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摘 要：本文阐述了基于地形图改化实现松花江上游电子航道图系统工程的流程，以及生产过程中所遇到的技术问题和解决方法，阐述了该工程的系统性、可行性及实用性。
关键词：信息化航道；电子航道图；水深图；数据改化
引言
根据《黑龙江省航道局发展规划（2011-2020年）》内容，为适应我省航道发展要求，坚持科技创新的原则，推进信息化航道建设步伐。自2010年始，我局与大连海事大学合作，逐步开发建立起电子航道图系统、航标遥测遥控系统、生产调度系统，形成了以航道局为中心的航道管理与养护的综合信息服务体系基本框架。现已实现了省局与佳木斯、黑河两局之间电子业务调度数据同步和部分水域航道电子图显示。
信息化航道是提升水运管理与服务的重要标志，也是我局地理信息系统（GIS）应用的良好开端。信息化航道是基于电子航道图而建立的，作为基础性工作，我局电子航道图现处于起步阶段，按照规划的整体思路，优先建立并完善松花江航道电子图，逐步推广至黑龙江、乌苏里江和嫩江。
1 生产电子航道图面临的两个问题
生产电子航道图所面临的问题主要有如下两个：（1）数据源。自2007年大顶山航电枢纽工程蓄水后，本段航道情况发生的很大变化，我局于2010年施测完成了本段的河床地形图任务。而电子航道图是以水深图为基础图生产的，地形图高程数据不能用于水深图编辑，必须将其改化为水深，重新编辑处理。（2）数据精度。电子航道图属于高精度电子地图，不仅有特定的坐标系统、而且在应用中应满足绝对导航的需求。本项目采用2010年数据源，在完成电子图后的应用工作中，根据航道变化情况，需要及时更新和补充数据，以保证数据精度，满足安全航行需求。
2 技术方法
松花江上游航道里程232公里，航道等级三级，航宽60米，航段内有9个码头，1个区域港口，上接嫩江、第二松花江，是与吉林、内蒙古连接的重要水上通道，也是东北腹地大件装备外运的重要通道，在我省航道中占有重要位置。生产松花江上游电子航道图，其目的就是适应信息化航道发展需求，提升航道的管理和服务水平。
此次根据已有的河床地形图转化为水深平面图，技术方法如下：（1）推算设计水位。在232公里航段内，比降点34个，均位于航道主河道区，点平均间距6.8公里。设计水位推算采取比降内插入法，工作内容如下：a.合理选取比降点。一是考虑比降数据所体现的河段水文特征，特别是考虑大顶子枢纽回水区及至以下区段；二是满足水深图的精度。b.选择水位参考站。基于高程系统和控制区段，参考站应用1995年施测的水文资料，分别选择在区段上端和中下端。c.设计水位检查。本区段可作为设计水位检查的原有参考数据只有两个，分别位于松上80公里和137公里，受大顶子库区和高程系统的影响，只有松上137公里设计水位数据可供使用。为保证推算结果科学，我们采取独立推算、逐步趋近的方式。（2）水深断面划分。水深断面划分直接影响水深的改化精度，按《水运工程测量规范》对水深改正要求，本项目水深断面梯度小于5cm。同时，在分汊河段，为避免产生“回流”现象，采取有效措施，一是断面垂直河流走势；二是分汊河段的入口与出口水位，与主河道相应位置水位相一致，而不考虑分汊段的长度变化。（3）数据改化。数据改化分设计两个步骤，一是先借助EPSW全息软件，按水深划分的区间，采用“多边形圈定范围”的方法，分块改化；二是将改化后的全部数据入库，进行批量处理，生成水深数据。基础数学改化模型为：
hm=Hd-Hm
hm-图上水深；Hd-设计水位；Hm-地形图数据
（4）水深图编辑。采用专业绘图软件，编辑绘制水深图，其主要内容为：a.建立水深数字模型（DEM），生成并编辑等深线；b.保留原地形图的航道设施、跨河建筑物、过江电缆等，按要求进行标绘；c.对非水域數据合理取舍。（5）地形补绘。地形补绘的目的是将生产电子图所需要的区域范围内的重要地形、居民地、设施等完善至水深图中，形成完整的图形。主要借助Google地球网络资源和地图网络资源，合理剪切图片，对图片矢量化处理。主要解决系统纠正和影像判读的问题，为此采取下列处理方法：a.缩小切图范围，以相邻注记经纬线间距25×25（秒2）作为基本切图单元，提高影像分辨率；b.按WGS-84坐标系统进行高斯投影计算，在一定的范围内，将多个图片拼接成一个整体，将图片地形与水深图地形密合，然后进行矢量化；c.选择在AutoCAD平台下操作，利用线型自定义和层定义功能，对地形补绘要素进行编辑。（6）电子图生产。电子图生产需借助生产平台，这一环节全部在大连海事大学完成。我们派4名技术人员参加了这一环节工作。
3 质量管理
