ArcGIS与Excel在电子航道图数据检测中的应用

张 琴 陶 霞 柳 宏

(长江宜昌航道局，湖北 宜昌 443002)

1 引言

交通运输部长江航道管理局2011年12月22日在武汉宣布，贯通长江2687.8公里干线航道的长江电子航道图研发成功，正式投入使用。自此，在长江上行船，如同在陆地上驾驶拥有导航系统的汽车，更加直观、方便、快捷。所谓“电子航道图”，就是由法定认可航道测量机构发布的、在内容、结构和格式上标准化了的数据库。包含了为安全航行所必需的所有航道图信息，专供电子航道图显示与信息系统使用的、还可能包含与纸质图有关的，且对安全航行来说是必需的其他附加信息[1]。从电子航道图的定义来看，电子航道图一个最基本也是最重要的功能就是为船舶航行安全服务，图载水深是电子航道图指导航行最根本的依据，它的准确性、精确性直接影响其为船舶安全航行提供的服务的可靠性，因此在制作电子航道图之前，对采集到的航道水深数据要进行严格的检查，确保水深数据可靠。

《水运工程测量规范JTS 131-2012》规定，水深数据采集完以后要进行垂直于主测线进行断面检测，单波束检查线长度不宜小于主测深线总长度的5%。因为检测断面上采集的水深点与测量水深数据点位不可能完全重合，因此常规检查只能通过人工估计的方法逐点进。本文利用ArcGIS的空间分析工具，内插出检测点上的水深数据值，然后用EXCEL进行对检测值与测量水深值批量求差，有利于快速、直观地对电子航道图水深数据采集质量进行分析。

2 ArcGIS提取检测点处水深值

2.1 IDW 插值

检测点通常不会与测量水深数据位置重合，在进行常规人工检查的时候，一般会采用两种方法：1)当检测点在位置上明显靠近某一水深点时，就用检测点与该水深点水深值进行比对;2)当检测点与周围多点距离远近看起来无明显差异时，就用检测点与这几个水深点的平均值进行比对。常规检查的第一种方法实际上就是最近邻点插值法，第二种方法实际上是一种平均值插值法，未考虑参与插值计算的水深点对待插值点影响力上的差别。本文利用ArcGIS进行水深数据检测，也要利用到它的空间插值工具。

目前常用的空间插值方法有：距离倒数乘方法 克里金法克里金法、最小曲率法、多元回归法、径向基本函数法、谢别德法、三角网/线形插值法、自然邻点插值法、最近邻点插值法、移动平均法、局部多项式法等[2]，这些算法各有优缺点。综合考虑水深数据分布特征，本文选择采用距离倒数乘方法，Arc-GIS中的IDW插值工具正是对这一方法的实现。在检测点位置处内插出测量水深值，用该水深值与检测点水深值进行比对。

如图1，ArcGIS中的IDW插值工具提供了方次、插值范围搜寻半径以及生成栅格单元大小等参数设置入口。其中方次参数“Power”控制着权系数如何随着距离的增加而下降，对于一个较大的方次，较近的数据点被给定一个较高的权重份额，对于一个较小的方次，权重比较均匀地分配给各数据点[3];插值范围搜寻半径设置中给定了两种条件，一种是以参与插值的点数为条件，一种是已给定圆半径为条件。如果是给定圆半径，则应该对比例尺要素予以考虑。

图1 IDW插值

水深测量数据Data通过IDW插值后，会生成一个栅格Raster，如图2，Raster每个单元的值代表的是该处的插值水深。

图2 某河段水深数据点通过IDW工具得到的栅格图

2.2 检测点水深数据提取

要得到检测点处的测量水深值，还需要基于Raster进行水深数据提取。ArcGIS空间分析中Extraction工具箱里提供的Extract Values to Points工具可以达到这一目的。

图3 从栅格提取检测点水深值

3 Excel进行结果分析

ArcGIS中利用IDW插值的方法提取到了各检测点处测量水深值，将该结果导入在Excel表中。在Excel表格中，将同一检测点处的水深测量值与检测值进行批量求差，该求差结果有两个作用：

1)对差值进行排序，将认定的超过限差的检测点单独提取出来，用区别于图面水深数据的颜色挂入，这样可以大大缩小数据检查范围，分析判断检测点与水深点产生过大差异的原因。

2)如图4，通过图表的方式可以很直观的看出检测数据差异分布情况，可作为数据质量报告的一个成果，这是常规的人工检查所没有的。

图4 检测点水深差值分布图

4 结论

本文利用ArcGIS中的IDW插值工具和数据提取工具，得到各检测点处的测量水深内插值，然后通过Excel进行批量计算，获得各个检测点处检测水深与测量水深之间的差值，一方面可以提高数据检测效率;另一方面，形成了一个检测点水深差值分布图，有利于对水深数据质量的检测结果进行直观分析。ArcGIS在电子航道图水深数据检测中的成功应用为后续在电子航道图生产中更多的应用地理信息软件提供了一个思路。

[1]JT/T 765-2009.长江电子航道图制作规范[S].北京：人民交通出版社发行，2010

[2]傅调平，刘玉树.一种曲面你和内插数字海图水深插值算法的设计与实现[J].燕山大学学报，2005，29(4)：308-311

[3]ArcGISDesktop Help[Z]