車　森,肖計(jì)劃,孫　群

(信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南鄭州450052)

S-57國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)海圖向我國(guó)數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換研究

車森,肖計(jì)劃,孫群

(信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南鄭州450052)

摘要：我國(guó)數(shù)字海圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是在標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)字海圖數(shù)據(jù)字典》中進(jìn)行定義的，是根據(jù)我國(guó)的自有技術(shù)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)的，與S-57標(biāo)準(zhǔn)相差較大。目前關(guān)于我國(guó)數(shù)字海圖向S-57格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換研究較多，而S-57國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)海圖向我國(guó)數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換研究較少。文中在對(duì)S-57標(biāo)準(zhǔn)海圖及我國(guó)數(shù)字海圖編碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)深入研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)S-57標(biāo)準(zhǔn)海圖向我國(guó)數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換，有利于國(guó)內(nèi)相關(guān)軟件對(duì)國(guó)外海圖數(shù)據(jù)的使用。

關(guān)鍵詞：S-57標(biāo)準(zhǔn);Shape;GADL/ORG;轉(zhuǎn)換

數(shù)字海圖具有傳統(tǒng)紙海圖無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)行海洋研究、保障航海安全不可或缺的重要資料。國(guó)際海道測(cè)量組織(IHO)一直致力于數(shù)字海圖的標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化，該組織于1987年發(fā)布了《數(shù)字海道測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)以IHO第57號(hào)特殊出版物方式出版，即業(yè)界所稱的S-57標(biāo)準(zhǔn)。S-57標(biāo)準(zhǔn)囊括了DX-90數(shù)據(jù)格式(電子海圖數(shù)據(jù)提供和交換1990，S-57早期版本中使用格式)、ENC(由各國(guó)官方海道測(cè)量機(jī)構(gòu)制作的符合S-57數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的矢量電子海圖數(shù)據(jù))數(shù)據(jù)庫(kù)的性能標(biāo)準(zhǔn)，以及ENC的改正概要。S-57目前最新版本為第三版，于1996年11月由IHO公布[1-2]。

S-57標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為了通用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，很多國(guó)家都采用該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行海圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)及交換，而我國(guó)數(shù)字海圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是海軍出版社經(jīng)過長(zhǎng)期海圖生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐總結(jié)進(jìn)行制定的，與S-57標(biāo)準(zhǔn)差異很大。我國(guó)海圖要素的分類分級(jí)及屬性結(jié)構(gòu)在《數(shù)字海圖數(shù)據(jù)字典》(Chinese Chart Data Dictionary簡(jiǎn)稱CCDD)中有詳細(xì)定義，是在原《中國(guó)航海圖數(shù)據(jù)字典》(1999年1月)基礎(chǔ)上修訂而成的[3]。

目前國(guó)內(nèi)大部分的GIS及制圖軟件還不直接支持S-57格式海圖。我國(guó)生產(chǎn)的電子海圖主要范圍還局限于我國(guó)領(lǐng)海，國(guó)外海圖數(shù)據(jù)較少，S-57標(biāo)準(zhǔn)海圖分布范圍較廣，來源豐富，目前關(guān)于我國(guó)數(shù)字海圖向S-57格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換研究較多[4-9]，而S-57國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)海圖向我國(guó)數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換研究目前還較少。

本文在對(duì)S-57標(biāo)準(zhǔn)海圖及我國(guó)數(shù)字海圖編碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)深入研究的基礎(chǔ)上，提出了S-57標(biāo)準(zhǔn)海圖向我國(guó)數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換方案，為國(guó)內(nèi)相關(guān)軟件使用國(guó)外海圖數(shù)據(jù)創(chuàng)造了條件。

1S-57標(biāo)準(zhǔn)分析

1.1　數(shù)據(jù)模型

S-57的數(shù)據(jù)模型認(rèn)為真實(shí)世界實(shí)體由兩部分組合而成：描述特征和空間特征，所以該模型將物體定義為特征物標(biāo)和空間物標(biāo)的集合。特征物標(biāo)可以獨(dú)立存在，而空間物標(biāo)必須以特征物標(biāo)為參照物?？臻g物標(biāo)可以沒有描述信息，但必須有幾何信息，如經(jīng)緯度。

