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　　摘 要：針對地理國情普查水系成果實體編碼問題，進行河流流向正確性檢查方法研究，提出了基于河流實體屬性、流向和“唯長唯遠”原則的河流實體編碼方法，并通過FME平臺實現(xiàn)了河流實體自動編碼，在項目生產(chǎn)中得到驗證，表明該解決方案是可靠、高效的，在地理國情普查水網(wǎng)數(shù)據(jù)優(yōu)化處理中發(fā)揮巨大作用，也為實現(xiàn)地理國情監(jiān)測水系數(shù)據(jù)深化應(yīng)用和水資源相關(guān)空間分析提供了有效支撐。

　　關(guān)鍵詞：地理國情普查;河流實體編碼;水系數(shù)據(jù)深化應(yīng)用

　　“十二五”期間，由測繪地理信息行政主管部門主導(dǎo)，在全國范圍內(nèi)開展地理國情監(jiān)測，實現(xiàn)地理國情信息為政府科學決策、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、水資源相關(guān)空間分析等方面提供持續(xù)服務(wù)。2016年完成了第一次全國地理國情普查成果的數(shù)據(jù)庫建庫工作，數(shù)據(jù)庫中的水系數(shù)據(jù)主要以水利普查成果為參考進行采集獲取的，包括了河流結(jié)構(gòu)線、高水界等，數(shù)據(jù)的屬性同時包含了1∶5萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫河流名稱、河流代碼和水利普查的河流代碼，并以水利普查的河流代碼為實體對象碼建立了水網(wǎng)數(shù)據(jù)層。由于地理國情普查數(shù)據(jù)與水利普查數(shù)據(jù)在要素詳細程度上有較大差異，普查數(shù)據(jù)庫中以水利普查的河流代碼為實體對象碼建立的水網(wǎng)數(shù)據(jù)層，而該層數(shù)據(jù)僅為采集水系數(shù)據(jù)的1/10，存在大量河流未參與構(gòu)網(wǎng)、大量河流小支流匯水不明確、少量河流流向錯誤、水網(wǎng)關(guān)系尚不完善、河流等級與匯流關(guān)系矛盾等問題[1]，一定程度上制約了地理國情普查水網(wǎng)成果在生態(tài)環(huán)境建設(shè)、水資源開發(fā)應(yīng)用與保護等方面的深化應(yīng)用，主要原因是未對每一條河流實體進行對象化編碼。

　　相關(guān)期刊推薦：《地理空間信息》是經(jīng)國家新聞出版總署批準于2003年6月創(chuàng)刊，同月28日出版第一期，它是雙月刊。本刊是湖北省測繪局主管，湖北省測繪行業(yè)協(xié)會和湖北省測繪學會主辦經(jīng)國家新聞出版署審批的科技期刊。以刊載地理空間信息科學的理論和技術(shù)為主要內(nèi)容，延伸到信息技術(shù)的廣闊領(lǐng)域。以學術(shù)探討、技術(shù)交流、法規(guī)與管理、信息服務(wù)為固定版塊，增設(shè)產(chǎn)品與服務(wù)、綜述、教學與研究、人才與就業(yè)等臨時版塊。

　　要素處理引擎(featuremanipulateengine，F(xiàn)ME)是一種基于“語義轉(zhuǎn)換”的空間數(shù)據(jù)處理平臺[2]，提供了豐富的空間疊加、網(wǎng)絡(luò)分析和統(tǒng)計計算的工具函數(shù)，算法嚴密，使用方便，海量數(shù)據(jù)處理能力強，基本滿足地理國情河流實體編碼的需求。

　　因此，以地理國情普查成果深化應(yīng)用(水系統(tǒng)一編碼)項目為依托，研究河流流向正確性檢查方法、基于河流實體對象化屬性、河流實體對象化編碼方法，并通過FME平臺實現(xiàn)了河流流向判斷和河流實體自動化編碼，形成地理國情監(jiān)測水網(wǎng)數(shù)據(jù)對象化編碼方案，在實際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，并發(fā)揮了重要的作用。

