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        ArcGIS與Excel在電子航道圖數(shù)據(jù)檢測中的應(yīng)用

        2013-08-14 05:27:56
        河南科技 2013年7期
        關(guān)鍵詞:插值法檢測點(diǎn)柵格

        張 琴 陶 霞 柳 宏

        (長江宜昌航道局,湖北 宜昌 443002)

        1 引言

        交通運(yùn)輸部長江航道管理局2011年12月22日在武漢宣布,貫通長江2687.8公里干線航道的長江電子航道圖研發(fā)成功,正式投入使用。自此,在長江上行船,如同在陸地上駕駛擁有導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車,更加直觀、方便、快捷。所謂“電子航道圖”,就是由法定認(rèn)可航道測量機(jī)構(gòu)發(fā)布的、在內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和格式上標(biāo)準(zhǔn)化了的數(shù)據(jù)庫。包含了為安全航行所必需的所有航道圖信息,專供電子航道圖顯示與信息系統(tǒng)使用的、還可能包含與紙質(zhì)圖有關(guān)的,且對安全航行來說是必需的其他附加信息[1]。從電子航道圖的定義來看,電子航道圖一個(gè)最基本也是最重要的功能就是為船舶航行安全服務(wù),圖載水深是電子航道圖指導(dǎo)航行最根本的依據(jù),它的準(zhǔn)確性、精確性直接影響其為船舶安全航行提供的服務(wù)的可靠性,因此在制作電子航道圖之前,對采集到的航道水深數(shù)據(jù)要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查,確保水深數(shù)據(jù)可靠。

        《水運(yùn)工程測量規(guī)范JTS 131-2012》規(guī)定,水深數(shù)據(jù)采集完以后要進(jìn)行垂直于主測線進(jìn)行斷面檢測,單波束檢查線長度不宜小于主測深線總長度的5%。因?yàn)闄z測斷面上采集的水深點(diǎn)與測量水深數(shù)據(jù)點(diǎn)位不可能完全重合,因此常規(guī)檢查只能通過人工估計(jì)的方法逐點(diǎn)進(jìn)。本文利用ArcGIS的空間分析工具,內(nèi)插出檢測點(diǎn)上的水深數(shù)據(jù)值,然后用EXCEL進(jìn)行對檢測值與測量水深值批量求差,有利于快速、直觀地對電子航道圖水深數(shù)據(jù)采集質(zhì)量進(jìn)行分析。

        2 ArcGIS提取檢測點(diǎn)處水深值

        2.1 IDW 插值

        檢測點(diǎn)通常不會(huì)與測量水深數(shù)據(jù)位置重合,在進(jìn)行常規(guī)人工檢查的時(shí)候,一般會(huì)采用兩種方法:1)當(dāng)檢測點(diǎn)在位置上明顯靠近某一水深點(diǎn)時(shí),就用檢測點(diǎn)與該水深點(diǎn)水深值進(jìn)行比對;2)當(dāng)檢測點(diǎn)與周圍多點(diǎn)距離遠(yuǎn)近看起來無明顯差異時(shí),就用檢測點(diǎn)與這幾個(gè)水深點(diǎn)的平均值進(jìn)行比對。常規(guī)檢查的第一種方法實(shí)際上就是最近鄰點(diǎn)插值法,第二種方法實(shí)際上是一種平均值插值法,未考慮參與插值計(jì)算的水深點(diǎn)對待插值點(diǎn)影響力上的差別。本文利用ArcGIS進(jìn)行水深數(shù)據(jù)檢測,也要利用到它的空間插值工具。

        目前常用的空間插值方法有:距離倒數(shù)乘方法 克里金法克里金法、最小曲率法、多元回歸法、徑向基本函數(shù)法、謝別德法、三角網(wǎng)/線形插值法、自然鄰點(diǎn)插值法、最近鄰點(diǎn)插值法、移動(dòng)平均法、局部多項(xiàng)式法等[2],這些算法各有優(yōu)缺點(diǎn)。綜合考慮水深數(shù)據(jù)分布特征,本文選擇采用距離倒數(shù)乘方法,Arc-GIS中的IDW插值工具正是對這一方法的實(shí)現(xiàn)。在檢測點(diǎn)位置處內(nèi)插出測量水深值,用該水深值與檢測點(diǎn)水深值進(jìn)行比對。

