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        水利地理信息電子化數(shù)據(jù)應(yīng)用研究

        2019-05-30 09:47:52
        山西水利 2019年3期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)格式實(shí)地勘測(cè)

        周 斌

        (左云縣水務(wù)局,山西 左云 037100)

        在水利基層實(shí)踐中,開(kāi)展項(xiàng)目規(guī)劃、工程前期勘測(cè)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等工作,要以實(shí)地勘測(cè)結(jié)合相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),形成勘測(cè)布置的測(cè)繪數(shù)據(jù),為后續(xù)工作開(kāi)展提供依據(jù)。隨著測(cè)繪技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展,電子化的地理信息數(shù)據(jù)可統(tǒng)一批量處理,信息精度高,轉(zhuǎn)換便捷,與傳統(tǒng)測(cè)繪、人工統(tǒng)計(jì)的處理方式相比,大大提高了工作效率和測(cè)繪成果質(zhì)量。

        通過(guò)對(duì)地理信息數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理,可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到圖形,圖形到數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換,通過(guò)應(yīng)用不同地理信息數(shù)據(jù)的疊加,批量提取數(shù)據(jù)、批量轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),可以與其他行業(yè)部門(mén)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)接與數(shù)據(jù)交換。

        1 傳統(tǒng)測(cè)繪工作存在的問(wèn)題

        單位現(xiàn)有的北京1954坐標(biāo)系82版1∶10 000地形圖信息,提供的相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)量不豐富,也與項(xiàng)目實(shí)施區(qū)域?qū)嶋H地理情形不相符,在實(shí)際工作中也只是采用統(tǒng)一坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)和做為底圖來(lái)用;而采用新版紙質(zhì)圖(地形圖或影像圖)購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用高,紙上數(shù)據(jù)信息更新間隔時(shí)間長(zhǎng),而單獨(dú)采用紙質(zhì)圖,與實(shí)地結(jié)合不直觀,存在較大的誤差。

        傳統(tǒng)的測(cè)繪工作,是在硫酸紙、米格紙和紙質(zhì)地形圖上進(jìn)行手工標(biāo)繪作業(yè)。費(fèi)時(shí)費(fèi)力、損耗大、費(fèi)用高,標(biāo)繪后與實(shí)地勘測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合不嚴(yán)謹(jǐn),圖形統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)誤差大,數(shù)據(jù)碎片化,整合匯總到“一張圖”時(shí)難度大,不能有效形成從數(shù)據(jù)到圖形,圖形到數(shù)據(jù)的互相轉(zhuǎn)換。

        用手持GPS實(shí)地測(cè)量的數(shù)據(jù)存在精度誤差,測(cè)量主要是對(duì)于點(diǎn)定位功能的使用;對(duì)于線(xiàn)的定位,測(cè)量后線(xiàn)型呈鋸齒狀,不可直接使用,需結(jié)合勘測(cè)地型對(duì)線(xiàn)型進(jìn)行微調(diào),對(duì)于測(cè)量線(xiàn)路中有弧度地方,在標(biāo)繪時(shí)缺乏有效的方法,無(wú)法在圖形中完整體現(xiàn)。

        在工作中缺乏對(duì)已完成工作成果和相關(guān)信息數(shù)據(jù)的收集,未能將這些成果數(shù)據(jù)整合在一起,作為開(kāi)展其它工作的備查資料。

        2 數(shù)字地理信息數(shù)據(jù)實(shí)踐

        數(shù)字地理信息數(shù)據(jù),是通過(guò)對(duì)手持GPS實(shí)地勘測(cè)、谷歌地球衛(wèi)星影像、DEM數(shù)字高程,行政區(qū)劃、轄區(qū)內(nèi)流域劃分、水系圖、地類(lèi)圖電子版(西安1980坐標(biāo)系1∶10 000)、水利工作中形成的數(shù)據(jù)成果等的綜合應(yīng)用,并進(jìn)行不同組合的疊加,應(yīng)用到水利工作實(shí)踐中,為開(kāi)展項(xiàng)目規(guī)劃、工程前期勘測(cè)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等水利工作,提供信息數(shù)據(jù)服務(wù)的。

        2011年抗旱應(yīng)急水源規(guī)劃,需遠(yuǎn)距離調(diào)水,管線(xiàn)布置距離遠(yuǎn)、跨度大,設(shè)計(jì)規(guī)劃要求在短時(shí)間內(nèi)完成,實(shí)地勘測(cè)任務(wù)重,存在工程實(shí)際布置是否合理的問(wèn)題。由于時(shí)間緊,實(shí)地測(cè)量缺失,項(xiàng)目的布置規(guī)劃任務(wù),是由部分實(shí)地勘測(cè)取得的數(shù)據(jù),結(jié)合谷歌地球衛(wèi)星影像和DEM數(shù)字高程,經(jīng)分析調(diào)整后完成的。

