杨保岑 张秋实 李 莉 徐 硕 杨品福

1 长江航道测量中心，湖北 武汉，430010 2 长江航道局，湖北 武汉，430010

长江是中国第一、世界第三大内河，其干线连接东西，支流沟通南北，货运量居全球内河第一，素有“黄金水道”之称。自“十二五”时期以来，《国务院关于加快长江等内河水运发展的意见》《国务院关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》等重要文件先后出台，黄金水道作为基本依托，与国家战略的实施紧密相连，长江航运在推动沿江经济建设、促进城市群互联互通和加快产业带形成上取得了长足发展［1］。随着水运技术的发展，以“数字航道”“智能航运”为目标的水运信息化建设是实现内河航运现代化的关键［2］。作为长江“数字航道”建设的先行官，长江电子航道图是用数字化形式权威、直观、准确、丰富地展现长江航道及两岸地物要素的综合性数字地图产品，为人民群众、港航企业及管理单位提供长江航道信息服务。长江电子航道图的推广应用是加快推进中国内河电子航道图生产与服务平台的统一建设，满足社会各界对电子航道图的应用需求，推动中国内河水运现代化进程的有效途径［3］。本文从长江电子航道图数据生产与信息服务技术方法层面介绍长江电子航道图的功能服务，分析其推广应用前景。

1 长江电子航道图系统简介

长江电子航道图系统是以长江干线数字航道建设为依托，以长江电子航道图生产编辑系统及长江电子航道图公共服务平台为核心，全面整合航道数据交换与服务系统、电子航道图综合管理系统等辅助业务系统的航道信息服务应用。各系统之间相辅相成，相互衔接工作，在业务层面上实现了长江电子航道图数据获取、处理、管理、发布及应用服务的一体化流程，系统总体结构如图1 所示。

图1 长江电子航道图系统总体结构Fig.1 Overall Structure of Changjiang Electronic Navigational Chart System

2 长江电子航道图数据生产与发布

长江电子航道图数据生产依托长江电子航道图生产编辑系统、电子航道图综合管理系统及数字航道等系统来完成，其业务上包括数据获取、数据预处理检查、源数据生产编辑、电子航道图产品生产、产品质检及数据发布等技术环节［4］，其流程如图2 所示。在数据生产过程中，长江电子航道图生产编辑系统的主要功能是将多源异构数据导入源数据中心库，提取需要生产的数据集，进行电子航道图产品生产制作。由于整个数据生产流程涉及多任务环节、多人员角色及多数据类型，生产全过程由电子航道图综合管理系统进行统一管理控制［5］。

图2 长江电子航道图数据生产流程Fig.2 Flow Chart of Production of Changjiang Electronic Navigational Chart Data

2.1 数据获取与交互

数据获取与交互的内容主要包括航标信息、水位信息及原始制图资料。其中，航标信息、水位信息经过数据交换处理，转换成可用于长江电子航道图的统一格式，存储到对应的航标、水位数据库中。所提交的原始制图资料则通过系统传输，形成电子航道图生产预处理文件，用于数据生产。

2.2 数据制作与质检

长江电子航道图数据制作按照预处理检查、源数据编辑及产品生产3个步骤在电子航道图生产编辑系统中完成。在数据生产过程中，生产人员对长江电子航道图分阶段、有针对性地采取质检措施，以控制数据质量。在预处理数据检查阶段，主要通过预处理数据软件中的数据合法性检查功能，定制脚本工具排查数据逻辑错误。在源数据编辑和产品生产阶段，主要检查数据空间、属性、拓扑等方面的错误。在电子航道图产品生产完成后，主要排查产品数据错误，并通过长江电子航道图显示软件对照原始制图资料检查产品数据与测量成果的对应情况。

2.3 数据发布与管理

数据的发布与管理主要通过电子航道图综合管理系统来完成。该系统贯穿数据生产任务所有环节，对生产任务中涉及的预处理文件、电子航道图产品文件进行统一管理，记录生产任务流转每个环节相应的时间、人员信息，并可按条件查询任务完成情况、图幅状态信息及图幅质检记录等信息内容。电子航道图数据发布主要通过该系统将已通过数据质检但尚未发布的产品文件按照规范要求进行处理，形成电子航道图发布文件包，并同时生成发布日志［6］。电子航道图发布文件包一方面经系统传输，转入公共服务平台，以网络服务方式发布，另一方面可为内部信息化系统提供服务。

2.4 主要技术特点

1）数据模型可扩展。长江电子航道图生产编辑系统基于ArcGIS 平台搭建，并依据《长江电子航道图制作规范》（JT/T 765—2009）［7］进行数据模型扩展，以满足长江电子航道图要素表达的需求。该过程通过二次开发实现，技术成果已在汉江、赣江等长江支流电子航道图制作项目中得到了成功应用。