        如圖1,ArcGIS中的IDW插值工具提供了方次、插值范圍搜尋半徑以及生成柵格單元大小等參數(shù)設(shè)置入口。其中方次參數(shù)“Power”控制著權(quán)系數(shù)如何隨著距離的增加而下降,對于一個(gè)較大的方次,較近的數(shù)據(jù)點(diǎn)被給定一個(gè)較高的權(quán)重份額,對于一個(gè)較小的方次,權(quán)重比較均勻地分配給各數(shù)據(jù)點(diǎn)[3];插值范圍搜尋半徑設(shè)置中給定了兩種條件,一種是以參與插值的點(diǎn)數(shù)為條件,一種是已給定圓半徑為條件。如果是給定圓半徑,則應(yīng)該對比例尺要素予以考慮。

        圖1 IDW插值

        水深測量數(shù)據(jù)Data通過IDW插值后,會(huì)生成一個(gè)柵格Raster,如圖2,Raster每個(gè)單元的值代表的是該處的插值水深。

        圖2 某河段水深數(shù)據(jù)點(diǎn)通過IDW工具得到的柵格圖

        2.2 檢測點(diǎn)水深數(shù)據(jù)提取

        要得到檢測點(diǎn)處的測量水深值,還需要基于Raster進(jìn)行水深數(shù)據(jù)提取。ArcGIS空間分析中Extraction工具箱里提供的Extract Values to Points工具可以達(dá)到這一目的。

        圖3 從柵格提取檢測點(diǎn)水深值

        3 Excel進(jìn)行結(jié)果分析

        ArcGIS中利用IDW插值的方法提取到了各檢測點(diǎn)處測量水深值,將該結(jié)果導(dǎo)入在Excel表中。在Excel表格中,將同一檢測點(diǎn)處的水深測量值與檢測值進(jìn)行批量求差,該求差結(jié)果有兩個(gè)作用:

        1)對差值進(jìn)行排序,將認(rèn)定的超過限差的檢測點(diǎn)單獨(dú)提取出來,用區(qū)別于圖面水深數(shù)據(jù)的顏色掛入,這樣可以大大縮小數(shù)據(jù)檢查范圍,分析判斷檢測點(diǎn)與水深點(diǎn)產(chǎn)生過大差異的原因。

        2)如圖4,通過圖表的方式可以很直觀的看出檢測數(shù)據(jù)差異分布情況,可作為數(shù)據(jù)質(zhì)量報(bào)告的一個(gè)成果,這是常規(guī)的人工檢查所沒有的。

        圖4 檢測點(diǎn)水深差值分布圖

        4 結(jié)論

        本文利用ArcGIS中的IDW插值工具和數(shù)據(jù)提取工具,得到各檢測點(diǎn)處的測量水深內(nèi)插值,然后通過Excel進(jìn)行批量計(jì)算,獲得各個(gè)檢測點(diǎn)處檢測水深與測量水深之間的差值,一方面可以提高數(shù)據(jù)檢測效率;另一方面,形成了一個(gè)檢測點(diǎn)水深差值分布圖,有利于對水深數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢測結(jié)果進(jìn)行直觀分析。ArcGIS在電子航道圖水深數(shù)據(jù)檢測中的成功應(yīng)用為后續(xù)在電子航道圖生產(chǎn)中更多的應(yīng)用地理信息軟件提供了一個(gè)思路。

        [1]JT/T 765-2009.長江電子航道圖制作規(guī)范[S].北京:人民交通出版社發(fā)行,2010

        [2]傅調(diào)平,劉玉樹.一種曲面你和內(nèi)插數(shù)字海圖水深插值算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].燕山大學(xué)學(xué)報(bào),2005,29(4):308-311

        [3]ArcGISDesktop Help[Z]

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