張 琴 陶 霞 柳 宏

(長江宜昌航道局，湖北 宜昌 443002)

1 引言

交通運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”，就是由法定認可航道測量機構發(fā)布的、在內容、結構和格式上標準化了的數(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、還可能包含與紙質圖有關的，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，電子航道圖一個最基本也是最重要的功能就是為船舶航行安全服務，圖載水深是電子航道圖指導航行最根本的依據(jù)，它的準確性、精確性直接影響其為船舶安全航行提供的服務的可靠性，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)要進行嚴格的檢查，確保水深數(shù)據(jù)可靠。

《水運工程測量規(guī)范JTS 131-2012》規(guī)定，水深數(shù)據(jù)采集完以后要進行垂直于主測線進行斷面檢測，單波束檢查線長度不宜小于主測深線總長度的5%。因為檢測斷面上采集的水深點與測量水深數(shù)據(jù)點位不可能完全重合，因此常規(guī)檢查只能通過人工估計的方法逐點進。本文利用ArcGIS的空間分析工具，內插出檢測點上的水深數(shù)據(jù)值，然后用EXCEL進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)采集質量進行分析。

2 ArcGIS提取檢測點處水深值

2.1 IDW 插值

檢測點通常不會與測量水深數(shù)據(jù)位置重合，在進行常規(guī)人工檢查的時候，一般會采用兩種方法：1)當檢測點在位置上明顯靠近某一水深點時，就用檢測點與該水深點水深值進行比對;2)當檢測點與周圍多點距離遠近看起來無明顯差異時，就用檢測點與這幾個水深點的平均值進行比對。常規(guī)檢查的第一種方法實際上就是最近鄰點插值法，第二種方法實際上是一種平均值插值法，未考慮參與插值計算的水深點對待插值點影響力上的差別。本文利用ArcGIS進行水深數(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、自然鄰點插值法、最近鄰點插值法、移動平均法、局部多項式法等[2]，這些算法各有優(yōu)缺點。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現(xiàn)。在檢測點位置處內插出測量水深值，用該水深值與檢測點水深值進行比對。

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)設置入口。其中方次參數(shù)“Power”控制著權系數(shù)如何隨著距離的增加而下降，對于一個較大的方次，較近的數(shù)據(jù)點被給定一個較高的權重份額，對于一個較小的方次，權重比較均勻地分配給各數(shù)據(jù)點[3];插值范圍搜尋半徑設置中給定了兩種條件，一種是以參與插值的點數(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，會生成一個柵格Raster，如圖2，Raster每個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)點通過IDW工具得到的柵格圖

2.2 檢測點水深數(shù)據(jù)提取

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

圖3 從柵格提取檢測點水深值

3 Excel進行結果分析

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

1)對差值進行排序，將認定的超過限差的檢測點單獨提取出來，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，分析判斷檢測點與水深點產(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)質量報告的一個成果，這是常規(guī)的人工檢查所沒有的。

圖4 檢測點水深差值分布圖

4 結論

本文利用ArcGIS中的IDW插值工具和數(shù)據(jù)提取工具，得到各檢測點處的測量水深內插值，然后通過Excel進行批量計算，獲得各個檢測點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，形成了一個檢測點水深差值分布圖，有利于對水深數(shù)據(jù)質量的檢測結果進行直觀分析。ArcGIS在電子航道圖水深數(shù)據(jù)檢測中的成功應用為后續(xù)在電子航道圖生產(chǎn)中更多的應用地理信息軟件提供了一個思路。

[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]傅調平，劉玉樹.一種曲面你和內插數(shù)字海圖水深插值算法的設計與實現(xiàn)[J].燕山大學學報，2005，29(4)：308-311

[3]ArcGISDesktop Help[Z]