2）编辑平台可定制。长江电子航道图生产编辑系统定制了电子航道图物标辅助编辑工具，以专用的生产编辑工具来处理特定的要素，为规范数据生产与管理，提高数据更新效率，提升电子航道图数据质量和时效性奠定坚实的基础。此外，该生产编辑系统可建立数据处理工作模型，从而更加深入、智能、个性化地整合数据生产编辑及数据质量控制的业务流程，进一步提高电子航道图的生产服务水平。

3）生产效率快、质量高。长江电子航道图生产编辑系统拥有年平均1 500 幅电子航道图的生产能力，可及时反映长江航道水深地形、地物地貌的变化情况。同时，长江电子航道图在生产、维护、更新和发布环节上形成了健全的机制，使生产单位机构健全、职责分明、运转流畅。如图3 所示，长江电子航道图整合了水深、岸线等航道基础地形数据，航标、里程、定线制、锚地、停泊区、横驶区等通航要素数据，桥梁、码头、过江电缆等临跨河地物数据以及沉船、礁石等碍航物数据。

图3 长江电子航道图Fig.3 Changjiang Electronic Navigational Chart

3 长江电子航道图数据服务

长江电子航道图数据服务主要依托长江电子航道图公共服务平台完成，提供基于网络服务的电子航道图数据服务［8］，为数字航道、长江航运相关单位的业务系统提供航道基础信息和专题信息服务与接口，同时为沿江港航企业、管理部门的宏观决策、社会公益服务、应急指挥管理等提供“一站式”在线电子航道图综合服务，实现长江电子航道图的互联互通、有效集成，并依托电子航道图数据服务全面提升信息化公共服务能力和水平。

3.1 公共服务平台架构

长江电子航道图公共服务平台以综合信息数据库为核心，根据面向服务架构的体系结构设计理念，以“请求服务-注册服务-提供服务”的交互方式运行。平台架构如图4 所示。

图4 长江电子航道图公共服务平台架构Fig.4 Architecture of Changjiang Electronic Navigational Chart Public Service System

3.2 公共服务平台功能

1）电子航道图航道信息专题服务。电子航道图航道信息专题服务通过GIS 服务器及相关软件定时获取、解析长江电子航道图产品数据，并按照航道要素类型将其转换成矢量数据服务进行发布更新，供内网服务平台及长江航运等其他相关系统调用。

2）航标信息服务。航标信息服务由数字航道提供航标数据源，可获取各区段航标维护信息，并通过网络服务的形式对外发布应用。

3）水位信息服务。水位信息服务通过水位信息管理系统，实现长江干线水位站实测水位和预测水位的填报、审核及对外发布。该系统与数字航道业务系统对接，可获取各区段人工水位站、自动水位站水位数据，并通过网络服务的形式对外发布应用。

4）用户及网站信息服务。用户信息服务通过用户信息管理系统实现电子航道图公共服务平台中用户角色的划分及管理，在内、外网根据用户业务需求及审批情况，由管理人员对用户账号及其权限进行新增、修改、删除等操作。网站信息服务通过网站信息管理系统，由管理人员进行网络板块划分、新闻录入、通告播发、用户状态查询等各类基本网站维护操作。

3.3 主要技术特点

1）系统之间可联动。通过数据处理及信息服务后台，长江电子航道图与数字航道各业务系统之间实现了部分信息资源的整合。该系统一方面能够将数字航道航标、水位动态监测数据以数据库方式交换到电子航道图系统中，将电子航道图以数据文件形式交换到内、外网公共服务平台中；另一方面通过网络服务发布的方式向各区域长江航道局、长江航运相关单位的业务系统提供可定制的航道基础信息与专题信息服务与接口，使得电子航道图各类数据在内、外网中以多种方式共享利用。

2）系统发展有空间。在长江电子航道图公共服务平台建设过程中，充分考虑了系统的可扩展性，为未来建设的系统预留了数据接口。数字航道航标遥测遥控系统建设完成后，电子航道图系统无缝切换数据源，实现了航标数据从数字航道到外部服务的实时动态更新，从而使数字航道与电子航道图系统进一步整合，进一步发挥水运信息化的优势。

4 移动智能助航导航

传统电子航道图的应用需要借助电子海图系统（electronic chart system，ECS）、电子海图显示与信息系统（electronic chart display and information system，ECDIS）等专业终端设备［9］。2017年，长江航道图应用程序（application，APP）上线运行（可从百度、360 等应用市场搜索下载），界面如图5 所示，可在手机、平板电脑上为用户提供电子航道图显示和浏览、定位与助航、查询与搜索、船舶与船队管理以及交流与反馈等功能，为船舶航行参考与航道维护管理构建了一个移动智能信息服务平台，解决了之前推广应用过程中电子航道图在部分船舶终端设备上兼容效果和使用体验不理想的问题。

