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海外工程项目概念设计资料整理研究

2019/09/10 阅读:

摘要:随着“一带一路”倡议的实施,近年来涌现了越来越多的海外港口及园区概念设计项目。在这类项目的设计实践过程中,经常遇到缺乏水深、地形、自然水文和人口经济数据等问题,给设计工作带来了较大困难。针对以上问题,归纳分析、搜集整理公开渠道可获取的水深地形数据、自然水文数据以及人口经济数据,给出数据的性质、来源和用途。建议建立专用数据库,采购专业的软件,建立完善的设计咨询流程,以更好地完成海外工程项目前期概念设计工作。

关键词:概念设计;水深;地形;水文;人口经济

随着国家“一带一路”倡议的展开,近年来一带一路沿线国家涌现了越来越多的港口及园区设计项目。这些项目有些处于未开发地区,委托方难以给出有效资料,现场调研不足,通常缺乏水深地形、自然水文和人口经济数据,给设计工作带来了较大挑战。本文通过归纳分析,整理了公开渠道可搜集到的水深地形数据、自然水文数据以及人口经济数据,介绍了数据处理方法,为此类项目设计实践提供一定参考。

1水深地形数据

除传统的水深地形测量技术外,项目水深地形数据的获取一般根据制图及设计需要,按尺度分为全球地形起伏数据、公开的卫星数字高程数据、高精度商业卫星遥感数据、海图数据和无人机遥测扫描数据等。

1.1全球地形起伏数据

全球地形起伏数据一般是指同时含有陆地和海洋的大尺度地形,一般用于地球物理、海洋地震等基础科学研究,主要来源于国外卫星遥感及反演计算,其分辨率一般在1km以上,可用传统的GIS软件或新兴的Python绘图工具包进行投影和数据处理,主要全球地形起伏数据见表1。

1.2公开的卫星数字高程数据

公开的卫星数字高程数据(表2),一般是指初步具有工程意义的陆地地形高程数据,多用于公铁路选线和大区域规划等,主要来源于国内外卫星遥感。卫星数字高程数据分辨率一般在30m以上,其中航天飞机雷达地形任务(SRTM)数据在经过一系列不同处理后也被广泛应用于GoogleEarth2、ArcGIS和GlobalMapper等软件作为基础地形数据。较多国内公司利用这些软件的应用程序接口下载并调用卫星影像及地形数据进行二次开发,提供专业的地理规划软件供国内用户使用,可同时下载高清卫星图和水深地形数据,例如奥维互动地图和水经注等。除以上数据,国内的高分卫星、资源卫星、环境卫星和风云卫星,国外的美国航空航天局、地质调查局、国家海洋和大气管理局、欧洲航天局哨兵、日本宇宙航空研究开发机构和印度航天研究组织等卫星均有较多免费数据可供下载研究。

1.3高精度商业卫星遥感数据

高精度商业卫星遥感数据一般是指分辨率为0.3~30m、有相对精确的影像坐标的光学雷达卫星影像,这些数据需要购买。高分辨率影像起购面积多为25km2,中低分辨率影响则按景数来计算,每景范围为32.5km×32.5km。这些卫星遥感数据一般用于地势平坦、植被规律且较少、比尺超过1􀏑10000的测量任务。

1.4海图数据

海图具有重要的工程意义,目前可获取的海图主要包括纸质海图、互联网电子海图和系统电子海图,其中后者可以离线使用并导出数据。纸质海图一般可通过海图销售机构购买并扫描,个别网站也有免费的电子版纸质海图可供下载,可部分下载的电子版纸质海图见表3。互联网电子海图一般指可在手机App或电脑浏览器里直接浏览的海图,通常用于承载AIS或导航服务,作为底图的海图被广泛采用于前期设计工作,主要互联网电子海图见表4。系统电子海图一般是指S575、S63、C ̄MAP海图等,其中S57标准000格式的官方电子海图可导出shp∕dwg数据;MIKEC ̄MAP按区域购买后也可以导出数据供工程设计使用。这些系统电子海图见表5。1.5无人机遥测扫描数据随着无人机技术的不断发展,无人机测绘测量在遥感测绘中占有非常重要的作用。无人机可以机载多种遥感设备,如单镜头数码相机、五镜头数码相机和激光扫描仪等获取信息,并通过相应的软件对所获取的图像信息进行处理。这些图像信息按照一定精度要求可制作成陆域航拍及地形图、倾斜摄影三维模型和水深测图等。这些无人机数据一般用于1􀏑5000以上的传统测量以及特殊的三维测量。倾斜摄影可采用较为成熟的多旋翼无人机方案,拍摄的照片可采用自动批量建模软件进行三维场景还原,但需要较高的硬件支撑。