　　1河流實體編碼規(guī)則

　　1)河流實體確定規(guī)則。河流有具體的名稱則可被視為該名稱下的一個實體，無名河流從最遠端到匯入其他河流實體的部分視為一個實體，一組無名河流可按主流支流的順序確定河流實體。

　　2)河流等級劃分。地理國情水網(wǎng)優(yōu)化將所有河流劃分為1～9級，其中1～5級已參照1∶100萬地形數(shù)據(jù)庫中全國河流名稱代碼中的等級確定;6～9級參照集水區(qū)單元、河流長度等因子進行確定;6級河流在每個集水區(qū)單元內(nèi)原則上只選取一條最長的，選取5000m以上主要支流河流作為7級河流;選取7級以外1000m以上河流定義為8級河流;其他的定義為9級河流。

　　3)河流實體編碼規(guī)則。按照下述河流實體編碼規(guī)則對河流進行編碼。編碼結(jié)構(gòu)如下：

　　************

　　前6位為集水區(qū)單元代碼，以河流所在最小集水區(qū)單元編碼;第7位為已經(jīng)確定的河流等級;第8～11位為順序碼，使用阿拉伯數(shù)字，按重要程度采用先由主流到支流、再由北向南、自東向西的原則編碼;第12位為標識碼[3-5]。

　　2河流流向判斷方法研究

　　河流流向指的是河流中水體的水流方向，此方向應(yīng)與河流結(jié)構(gòu)線的數(shù)字化采集方向一致，是一個隱含的關(guān)系，實際生產(chǎn)中人工不易發(fā)現(xiàn)錯誤。河流流向關(guān)系的正確性是河流統(tǒng)一編碼的前提條件，所以在河流統(tǒng)一編碼之前需對河流流向正確性進行判斷和改正。自然河流的抽象形態(tài)表現(xiàn)為樹狀(如圖1中A樹狀河流所示)和環(huán)狀(如圖1中B環(huán)狀河流所示)2種形態(tài);辮狀河流(如圖1中C環(huán)狀河流所示)可分解為樹狀和環(huán)狀的組合形態(tài)，流向的判斷可分解到樹狀和環(huán)狀形態(tài)河流流線判斷中，因此本文研究河流流向的判斷方法基于2種河流抽象形態(tài)設(shè)計

　　自然河流的流向存在從高向低的規(guī)律，且數(shù)字化采集的河流結(jié)構(gòu)線都是有向矢量線段，可通過構(gòu)建有向線網(wǎng)絡(luò)、查找源和匯的方法判斷河流流向[6]。具體思路如下：

　　1)樹狀河流通過有向線構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，找到水系網(wǎng)絡(luò)的源和匯，再根據(jù)源和匯的高程值判斷河流流向的正確性，將流向錯誤的河流結(jié)構(gòu)線添加標識，再進行改正。

　　2)環(huán)狀河流通過構(gòu)面找到構(gòu)成環(huán)狀河流的所有河流結(jié)構(gòu)線要素，再單獨對環(huán)狀河流結(jié)構(gòu)線要素構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，找水系網(wǎng)絡(luò)的源和匯。如果在一個環(huán)狀河流結(jié)構(gòu)線構(gòu)建的水系網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不存在源和匯，則該環(huán)狀水系內(nèi)存在河流流向錯誤的結(jié)構(gòu)線;如果存在源和匯，則根據(jù)源和匯的高程值判斷河流流向的正確性，將流向錯誤的河流結(jié)構(gòu)線添加標識，再進行改正。

　　3河流實體編碼方法研究

　　地理國情監(jiān)測水系數(shù)據(jù)中1～5級河流屬性中均有河流名稱、水利普查的河流代碼等實體屬性。故1～5級河流的編碼可通過實體屬性進行河流實體編碼，而5級以下的河流既無河流名稱也無河流水利普查的河流代碼，只能依靠河流流向關(guān)系和“唯長唯遠”的原則進行河流實體編碼。河流流向通過流向判斷和改正已經(jīng)得到保證，如何找到每個相對獨立的水系網(wǎng)絡(luò)中河水流經(jīng)的最長路線成為河流編碼的關(guān)鍵，河流編碼方法流程如圖2所示。