图5 长江航道图APP 界面示例Fig.5 Interface Examples of Changjiang Navigational Chart APP

APP 采用信息推送技术，由服务器根据预设规则与触发条件主动发送信息作为地理围栏的服务方式，将现有航道信息服务提升为“主动、精准推送”的服务方式，从而大幅提升信息服务的针对性、时效性、品质。地理围栏的移动终端信息推送流程见图6。

图6 地理围栏的信息推送流程Fig.6 Flow Chart of Information Push of Geo-fence

地理围栏技术在航道信息服务中应用的具体方式包括：

1）航道通告、尺度等文字类信息可视化。长江航道图APP 获取长江航道局公布的航道通告文字信息，提取文字信息中的地理位置、范围、关键内容、起止时间等信息，对其进行结构化处理，将其中的地理位置和范围等空间信息与电子航道图上的水道、里程等要素进行匹配，在其之上展示航道通告、尺度中对应的关键内容，并用起止时间来控制信息的显示与取消。

2）航道重点区域可视化及航行辅助提醒。以锚地、警告区、通航限制区等区域范围构建地理围栏，将其叠加显示在电子航道图上，当船舶定位信号接近或者位于该地理围栏范围时，即可对其推送相关预警告警信息；以长江电子航道图的水道范围构建地理围栏，当船舶定位信号接近或者位于该水道的地理围栏范围时，即可对其推送与该水道相关的航道维护尺度、航标水位信息、航道通告、周边气象信息及相关地理信息兴趣点。

3）基于移动终端的航道信息交互与推送。长江航道图APP 向使用者提供“用户上报”功能，在电子航道图上点击获取该位置的地理坐标，并以此创建地理围栏，生成上报信息。用户可对该上报信息附以文字描述或现场照片，将航行现场情况上报至相关管理部门，有利于现场的第一时间确认以及信息的迅速更新发布。

5 长江电子航道图的推广应用

长江电子航道图自研发运行以来，积极开展相关推广应用工作。

1）数据推广。2016—2017年期间，长江电子航道图作为交通运输部推出的“更贴近民生实事”之一，在具备条件的省际客船、过闸危化品船和载货汽车滚装船中进行推广应用。船舶用户通过电子航道图数据信息服务，实现了“一图在手，畅游长江”，提高了运输的经济效益。目前，长江电子航道图数据已全面兼容主流船舶终端导助航设备。

2）技术推广。长江电子航道图有关技术还被成功应用于支流航道信息化的建设。长江航道局利用长江电子航道图生产、服务、应用成套技术，为汉江、赣江等长江支流生产制作电子航道图，并在长江航道图APP 中实现一体化服务，为长江黄金水道“干支联动”、协调发展，涉航部门之间互联互通、服务共享及航运管理模式方法创新、技术转型奠定了扎实的基础。

3）标准规范推广。长江航道局开展《内河电子航道图技术规范》编制工作，充分考虑中国各大水系中具有代表性的内河、湖泊、水库、运河等的主要特点，形成一套具有全面性、适用性、继承性、前瞻性的内河电子航道图标准规范体系。该标准按照国际内河电子航道图标准协调组（Inland ENC Harmonization Group，IEHG）的标准框架，对内河电子航道图数据组织的基本框架（包括产品规范、要素目录、编码指南、数据有效性等）进行了检验［10］，已于2019年8月施行，对于中国内河航道电子航道图数据生产具有重要意义。

6 结束语

本文研究了长江电子航道图生产与服务的系统架构及核心技术。长江电子航道图数据生产具备快速整合制图资料、高效制作电子航道图产品数据的特点，以健全完善的数据质量控制体系及生产流程管理机制为电子航道图公共服务平台提供及时、优质的数据支撑保障。

长江电子航道图数据服务针对不同用户的应用需求，为社会各界提供定制级电子航道图数据、航标、水位信息及航道要素专题服务，是“互联网+航道”及大数据背景下内河航运信息化建设的先行官。长江电子航道图自研发运行以来，社会各界对电子航道图数据信息服务产生了浓厚兴趣及迫切需求。获取航道要素信息后，船舶用户可将其作为航行参考；港航企业可利用其进行航线及配载辅助规划；航道管理单位可将其用于船舶监控及指挥调度系统的建设和完善；航道疏浚部门可辅助疏浚安排和检验工作；科研单位可进行航道变化规律、航道动态等科研分析。同时，长江航道局采用多种途径“推应用、推技术、推标准”，服务长江经济和内河水运发展。随着航道要素智能感知、多源异构信息快速融合技术逐步推广应用［11］，内河电子航道图将进一步加强数据的多元性、时效性及实用性；随着WebGIS，移动APP 等信息服务平台的逐步建成与完善，电子航道图将进一步加快水运及交通运输的资源优化整合与信息开放共享，从而为社会各界提供更优质的公共服务。