徐 進(jìn) 李 穎 陳 澎 劉丙新 崔 璨 周 穎

S-102水深表面產(chǎn)品規(guī)范分析*

徐 進(jìn) 李 穎 陳 澎 劉丙新 崔 璨 周 穎

從S-102標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)維護(hù)等方面入手，基于S-100標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)體系，介紹水深數(shù)據(jù)網(wǎng)格數(shù)據(jù)內(nèi)容，基于航海安全用途的跟蹤列表機(jī)制、航海表面規(guī)范的數(shù)字認(rèn)證模塊和可擴(kuò)展的模板應(yīng)用模式，深入分析離散四邊形網(wǎng)格和離散點(diǎn)集的兩種覆蓋類型、索引關(guān)系、必須明確的切片方案等內(nèi)容，并對S-102標(biāo)準(zhǔn)四種重要類型的元數(shù)據(jù)、基于“層次數(shù)據(jù)格式”第五版（HDF5）的數(shù)據(jù)編碼方式以及水深覆蓋和網(wǎng)格覆蓋的重要實(shí)現(xiàn)類等方面進(jìn)行進(jìn)一步研究，為S-102標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。

S-102標(biāo)準(zhǔn)；S-100標(biāo)準(zhǔn)；電子海圖；海事測量數(shù)據(jù)

OI:10.16176/j.cnki.21-1284.2016.12.006

一、引言

2010年1月，國際海道測量組織（International

ydrographic Organization，縮寫IHO）公開表示《S-7數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》已不再適合目前海道測量數(shù)據(jù)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)需求，同時發(fā)布了《S-100通用海道測量數(shù)據(jù)模型》。[1-2]S-100標(biāo)準(zhǔn)的建立是基于地理信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，采用面向?qū)ο蟮慕M織方式，[3]對數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)、存儲與應(yīng)用。但是S-100標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容主要是標(biāo)準(zhǔn)體系和部分案例說明，尚未涉及具體的產(chǎn)品。[4-6]2012年4月，IHO公開發(fā)布了《S-102水深表面產(chǎn)品規(guī)范》的正式版本。

二、S-102標(biāo)準(zhǔn)概述

S-100標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別于《S-57數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》，而采用全新模式制定的《通用海道測量數(shù)據(jù)模型》。S-100標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容共分12個部分，分別為：概念模式語言、IHO地理空間信息注冊表體系結(jié)構(gòu)、通用要素模型與開發(fā)應(yīng)用模式、元數(shù)據(jù)、要素目錄、坐標(biāo)參考系統(tǒng)、要素編輯空間模式、影像與格網(wǎng)數(shù)據(jù)、要素圖形表征方式、編碼格式、海道測量數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范及其要素完整描述、更新與出版相關(guān)產(chǎn)品的程序。

S-102標(biāo)準(zhǔn)是基于S-100標(biāo)準(zhǔn)體系和ISO TC211標(biāo)準(zhǔn)建立的具體到水深數(shù)據(jù)層面的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范，屬于S-100標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)中的一個子集。[7]S-102標(biāo)準(zhǔn)中的產(chǎn)品模式與S-100標(biāo)準(zhǔn)中的第8部分內(nèi)容影像與格網(wǎng)數(shù)據(jù)保持一致。[8-9]S-102標(biāo)準(zhǔn)指出，水深表面產(chǎn)品的首要目的是支持安全航行，第二目的則是作為一個獨(dú)立的水深信息數(shù)據(jù)，用于其他用途。S-102標(biāo)準(zhǔn)中定義了用于共享水深覆蓋區(qū)域數(shù)據(jù)的內(nèi)容模式和交換文件格式，其水深表面數(shù)據(jù)可以獨(dú)立應(yīng)用，同時也可以作為ENC數(shù)據(jù)的一層或與其他S-100標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)合使用。