　　具體思路如下：

　　1)對1～5級河流根據(jù)河流名稱、河流實體編碼等實體屬性，按照12位河流編碼規(guī)則進行河流實體編碼，并標記為已編碼，作為5級以下河流首次編碼的骨架水系;

　　2)對5級以下河流構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，因為骨架水系不參與構(gòu)網(wǎng)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)后的結(jié)果是以每個支流的起點為網(wǎng)絡(luò)源，以網(wǎng)絡(luò)匯入骨架水系點為匯的相對獨立的水系網(wǎng)絡(luò)，并對構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)進行編號;

　　3)創(chuàng)建每個相對獨立的水系網(wǎng)絡(luò)中從所有源到所有匯的有向矢量;

　　4)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和源到匯的有向矢量，生成該水系網(wǎng)絡(luò)中從源到匯的所有可能的有向路線;

　　5)對步驟4)得到的路線計算長度，并取長度的倒數(shù)，采用查找最短路徑的方法[7]，使用長度的倒數(shù)作為查找最短路徑的影響因子，在相同網(wǎng)絡(luò)編號的有向路線中因子最小的路線，即為河流流經(jīng)長度最長的路線;

　　6)對步驟5)得到的最長路線經(jīng)過的所有河流結(jié)構(gòu)線弧段，根據(jù)河流等級劃定標準，按照12位的河流編碼規(guī)則進行河流等級判定和實體編碼，并將河流弧段標記為已編碼，作為下一次迭代編碼的骨架水系。

　　7)對于未標記的河流結(jié)構(gòu)線弧段，重復(fù)步驟2)～6)，直到所有河流結(jié)構(gòu)線都標記為已編碼，處理結(jié)束。

　　輸入河流數(shù)據(jù)通過1次編碼循環(huán)處理，即可得到如圖3所示的結(jié)果，將最長的河流檢索出來，并進行編碼。

　　4河流實體編碼方法實現(xiàn)

　　基于FME軟件平臺，調(diào)用函數(shù)庫中豐富的函數(shù)工具，定制可視化的工作流，實現(xiàn)河流實體編碼的自動化處理。首先從函數(shù)庫中檢索到相應(yīng)的函數(shù)工具匹配編碼方法中的每一項操作，并設(shè)置各函數(shù)工具必需的參數(shù)，關(guān)鍵步驟所使用的函數(shù)工具對照表如表1所示。然后將各函數(shù)工具的輸入輸出相連，形成河流實體編碼自動化處理的工作流，最終實現(xiàn)河流實體編碼的自動化處理程序。

　　在2017年地理國情普查水系深化應(yīng)用項目中，對河流實體編碼程序進行了測試對比，測試數(shù)據(jù)情況為河流弧段總數(shù)為100000條，其中1～5級河流弧段4500條，5級以下河流弧段95500條。傳統(tǒng)人工編碼方式作業(yè)，人均編碼2000條/d，需10人用5d完成。程序編碼方式用15～20min運行程序，再由人工補充處理編碼未成功弧段、整理數(shù)據(jù)用時約5.3h。

　　5結(jié)　語

　　本文提出的地理國情水網(wǎng)數(shù)據(jù)編碼方法已在2017年地理國情普查成果深化應(yīng)用(水系統(tǒng)一編碼)項目中進行了成功的應(yīng)用，通過實際應(yīng)用對比發(fā)現(xiàn)，本文提出的地理國情水網(wǎng)數(shù)據(jù)編碼方法比傳統(tǒng)的人工編碼判讀精度更精確、標準更統(tǒng)一、效率更高效，作業(yè)人員的勞動強度大大減小，項目的生產(chǎn)效率大大提升，生產(chǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量得到保證。