在项目生产的各环节，严格按ISO9001-2008质量管理体系要求进行质量管理工作，强调上道工序对下道工序负责，发现问题及时改正。一是在基础数据处理中，采取互检方式，确保数据准确可靠；二是在图形编辑中，等深线的勾绘既要符合水流趋势，又要遵循缩深扩浅原则；三是各分块图形必须经统一的无缝化接图调整；四是保证成果的唯一性，各环节工作进入下道工序应用前，作为阶段性成果由专人负责保管，其它过程成果不再使用；在电子图成果应用前，组织专门人员进行检查、审核，对不满足要求的要素现场修正。
4 实用性
将地形图数据改化为水深图，是应用设计水位直接进行图上断面高程改正，求得水深。根据了解到的情况，目前采用这种方式形成水深图在我国内河水运系统尚属首次。而在我局历年的测量任务中，水深图和河床地形图均是以原始数据独立编辑生产的，满足不同工程需要，二者成图不需要进行改化。
传统的水深图形成，不仅需要设计水位，而且还要进行瞬时水位联测，并采用线性内插法求算改正数，改正施测水深得到图上水深。相比之下，直接利用地形图数据改化为水深，仅需要设计水位数据，只要设计水位准确，其成果就能满足精度要求。
由此可见，本项目工作的关键环节是全河段设计水位推算在图上应用，本项目设计水位推算为我单位技术人员自行推算，用水位站点校核方法进行合理化趋近，以满足精度要求。
采用这种方式所具备的条件是：（1）有完整的河床地形图；（2）特定水位下全河段的比降资料；（3）可靠的水位站资料。
本项目是首次利用前述原理进行生产并完成电子航道图制作的，无需外业工作，人员投入较少，平行工作，各工序衔接密切。进一步优化环节内容和步骤，可作为今后数据处理的生产模式。
结束语
通过本项目工作，利用已有河床地形图改化为水深图，其原理可行，流程上趋于成熟，这为今后同类型工作起到了示范作用。由于引入设计水位，将河床地形图与航 道水深图联系起来，二者转换过程是可逆的，即水深图也可以改化为相应的地形图，进一步优化这种模式，加密水位断面数，缩小断面间距，尽量减小的水位改正梯度值，可有效提高改化精度。这种方法可以推广至航道测量数据处理多方面工作，适合较大规模浅滩整治工程测量数据处理，满足航道养护与管理之需要。
本项目最终成果为电子航道图，作为我局信息化航道的重要组成部分，已经应用于船舶调度、航道养护与管理。随着黑龙江经济的发展，特别是哈尔滨城市的快速提升，松花江上游航道为我省腹地沿江地区的发展提供了便捷、低耗、环保的水上通道，电子航道图对推动我省水运发展必将起到重要作用。
参考文献
[1]胡旭跃，陈建强.航道整治（港口航道与海岸工程专业）[M].人民交通出版社，2008，11.
关键词：信息化航道；电子航道图；水深图；数据改化
引言
根据《黑龙江省航道局发展规划（2011-2020年）》内容，为适应我省航道发展要求，坚持科技创新的原则，推进信息化航道建设步伐。自2010年始，我局与大连海事大学合作，逐步开发建立起电子航道图系统、航标遥测遥控系统、生产调度系统，形成了以航道局为中心的航道管理与养护的综合信息服务体系基本框架。现已实现了省局与佳木斯、黑河两局之间电子业务调度数据同步和部分水域航道电子图显示。
信息化航道是提升水运管理与服务的重要标志，也是我局地理信息系统（GIS）应用的良好开端。信息化航道是基于电子航道图而建立的，作为基础性工作，我局电子航道图现处于起步阶段，按照规划的整体思路，优先建立并完善松花江航道电子图，逐步推广至黑龙江、乌苏里江和嫩江。
1 生产电子航道图面临的两个问题
生产电子航道图所面临的问题主要有如下两个：（1）数据源。自2007年大顶山航电枢纽工程蓄水后，本段航道情况发生的很大变化，我局于2010年施测完成了本段的河床地形图任务。而电子航道图是以水深图为基础图生产的，地形图高程数据不能用于水深图编辑，必须将其改化为水深，重新编辑处理。（2）数据精度。电子航道图属于高精度电子地图，不仅有特定的坐标系统、而且在应用中应满足绝对导航的需求。本项目采用2010年数据源，在完成电子图后的应用工作中，根据航道变化情况，需要及时更新和补充数据，以保证数据精度，满足安全航行需求。
2 技术方法
松花江上游航道里程232公里，航道等级三级，航宽60米，航段内有9个码头，1个区域港口，上接嫩江、第二松花江，是与吉林、内蒙古连接的重要水上通道，也是东北腹地大件装备外运的重要通道，在我省航道中占有重要位置。生产松花江上游电子航道图，其目的就是适应信息化航道发展需求，提升航道的管理和服务水平。
