◎ 鄒琪 廣州海事測(cè)繪中心

基于ArcGIS Maritime的海圖數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

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本文基于ArcGIS Maritime的新特性及其對(duì)新一代電子海圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的支持，設(shè)計(jì)了海圖數(shù)據(jù)庫總體架構(gòu)，初步探討了新海圖數(shù)據(jù)庫下的數(shù)據(jù)生產(chǎn)管理與發(fā)布共享、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等內(nèi)容，對(duì)現(xiàn)代GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)下建立新海圖數(shù)據(jù)庫具有一定的指導(dǎo)意義。

海圖 ArcGIS Maritime 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 S-100

海圖是地圖的一種，是以表示海洋區(qū)域制圖現(xiàn)象的一種地圖，是航海必不可少的參考數(shù)據(jù)，其主要內(nèi)容包括了岸形、島嶼、礁石、水深、航標(biāo)和無線電導(dǎo)航臺(tái)等。廣州海事測(cè)繪中心十多年來積累了海量數(shù)字化或非數(shù)字化的海圖數(shù)據(jù)。隨著現(xiàn)代海事測(cè)繪產(chǎn)品和服務(wù)需求的不斷升級(jí)，這些數(shù)據(jù)原有以文件式或多類型舊數(shù)據(jù)庫的管理模式已無法滿足應(yīng)用需要。為此，在對(duì)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合統(tǒng)一同時(shí)，需要面向新型應(yīng)用對(duì)海圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與建設(shè)。本文在對(duì)中心數(shù)據(jù)現(xiàn)狀分析與國內(nèi)外現(xiàn)狀調(diào)研基礎(chǔ)上，就基于ArcGIS Maritime的海圖數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

圖1　 新海圖數(shù)據(jù)庫總體架構(gòu)圖

1.數(shù)據(jù)現(xiàn)狀與技術(shù)路線選取

經(jīng)過多年的數(shù)據(jù)生產(chǎn)、更新與聚集，廣州海事測(cè)繪中心擁有大量的海圖數(shù)據(jù)資源，從數(shù)據(jù)來源看主要包括外業(yè)測(cè)量，收集購買和內(nèi)業(yè)處理等幾類數(shù)據(jù)；從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式來看，有HPD數(shù)據(jù)庫、oracle數(shù)據(jù)庫、000格式電子海圖、Caris GIS專有格式數(shù)據(jù)、MapGIS專有格式數(shù)據(jù)、DWG格式數(shù)據(jù)、柵格圖片數(shù)據(jù)、3DMAX格式數(shù)據(jù)、Excel表數(shù)據(jù)、Word文檔數(shù)據(jù)、紙質(zhì)文件數(shù)據(jù)等多種存儲(chǔ)方式，其中海圖要素?cái)?shù)據(jù)主要以000格式的S57標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖和HPD數(shù)據(jù)庫形式存在；從圖件比例尺來看涉及到1:5000、1:1萬、1:1.5萬、1:2萬、1:2.5萬、1:3萬、1:3.5萬、1:4萬、1:6萬、1:7.5萬、1:10萬、1:12萬、1:15萬、1:30萬等多種比例尺。

這種長久以來積淀的海量海圖數(shù)據(jù)，格式多樣，存儲(chǔ)方式多種，給數(shù)據(jù)管理維護(hù)與應(yīng)用帶來相當(dāng)大的困難，為此需要利用新的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，重新設(shè)計(jì)海圖數(shù)據(jù)庫，對(duì)這些多源、多格式、多尺度的海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一有序的管理、共享和應(yīng)用。利用新技術(shù)建立的海圖數(shù)據(jù)庫應(yīng)能支撐對(duì)數(shù)據(jù)的高效訪問及海量多樣化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，并能快速方便地對(duì)海圖數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布與共享，需要面向新一代的電子海圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的海圖數(shù)據(jù)存取、管理與應(yīng)用。為此，本文提出基于ESRI最新推出的ArcGIS Maritime來建立海圖數(shù)據(jù)庫，采用ArcSDE和Oracle相結(jié)合的數(shù)據(jù)建庫技術(shù)路線，能有效支持對(duì)新一代電子海圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的海圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)、發(fā)布與共享。