2自然水文数据

随着众多海洋卫星的成功发射及遥感反演算法的逐步发展6,目前各种各样的区域性和全球性海洋水文参数数据产品应运而生,并在海洋环境监测、海洋环流动力学研究等多个方面得到了较为广泛的应用。除海洋深度产品(全球地形起伏数据)外,波浪模型、卫星高度计、风场数据和海表洋流产品可在表6所列数据库中获得。

3人口经济数据

国内项目所需的人口经济数据,一般可以通过国家统计局的统计年鉴和历史核算资料、«中国经济社会统计»«中国经济信息网»«人民日报数据库»«中国自然数据库»和其他商业收费数据库查询。海外项目所需的经济数据,取决于所在国信息化水平及公开程度,网络免费资源参差不齐,一般主要参考国际机构的数据库以及专业的商业数据库,见表7。以上人口经济数据需要经过加工处理以便符合项目需要,除传统的Office工具外,还可通过各类数据可视化工具进行处理,甚至采用日益丰富的Python编程制图模块进行定制,以更专业地表达工程诉求。

4项目应用

海外工程前期概念设计所需的地形图,根据其地理位置和精度要求,可先采用较为流行的空间数据处理工具GlobalMapper直接访问前述地形高程数据服务源,下载对应区域的TIFF格式的DEM数字高程数据,并在软件内进行数据处理;也可在修改投影后将数据转换为KML、SHP、IMG、DXF等数十种交换格式,以导出至其他专业软件中,常见的有ArcGIS、GoogleEarthPro、AutoCAD和奥维互动地图等。若只是下载高精度卫星地图和对应范围内的地形图,国产的奥维互动地图可以较好地完成任务。柬埔寨某大型临港工业园的整体规划即分别采用了上述两种途径得到了高精度DEM数据,并在ArcGIS里进一步进行规划分析,包括高程分析、坡度分析、流域分析等,取得了良好效果。在工程前期踏勘测量时,可通过GlobalMapper将含有正确坐标的设计图纸转换为KML等交换格式,在设定好投影坐标后,可导入奥维互动地图PC版和移动版,用于踏勘放样。目前正在执行的阿尔及利亚某项目的勘察测量工作即采用了此途径,取得了良好效果。须注意的是,国内的地图类产品均按国家测绘局要求进行了非线性偏移处理,因此用于国内项目时需要纠正偏移。

5结论

1)全球卫星遥感技术及互联网技术的发展为海外工程的前期概念设计带来了巨大的变革。越来越多的数据可通过公开渠道获取,例如水深地形数据、自然水文数据和人口经济数据等。2)本文详细列明了这些数据的性质、来源和用途,并建议采用专业的GIS软件及编程工具进行处理,结合一些海外项目的前期概念设计实例,解决了项目数据缺乏的问题。3)建议国内设计企业重视上述海外工程设计数据的搜集整理工作,建立专用数据库,采购专业的软件,建立完善的设计咨询流程,以更好地完成海外工程项目前期概念设计工作。

参考文献:

1滕飞.印尼近海潮汐潮流的数值模拟D.青岛国家海洋局第一海洋研究所2013.

2唐胜军张立东王少杰.浅谈Google地球高程数据的提取J.河南水利与南水北调20128105 ̄106.

3左美蓉.SRTM高程数据及其应用研究D.长沙中南大学2009.

4王海潮.打造综合船舶信息服务平台———AIS信息服务平台应用效果明显J.中国海事2016416 ̄17.

6吴桂平刘元波.海洋重要水文参数的卫星遥感反演研究综述J.水科学进展2016271139 ̄151.7.

作者:周野 龚春发 单位:中交第四航务工程勘察设计院有限公司

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