        2015年御河、桑干河流域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃中,涉及多處河道,需明確劃分出某縣境內(nèi)河道的流域范圍。但是由于從未對(duì)流域劃分、河流水系的情況開(kāi)展過(guò)統(tǒng)計(jì)調(diào)查,也無(wú)任何備查圖形資料,只有一些相關(guān)流域統(tǒng)計(jì)的籠統(tǒng)數(shù)據(jù)。流域劃分和河流水系,是通過(guò)對(duì)DEM數(shù)字高程進(jìn)行分析提取后生成的。為保持?jǐn)?shù)據(jù)的統(tǒng)一性,從市水文局下發(fā)的山洪災(zāi)害非工程治理措施項(xiàng)目野外調(diào)查底圖數(shù)據(jù)中,提取了流域劃分?jǐn)?shù)據(jù),以谷歌地理影像數(shù)據(jù)為平臺(tái),結(jié)合西安1980坐標(biāo)系行政區(qū)劃,對(duì)流域劃分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了校正,確認(rèn)了行政區(qū)劃與流域的相對(duì)坐標(biāo)位置,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì),完成了全縣流域劃分,并對(duì)境內(nèi)各流域情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)匯總。

        京津風(fēng)沙源治理二期工程水利水保項(xiàng)目中,小流域治理規(guī)劃面積的調(diào)整布置,節(jié)水工程管道布置,都是通過(guò)實(shí)地GPS勘測(cè)后,將勘測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到谷歌地球中,結(jié)合衛(wèi)星地理影像,對(duì)小流域治理規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行分析并調(diào)整布置,對(duì)管道的布置、長(zhǎng)度和管線(xiàn)高程變化作觀察分析,依據(jù)實(shí)際地理情況作出合理性調(diào)整后,再將勘測(cè)布置數(shù)據(jù)導(dǎo)入Atuo CAD軟件中,按設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行編輯后,形成定稿。

        水利工作中電子化數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛,如水源的選址、水功能區(qū)劃分,河道上游匯流面積統(tǒng)計(jì),結(jié)合降雨量統(tǒng)計(jì)完成水帳計(jì)算等。充分體現(xiàn)了數(shù)據(jù)電子化和數(shù)據(jù)收集整理的重要性。

        3 數(shù)字地理信息數(shù)據(jù)處理

        以谷歌地球GIS軟件為驗(yàn)證分析平臺(tái),將各類(lèi)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行組合疊加,完成設(shè)計(jì)、規(guī)劃、布置任務(wù)。

        3.1 數(shù)據(jù)處理流程

        將手持GPS實(shí)地勘測(cè)數(shù)據(jù)或已有勘測(cè)數(shù)據(jù),導(dǎo)入谷歌地球,進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別處理,對(duì)照軟件中衛(wèi)星影像地理信息,在軟件中進(jìn)行勾繪;標(biāo)繪完成后導(dǎo)出或直接引用部分GPS測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理;由WGS 84坐標(biāo)系經(jīng)緯度數(shù)據(jù),變?yōu)楦咚?克呂格投影平面坐標(biāo)XY值(北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、國(guó)家2000坐標(biāo)系);在Auto CAD軟件中加載轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù),編輯、處理形成定稿后,加載紙質(zhì)地形圖電子版或衛(wèi)星影像圖為底圖,按相關(guān)比例要求輸出到規(guī)劃圖紙中。與其它數(shù)據(jù)對(duì)接和交換時(shí),還涉及到坐標(biāo)系、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,以及轉(zhuǎn)換參數(shù)的設(shè)置與校正。

        3.2 數(shù)據(jù)采集

        GPS測(cè)量精度要求,可使用手持GPS。通過(guò)手持GPS參數(shù)設(shè)置調(diào)整,轉(zhuǎn)換為需要的平面坐標(biāo)XY值(北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、國(guó)家2000坐標(biāo)系),為保持?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)一,需采用統(tǒng)一轉(zhuǎn)換參數(shù)。

        在谷歌地球中,通過(guò)對(duì)衛(wèi)星影像地理信息的識(shí)別標(biāo)繪,對(duì)標(biāo)繪圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)提取,導(dǎo)出為WGS 84坐標(biāo)系經(jīng)緯度數(shù)據(jù),還需進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。

        智能手機(jī)具有定位功能,定位準(zhǔn)確,安裝地理信息軟件后,即可完成坐標(biāo)信息的采集。隨著手機(jī)更新?lián)Q代,軟硬件功能越來(lái)越強(qiáng)大,使用范圍多方位擴(kuò)展,安裝地理信息軟件的手機(jī),具備手持GPS功能,可聯(lián)網(wǎng)加載多種地理信息數(shù)據(jù),相關(guān)功能也能滿(mǎn)足數(shù)據(jù)采集記錄需求。野外勘測(cè)時(shí),預(yù)先加載其它規(guī)劃信息數(shù)據(jù),通過(guò)手機(jī)實(shí)地定位、實(shí)地勘測(cè),對(duì)聯(lián)網(wǎng)后的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),再進(jìn)行調(diào)整、布置、規(guī)劃任務(wù)與宏觀分析。