2.ArcGIS Maritime

ArcGIS Maritime即ArcGIS for Maritime，是ESRI最新推出，旨在解決海洋、海事、水道測(cè)量中產(chǎn)生的一些問題，是一個(gè)用于管理海事數(shù)據(jù)、產(chǎn)品、工作流和質(zhì)量的完整的解決方案，是面向海圖的ArcGIS Nautical升級(jí)版，可以通過一體化的工作流程生成符合國際標(biāo)準(zhǔn)的水深模型和航海產(chǎn)品。它由Charting（制圖）和Bathymetry（測(cè)深）兩個(gè)模塊構(gòu)成。Charting 能幫助海事相關(guān)的單位、制圖機(jī)構(gòu)、地圖服務(wù)發(fā)布商等用戶提高生產(chǎn)操作的速度和靈活性，提供了一個(gè)真正的基于GIS的平臺(tái)來改善、規(guī)范和加快數(shù)據(jù)與工作流的管理，使我們能夠在短時(shí)間內(nèi)完成從數(shù)據(jù)采集到產(chǎn)品的生產(chǎn)和分享等流程。Bathymetry允許科研機(jī)構(gòu)、政府部門、商業(yè)組織等用戶對(duì)海底表面創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模型，發(fā)掘水深數(shù)據(jù)（bathymetric data）最大的價(jià)值，從而做出更好的決策。

圖2　 基于ArcGIS Maritime海圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)生產(chǎn)應(yīng)用流程圖

圖3　 ArcGIS海圖模塊加載BAG數(shù)據(jù)

3.總體架構(gòu)

在統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范框架下,按照新一代海圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型組織數(shù)據(jù),選擇合適的數(shù)據(jù)加載方式,通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎和ArcGIS Maritime,將海量的空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入、轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)在Oracle大型商用數(shù)據(jù)庫中。對(duì)于歷史數(shù)據(jù)，應(yīng)分類進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化處理，以導(dǎo)入到新數(shù)據(jù)庫中。采用統(tǒng)一的時(shí)空框架、統(tǒng)一的信息資源目錄體系、統(tǒng)一的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)組織的基本原則進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，完成對(duì)新舊各類數(shù)據(jù)建模、組織和管理，實(shí)現(xiàn)多類型、多尺度、多時(shí)態(tài)成果的集成化管理。本文設(shè)計(jì)的海圖數(shù)據(jù)庫總體架構(gòu)如圖1。

4.數(shù)據(jù)生產(chǎn)與應(yīng)用

利用ArcGIS Maritime的Charting模塊，在新建立的海圖數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上生產(chǎn)、導(dǎo)入、管理、輸出和發(fā)布電子海圖數(shù)據(jù)，其基本流程如圖2。

5.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

依據(jù)新一代電子海圖標(biāo)準(zhǔn)（S-100）建立的海圖數(shù)據(jù)庫，需要將中心原有的海圖數(shù)據(jù)在ArcGIS Maritime的Charting中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ArcGIS Maritime支持S-52、S-57、S-58等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，在導(dǎo)入原有數(shù)據(jù)后，再通過ESRI與NOAA（美國國家海洋和大氣管理局）合作開發(fā)轉(zhuǎn)換原型，可將舊標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成新標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。對(duì)于新標(biāo)準(zhǔn)水深柵格數(shù)據(jù)（S-102）的轉(zhuǎn)換，ArcGIS Desktop提供了一個(gè)的桌面組件，用于管理處理后的測(cè)深數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。產(chǎn)品管理基于中心數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)格化數(shù)據(jù)，這個(gè)庫稱為BIS（Bathymetry Information System）。

利用ArcGIS Maritime的Bathymetry解決方案管理.BAG柵格數(shù)據(jù)（圖3），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)新海圖數(shù)據(jù)中，可創(chuàng)建一個(gè)復(fù)合表面模型。這種復(fù)合表面模型常以三維點(diǎn)數(shù)據(jù)的形式生成航海產(chǎn)品，或通過ArcGIS空間分析模塊進(jìn)行表面分析，或通過ArcGIS Server的Image Service服務(wù)共享為在線地圖數(shù)據(jù)。

6.結(jié)語

本文基于ArcGIS Maritime的新特性及其對(duì)新一代電子海圖數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的支持，提出建立新海圖數(shù)據(jù)庫，采用ERSI公司系列產(chǎn)品與Oracle相結(jié)合對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)、管理、輸出、發(fā)布與共享，具有海圖編制與發(fā)布快捷、管理方便、數(shù)據(jù)規(guī)范、表現(xiàn)豐富等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)路線可行。通過其Bathymetry模塊，還可以深化中心海圖數(shù)據(jù)的應(yīng)用，挖掘水深數(shù)據(jù)更大的應(yīng)用價(jià)值。

[1]中國海圖圖式GB 12319-1998.中國測(cè)繪網(wǎng)[引用日期2016-09-10].

[2]ArcGIS for Maritim:Charting和ArcGIS for Maritime: Bathymetry.ESRI官網(wǎng)[引用日期2016-09-10].

[3]李宏得，李漢榮，朱建良，汪海.基于IHO S-57標(biāo)準(zhǔn)的海圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，6(1).

[4]The Challenges of Evolving from S-57 to S-101 Production Systems. www.linkedin.com[引用日期2016-09-11].