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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平臺實現了河流實體自動編碼，在項目生產中得到驗證，表明該解決方案是可靠、高效的，在地理國情普查水網數據優(yōu)化處理中發(fā)揮巨大作用，也為實現地理國情監(jiān)測水系數據深化應用和水資源相關空間分析提供了有效支撐。

　　關鍵詞：地理國情普查;河流實體編碼;水系數據深化應用

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

　　相關期刊推薦：《地理空間信息》是經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)協會和湖北省測繪學會主辦經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為主要內容，延伸到信息技術的廣闊領域。以學術探討、技術交流、法規(guī)與管理、信息服務為固定版塊，增設產品與服務、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，FME)是一種基于“語義轉換”的空間數據處理平臺[2]，提供了豐富的空間疊加、網絡分析和統計計算的工具函數，算法嚴密，使用方便，海量數據處理能力強，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用(水系統一編碼)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)測水網數據對象化編碼方案，在實際生產中得到應用，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∶100萬地形數據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。編碼結構如下：

　　************

　　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位為已經確定的河流等級;第8～11位為順序碼，使用阿拉伯數字，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，此方向應與河流結構線的數字化采集方向一致，是一個隱含的關系，實際生產中人工不易發(fā)現錯誤。河流流向關系的正確性是河流統一編碼的前提條件，所以在河流統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)設計

　　自然河流的流向存在從高向低的規(guī)律，且數字化采集的河流結構線都是有向矢量線段，可通過構建有向線網絡、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建網絡，找到水系網絡的源和匯，再根據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構線添加標識，再進行改正。

　　2)環(huán)狀河流通過構面找到構成環(huán)狀河流的所有河流結構線要素，再單獨對環(huán)狀河流結構線要素構建網絡，找水系網絡的源和匯。如果在一個環(huán)狀河流結構線構建的水系網絡內不存在源和匯，則該環(huán)狀水系內存在河流流向錯誤的結構線;如果存在源和匯，則根據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構線添加標識，再進行改正。

　　3河流實體編碼方法研究

　　地理國情監(jiān)測水系數據中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得到保證，如何找到每個相對獨立的水系網絡中河水流經的最長路線成為河流編碼的關鍵，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級以下河流構建網絡，因為骨架水系不參與構網，構建網絡后的結果是以每個支流的起點為網絡源，以網絡匯入骨架水系點為匯的相對獨立的水系網絡，并對構建的網絡進行編號;

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

　　4)根據網絡和源到匯的有向矢量，生成該水系網絡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，采用查找最短路徑的方法[7]，使用長度的倒數作為查找最短路徑的影響因子，在相同網絡編號的有向路線中因子最小的路線，即為河流流經長度最長的路線;

　　6)對步驟5)得到的最長路線經過的所有河流結構線弧段，根據河流等級劃定標準，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構線弧段，重復步驟2)～6)，直到所有河流結構線都標記為已編碼，處理結束。

　　輸入河流數據通過1次編碼循環(huán)處理，即可得到如圖3所示的結果，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

　　基于FME軟件平臺，調用函數庫中豐富的函數工具，定制可視化的工作流，實現河流實體編碼的自動化處理。首先從函數庫中檢索到相應的函數工具匹配編碼方法中的每一項操作，并設置各函數工具必需的參數，關鍵步驟所使用的函數工具對照表如表1所示。然后將各函數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用項目中，對河流實體編碼程序進行了測試對比，測試數據情況為河流弧段總數為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、整理數據用時約5.3h。

　　5結　語

　　本文提出的地理國情水網數據編碼方法已在2017年地理國情普查成果深化應用(水系統一編碼)項目中進行了成功的應用，通過實際應用對比發(fā)現，本文提出的地理國情水網數據編碼方法比傳統的人工編碼判讀精度更精確、標準更統一、效率更高效，作業(yè)人員的勞動強度大大減小，項目的生產效率大大提升，生產的數據質量得到保證。