò)的所有河流結(jié)構(gòu)線弧段，根據(jù)河流等級(jí)劃定標(biāo)準(zhǔn)，按照12位的河流編碼規(guī)則進(jìn)行河流等級(jí)判定和實(shí)體編碼，并將河流弧段標(biāo)記為已編碼，作為下一次迭代編碼的骨架水系。
7)對(duì)于未標(biāo)記的河流結(jié)構(gòu)線弧段，重復(fù)步驟2)～6)，直到所有河流結(jié)構(gòu)線都標(biāo)記為已編碼，處理結(jié)束。
輸入河流數(shù)據(jù)通過(guò)1次編碼循環(huán)處理，即可得到如圖3所示的結(jié)果，將最長(zhǎng)的河流檢索出來(lái)，并進(jìn)行編碼。
4河流實(shí)體編碼方法實(shí)現(xiàn)
基于FME軟件平臺(tái)，調(diào)用函數(shù)庫(kù)中豐富的函數(shù)工具，定制可視化的工作流，實(shí)現(xiàn)河流實(shí)體編碼的自動(dòng)化處理。首先從函數(shù)庫(kù)中檢索到相應(yīng)的函數(shù)工具匹配編碼方法中的每一項(xiàng)操作，并設(shè)置各函數(shù)工具必需的參數(shù)，關(guān)鍵步驟所使用的函數(shù)工具對(duì)照表如表1所示。然后將各函數(shù)工具的輸入輸出相連，形成河流實(shí)體編碼自動(dòng)化處理的工作流，最終實(shí)現(xiàn)河流實(shí)體編碼的自動(dòng)化處理程序。
在2017年地理國(guó)情普查水系深化應(yīng)用項(xiàng)目中，對(duì)河流實(shí)體編碼程序進(jìn)行了測(cè)試對(duì)比，測(cè)試數(shù)據(jù)情況為河流弧段總數(shù)為100000條，其中1～5級(jí)河流弧段4500條，5級(jí)以下河流弧段95500條。傳統(tǒng)人工編碼方式作業(yè)，人均編碼2000條/d，需10人用5d完成。程序編碼方式用15～20min運(yùn)行程序，再由人工補(bǔ)充處理編碼未成功弧段、整理數(shù)據(jù)用時(shí)約5.3h。
5結(jié) 語(yǔ)
本文提出的地理國(guó)情水網(wǎng)數(shù)據(jù)編碼方法已在2017年地理國(guó)情普查成果深化應(yīng)用(水系統(tǒng)一編碼)項(xiàng)目中進(jìn)行了成功的應(yīng)用，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本文提出的地理國(guó)情水網(wǎng)數(shù)據(jù)編碼方法比傳統(tǒng)的人工編碼判讀精度更精確、標(biāo)準(zhǔn)更統(tǒng)一、效率更高效，作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大減小，項(xiàng)目的生產(chǎn)效率大大提升，生產(chǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量得到保證。