此次根据已有的河床地形图转化为水深平面图，技术方法如下：（1）推算设计水位。在232公里航段内，比降点34个，均位于航道主河道区，点平均间距6.8公里。设计水位推算采取比降内插入法，工作内容如下：a.合理选取比降点。一是考虑比降数据所体现的河段水文特征，特别是考虑大顶子枢纽回水区及至以下区段；二是满足水深图的精度。b.选择水位参考站。基于高程系统和控制区段，参考站应用1995年施测的水文资料，分别选择在区段上端和中下端。c.设计水位检查。本区段可作为设计水位检查的原有参考数据只有两个，分别位于松上80公里和137公里，受大顶子库区和高程系统的影响，只有松上137公里设计水位数据可供使用。为保证推算结果科学，我们采取独立推算、逐步趋近的方式。（2）水深断面划分。水深断面划分直接影响水深的改化精度，按《水运工程测量规范》对水深改正要求，本项目水深断面梯度小于5cm。同时，在分汊河段，为避免产生“回流”现象，采取有效措施，一是断面垂直河流走势；二是分汊河段的入口与出口水位，与主河道相应位置水位相一致，而不考虑分汊段的长度变化。（3）数据改化。数据改化分设计两个步骤，一是先借助EPSW全息软件，按水深划分的区间，采用“多边形圈定范围”的方法，分块改化；二是将改化后的全部数据入库，进行批量处理，生成水深数据。基础数学改化模型为：
hm=Hd-Hm
hm-图上水深；Hd-设计水位；Hm-地形图数据
（4）水深图编辑。采用专业绘图软件，编辑绘制水深图，其主要内容为：a.建立水深数字模型（DEM），生成并编辑等深线；b.保留原地形图的航道设施、跨河建筑物、过江电缆等，按要求进行标绘；c.对非水域數据合理取舍。（5）地形补绘。地形补绘的目的是将生产电子图所需要的区域范围内的重要地形、居民地、设施等完善至水深图中，形成完整的图形。主要借助Google地球网络资源和地图网络资源，合理剪切图片，对图片矢量化处理。主要解决系统纠正和影像判读的问题，为此采取下列处理方法：a.缩小切图范围，以相邻注记经纬线间距25×25（秒2）作为基本切图单元，提高影像分辨率；b.按WGS-84坐标系统进行高斯投影计算，在一定的范围内，将多个图片拼接成一个整体，将图片地形与水深图地形密合，然后进行矢量化；c.选择在AutoCAD平台下操作，利用线型自定义和层定义功能，对地形补绘要素进行编辑。（6）电子图生产。电子图生产需借助生产平台，这一环节全部在大连海事大学完成。我们派4名技术人员参加了这一环节工作。
3 质量管理
在项目生产的各环节，严格按ISO9001-2008质量管理体系要求进行质量管理工作，强调上道工序对下道工序负责，发现问题及时改正。一是在基础数据处理中，采取互检方式，确保数据准确可靠；二是在图形编辑中，等深线的勾绘既要符合水流趋势，又要遵循缩深扩浅原则；三是各分块图形必须经统一的无缝化接图调整；四是保证成果的唯一性，各环节工作进入下道工序应用前，作为阶段性成果由专人负责保管，其它过程成果不再使用；在电子图成果应用前，组织专门人员进行检查、审核，对不满足要求的要素现场修正。
4 实用性
将地形图数据改化为水深图，是应用设计水位直接进行图上断面高程改正，求得水深。根据了解到的情况，目前采用这种方式形成水深图在我国内河水运系统尚属首次。而在我局历年的测量任务中，水深图和河床地形图均是以原始数据独立编辑生产的，满足不同工程需要，二者成图不需要进行改化。
传统的水深图形成，不仅需要设计水位，而且还要进行瞬时水位联测，并采用线性内插法求算改正数，改正施测水深得到图上水深。相比之下，直接利用地形图数据改化为水深，仅需要设计水位数据，只要设计水位准确，其成果就能满足精度要求。
由此可见，本项目工作的关键环节是全河段设计水位推算在图上应用，本项目设计水位推算为我单位技术人员自行推算，用水位站点校核方法进行合理化趋近，以满足精度要求。
采用这种方式所具备的条件是：（1）有完整的河床地形图；（2）特定水位下全河段的比降资料；（3）可靠的水位站资料。
本项目是首次利用前述原理进行生产并完成电子航道图制作的，无需外业工作，人员投入较少，平行工作，各工序衔接密切。进一步优化环节内容和步骤，可作为今后数据处理的生产模式。
结束语
通过本项目工作，利用已有河床地形图改化为水深图，其原理可行，流程上趋于成熟，这为今后同类型工作起到了示范作用。由于引入设计水位，将河床地形图与航 道水深图联系起来，二者转换过程是可逆的，即水深图也可以改化为相应的地形图，进一步优化这种模式，加密水位断面数，缩小断面间距，尽量减小的水位改正梯度值，可有效提高改化精度。这种方法可以推广至航道测量数据处理多方面工作，适合较大规模浅滩整治工程测量数据处理，满足航道养护与管理之需要。
本项目最终成果为电子航道图，作为我局信息化航道的重要组成部分，已经应用于船舶调度、航道养护与管理。随着黑龙江经济的发展，特别是哈尔滨城市的快速提升，松花江上游航道为我省腹地沿江地区的发展提供了便捷、低耗、环保的水上通道，电子航道图对推动我省水运发展必将起到重要作用。
参考文献
[1]胡旭跃，陈建强.航道整治（港口航道与海岸工程专业）[M].人民交通出版社，2008，11.