        3.3 數(shù)據(jù)處理

        各類(lèi)數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用,與計(jì)算機(jī)應(yīng)用緊密結(jié)合,數(shù)據(jù)處理涉及到多種數(shù)據(jù)格式和坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。最終數(shù)據(jù)成果,應(yīng)使用統(tǒng)一格式標(biāo)準(zhǔn),為數(shù)據(jù)對(duì)接、交換、集成創(chuàng)造條件。

        3.3.1 坐標(biāo)系

        經(jīng)緯度坐標(biāo)。在GPS測(cè)量設(shè)備和GIS系統(tǒng)中,都以WGS 84坐標(biāo)系為默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。建立WGS 84坐標(biāo)系的目的,是統(tǒng)一全世界地心坐標(biāo)系,是國(guó)際上統(tǒng)一采用的地心坐標(biāo)系。

        平面坐標(biāo)。我國(guó)建立的坐標(biāo)系,有北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、國(guó)家2000坐標(biāo)系,分別采用了不同的參考橢球體,不同的大地基準(zhǔn)面。在不同的坐標(biāo)系下,同一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值是不同的。

        參數(shù)調(diào)整設(shè)置,是將WGS 84坐標(biāo)系經(jīng)緯度,轉(zhuǎn)換為需要的平面坐標(biāo)XY值(北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、國(guó)家2000坐標(biāo)系)。通過(guò)不同坐標(biāo)系中,相同參照物坐標(biāo)的對(duì)比,計(jì)算處轉(zhuǎn)換參數(shù),將采集數(shù)據(jù)加載轉(zhuǎn)換參數(shù),得到需要的坐標(biāo)參數(shù)。

        按照國(guó)務(wù)院推廣使用國(guó)家2000坐標(biāo)系的有關(guān)要求,工作中涉及空間數(shù)據(jù)采集的項(xiàng)目,于2018年7月1日起,全面使用國(guó)家2000坐標(biāo)系。北京1954坐標(biāo)系和西安1980坐標(biāo)系,將正式退出歷史舞臺(tái)。工作中形成的大量舊坐標(biāo)系數(shù)據(jù)成果,需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,建立電子檔案,向國(guó)家2000坐標(biāo)系對(duì)接。

        3.3.2 投影分帶

        在采用北京1954坐標(biāo)系、西安1980坐標(biāo)系、國(guó)家2000坐標(biāo)系,局部向全局集成時(shí),涉及到3度帶向6度帶的相互轉(zhuǎn)變,在同一坐標(biāo)系內(nèi),當(dāng)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)點(diǎn)所在6度帶和3度帶中央子午線(xiàn)(經(jīng)度)相同時(shí),其坐標(biāo)點(diǎn)值是相同的,只是帶號(hào)不同,可以不經(jīng)過(guò)投影計(jì)算,修改相應(yīng)投影帶的帶號(hào)即可,如果中央子午線(xiàn)(經(jīng)度)不同,坐標(biāo)值就必須進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換,如圖1。

        3.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換編輯

        水利工作涉及的地理信息數(shù)據(jù)格式,有KML(谷歌地球數(shù)據(jù)格式)、DWG(Auto CAD數(shù)據(jù)格式)、DEM(數(shù)字高程數(shù)據(jù)格式)、SHP(Arc GIS數(shù)據(jù)格式)等種類(lèi),這些數(shù)據(jù)格式統(tǒng)稱(chēng)為矢量數(shù)據(jù);以及Excel表格數(shù)據(jù)和文本數(shù)據(jù)。要求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到圖形、圖形到數(shù)據(jù)的相關(guān)轉(zhuǎn)換。

        數(shù)據(jù)編輯處理平臺(tái),采用Auto CAD軟件,因?yàn)樗δ茇S富、點(diǎn)定位精準(zhǔn),廣泛支持各種GIS編輯軟件,易于數(shù)據(jù)交換和編輯操作。數(shù)據(jù)采集使用Google Earth谷歌地球軟件、手持GPS定位設(shè)備、具有定位功能和安裝GIS軟件的智能手機(jī)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換Coord軟件,Global Mapper軟件,Arc GIS軟件等,完成數(shù)據(jù)提取、不同坐標(biāo)系和數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

        圖1 投影分帶

        4 結(jié)語(yǔ)

        水土保持、農(nóng)村飲水、水資源開(kāi)發(fā)等水利工作形成的數(shù)據(jù)成果,應(yīng)以統(tǒng)一的圖形、電子文檔格式,統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式,形成電子化數(shù)據(jù)檔案,通過(guò)對(duì)轄區(qū)內(nèi)地理信息數(shù)據(jù)的收集整理,疊加不同地理信息數(shù)據(jù),集成到“一張圖”,形成本地化的“大數(shù)據(jù)”庫(kù)。

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