圖1為S-57的數(shù)據(jù)模型示意圖。

圖1　S-57數(shù)據(jù)模型

S-57的特征物標(biāo)分為以下4類：

1)元物標(biāo)：包含海圖的基準(zhǔn)經(jīng)緯度、繪圖比例尺、水深乘數(shù)因子及坐標(biāo)乘數(shù)因子等公用信息；

2)地理物標(biāo)：使用最多的物標(biāo)，如道路、浮標(biāo)、沉船、島嶼、陸地及海洋區(qū)域都屬于地理物標(biāo)；

3)制圖物標(biāo)：該類物標(biāo)只在出版紙質(zhì)地圖時(shí)使用，因此本文不予考慮；

4)集合物標(biāo)：該類物標(biāo)包含有對(duì)其他物標(biāo)關(guān)系的描述。

在進(jìn)行數(shù)字海圖轉(zhuǎn)換時(shí)，主要是進(jìn)行地理物標(biāo)的轉(zhuǎn)換。S-57標(biāo)準(zhǔn)定義了159類地理物標(biāo)，表1為S-57標(biāo)準(zhǔn)附錄A：物標(biāo)類目表的部分內(nèi)容。表中P代表點(diǎn)狀物標(biāo)，L代表線狀物標(biāo)，A代表面狀物標(biāo)。

表1　物標(biāo)類目表(部分內(nèi)容)

1.2　數(shù)據(jù)格式

有了數(shù)據(jù)模型，還必須有具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)模型，即底層的封裝標(biāo)準(zhǔn)，S-57 依據(jù)ISO/IEC 8211 進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝。

邏輯記錄(LR)是ISO/IEC 8211文件的基本組成單位。第一個(gè)LR稱為“數(shù)據(jù)描述記錄”(DDR)，它包含了文件中真實(shí)數(shù)據(jù)的描述和邏輯結(jié)構(gòu)，用于解讀整個(gè)文件。文件的其他記錄稱之為數(shù)據(jù)記錄(DR)，即實(shí)際數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　DDR結(jié)構(gòu)圖

2我國(guó)數(shù)字海圖編碼及結(jié)構(gòu)分析

我國(guó)海圖要素編碼在《中國(guó)航海圖數(shù)據(jù)字典》中進(jìn)行規(guī)定，編碼由類碼(3位數(shù)字)和識(shí)別碼(3位數(shù)字)組成。

在數(shù)據(jù)字典中，依據(jù)計(jì)算機(jī)管理和航海的需求，共將海圖要素分為14大類。類碼用3位數(shù)字表示，表示海圖要素的類別如下：

56×水深、等深線、干出礁

57×助航設(shè)備

58×礙航物

我國(guó)數(shù)字海圖數(shù)據(jù)共有21個(gè)專題層，包括:測(cè)量控制點(diǎn)(CTRL)、陸地方位物(LDMK)、海洋/陸地(OCLD)、水深/底質(zhì)(SOUD)、港口設(shè)施(PORT)等。

數(shù)字海圖是以物理層存儲(chǔ)的，每個(gè)專題層包含1~2個(gè)物理層，共有31個(gè)物理層，每個(gè)物理層中的點(diǎn)要素、線要素或面要素都有對(duì)應(yīng)的屬性表。每個(gè)屬性表的結(jié)構(gòu)在《數(shù)字海圖數(shù)據(jù)字典》中都有詳細(xì)的定義。

我國(guó)海軍出版社生產(chǎn)數(shù)字海圖使用的軟件為ArcGIS。因此提供的數(shù)字海圖格式為ArcGIS平臺(tái)本身的格式：E00與Shape。E00為明碼格式，但不對(duì)外公開，Shape 格式是ArcGIS平臺(tái)的交換格式，無拓?fù)潢P(guān)系，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，沒有字符類數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)字海圖時(shí)設(shè)計(jì)專門的注記層來存放注記信息。

本文主要研究將S-57標(biāo)準(zhǔn)海圖轉(zhuǎn)換為Shape格式的數(shù)字海圖，E00格式的轉(zhuǎn)換暫不研究。

3S-57轉(zhuǎn)換我國(guó)數(shù)字海圖格式的實(shí)現(xiàn)

3.1　S-57標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的讀取

本文利用網(wǎng)絡(luò)開源OGR庫(kù)實(shí)現(xiàn)S-57格式海圖的讀取及Shape格式海圖的寫入，GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)是一個(gè)在X/MIT許可協(xié)議下的開源柵格空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換庫(kù)?？梢蕴幚砀鞣N柵格數(shù)據(jù)格式(讀取、寫入、轉(zhuǎn)換、處理)。它利用抽象數(shù)據(jù)模型來表達(dá)所支持的各種文件格式。OGR是GDAL項(xiàng)目的一個(gè)分支，功能與GDAL類似，它提供了對(duì)大部分公開矢量數(shù)據(jù)格式的支持。

有很多著名的GIS軟件都使用了GDAL/OGR庫(kù)，包括ArcGIS 9.2與Google Earth等。目前，OGR能夠支持的數(shù)據(jù)格式包括：DWG、ESRI Personal GeoDatabase、ArcSDE、ESRIShapefile、GML、GRASS、Mapinfo File、Microstation DGN、ODBC、Oracle Spatial、PostgreSQL和S-57等?；景怂芙佑|到的所有矢量文件格式。

3.2　編碼及屬性信息轉(zhuǎn)換

S-57數(shù)據(jù)中每個(gè)物標(biāo)類由A 級(jí)屬性、B 級(jí)屬性、C 級(jí)屬性共同來描述該類物標(biāo)的特定實(shí)例物標(biāo)。如：物標(biāo)：橋梁(Bridge)，代碼為11。屬性A：CATBRG，COLOUR，COLPAT，CONDTN，CONRAD，CONVIS，DATEND，DATSTA，HORACC，HORCLR，NATCON，NOBJNM，OBJNAM，VERACC，VERCCL，VERCLR，VERCOP，VERDAT;屬性B：INFORM，NINFOM，NTXTDS，PICREP，SCAMAX，SCAMIN，TXTDSC;屬性C：RECDAT，RECIND，SORDAT,SORIND。

而在《數(shù)字海圖數(shù)據(jù)字典》中規(guī)定橋梁的屬性有6項(xiàng)組成：編碼、名稱、橋孔寬、凈空高、橋承重、標(biāo)注。

本文通過建立轉(zhuǎn)換控制文件的方式來實(shí)現(xiàn)編碼及屬性信息轉(zhuǎn)換。圖3為轉(zhuǎn)換控制文件的結(jié)構(gòu)圖。

圖3　S-57格式轉(zhuǎn)換我國(guó)數(shù)字海圖控制文件結(jié)構(gòu)圖

3.3　海圖注記的提取生成

在將S-57數(shù)據(jù)的物標(biāo)轉(zhuǎn)換為Shape格式數(shù)據(jù)中的要素之后，接下來面臨的問題是注記文件如何提取生成，我國(guó)數(shù)字海圖是專門用兩個(gè)注記層來存放注記：anncovp(點(diǎn)注記)和anncovl(線注記)。因此，還需要根據(jù)《數(shù)字海圖數(shù)據(jù)字典》確定哪些要素有注記以及注記由哪些字段構(gòu)成。本文構(gòu)建了數(shù)字海圖注記提取控制文件來實(shí)現(xiàn)注記的提取及生成?？刂莆募慕Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　數(shù)字海圖注記提取控制文件

3.4　轉(zhuǎn)換流程及效果

轉(zhuǎn)換流程如圖5所示。

圖5　轉(zhuǎn)換流程

圖6與圖7分別為S-57格式數(shù)字海圖顯示與轉(zhuǎn)化后我國(guó)數(shù)字海圖格式顯示，其中圖6所使用的軟件為北京億海藍(lán)科技有限公司開發(fā)的一款免費(fèi)的S57/S52海圖瀏覽器。軟件支持IHO S57-3.1海圖及海圖更新數(shù)據(jù)，顯示符合IHO S52-3.3標(biāo)準(zhǔn)；圖7所使用的軟件為軍事地理信息系統(tǒng)軟件(MGIS)，支持我國(guó)海圖數(shù)據(jù)的讀取與顯示，因?yàn)閮煞N軟件所使用海圖符號(hào)系統(tǒng)的差別以及轉(zhuǎn)化前后不可避免的信息損失，顯示效果差別較大。

圖6　轉(zhuǎn)換前S-57格式數(shù)字海圖顯示

圖7　轉(zhuǎn)換后我國(guó)數(shù)字海圖格式顯示

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)海圖S-57數(shù)據(jù)模型及格式與我國(guó)數(shù)字海圖編碼與格式的深入分析，建立了S-57格式轉(zhuǎn)換我國(guó)數(shù)字海圖控制文件及注記提取控制文件，實(shí)現(xiàn)了S-57格式數(shù)據(jù)到我國(guó)數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換，可以提高國(guó)內(nèi)相關(guān)軟件對(duì)國(guó)外海圖數(shù)據(jù)的利用。

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：劉文霞]

中圖分類號(hào)：P28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-7949(2015)01-0013-04

收稿日期：2013-12-07；修回日期：2014-06-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41201391)

作者簡(jiǎn)介：車森(1978-)，男，講師，博士.

Research of S-57 coverting to China’s digital chart

CHE Sen，XIAO Ji-hua，SUN Qun

(Institute of Geographic Spatial Information，Information Engineering University，Zhengzhou 450052，China)

Abstract：The data structure of China’s digital chart defined in the standard “China nautical chart data dictionary”, is designed according to our own technology system, which is very different with S-57 standards. At present there are a lot of papers about China’s digital chart converted to S-57 format data, but few about international standard S-57 chart are converted to our digital chart. Based on the S-57 standard chart and our digital chart coding，through depth study of data structure, it presents the conversion of S-57 standard chart into China’s digital chart.This is conducive for the domestic related softwares using the foreign seas data.

Key words：S-57 standard;shape;GADL/ORG;conversion