S-102標(biāo)準(zhǔn)中的水深表面數(shù)據(jù)產(chǎn)品提及了“航海表面（Navigation Surface，簡稱NS）”概念?！昂胶１砻妗笔侵缚梢员Ｕ虾胶：叫邪踩暮Ｑ蟊砻?，包括水深實(shí)測值和不確定水深估計值，以這兩種水深值替換，由航道測量師憑借經(jīng)驗(yàn)判斷得到的水深值，從而最大限度地保障航海安全。[10]這就意味著，除了水深實(shí)測值和不確定水深估計值以外，它還包括由“航道測量特權(quán)”的測量師重寫的水深值。從本質(zhì)上講，在航道測量的重要領(lǐng)域，這是一個能夠直接區(qū)分水深值是否由人為估計的有效手段。此外，在S-102標(biāo)準(zhǔn)中，由航道測量師估計的水深值依然會被保留在跟蹤列表中，可以根據(jù)需要隨時調(diào)出。

三、S-102標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特征

S-102標(biāo)準(zhǔn)中的水深表面數(shù)據(jù)產(chǎn)品由水深屬性網(wǎng)格數(shù)據(jù)（Bathymetric Attributed Grid，BAG）和數(shù)字認(rèn)證模塊（Digital Certification Block，DCB）組成，如圖1所示。

圖1 S-102標(biāo)準(zhǔn)中水深表面產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

從時空域的角度考慮，水深表面數(shù)據(jù)產(chǎn)品的空間域是世界范圍的，但是其時間域卻是無限的。水深表面數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)商（例如國家航道測量局）可以自定義開始和結(jié)束使用某個產(chǎn)品的時間。

1.水深屬性網(wǎng)格

S-57標(biāo)準(zhǔn)中，水深數(shù)據(jù)屬于電子海圖航海物標(biāo)數(shù)據(jù)中的一種，未被單獨(dú)列出，且均采用矢量數(shù)據(jù)方式進(jìn)行管理。而S-100標(biāo)準(zhǔn)支持的數(shù)據(jù)模式包含幾何空間模式和覆蓋空間模式，[11]S-102標(biāo)準(zhǔn)中的水深表面數(shù)據(jù)被單獨(dú)列為一個子產(chǎn)品，屬于覆蓋空間模式，采用柵格數(shù)據(jù)方式進(jìn)行管理。水深表面產(chǎn)品的數(shù)據(jù)類型是一個帶有元數(shù)據(jù)的四邊形網(wǎng)格狀覆蓋區(qū)域柵格數(shù)據(jù)，用以表示海域、湖泊、河流或其他通航水道的水深模型，即水深屬性網(wǎng)格。[12]一個獨(dú)立的水深屬性網(wǎng)格覆蓋對象雖然只能表示地球表面單分辨率的一個連續(xù)區(qū)域，但卻能表示數(shù)據(jù)從原始網(wǎng)格到最終產(chǎn)品的整個環(huán)節(jié)。需要注意的是，水深屬性網(wǎng)格數(shù)據(jù)集之間可以形成無縫連接的連續(xù)覆蓋。

水深屬性網(wǎng)格數(shù)據(jù)包括版本標(biāo)簽（Version Tag）、元數(shù)據(jù)（Metadata）、可估測水深覆蓋（Estimated Elevation Coverage）、不確定水深覆蓋（Uncertainty Coverage）、選擇性覆蓋（Optional Coverage）和跟蹤列表（Tracking List）等信息。其中，跟蹤列表是提供重寫水深值的離散覆蓋。它包含水深表面產(chǎn)品任意一個結(jié)點(diǎn)的水深值和不確定水深值的簡單列表，可以根據(jù)跟蹤列表數(shù)據(jù)集和元數(shù)據(jù)中存儲的相關(guān)信息，查找人工干預(yù)變化的相關(guān)記錄。為了保障安全航行，跟蹤列表中特定的水深值，可以用于估計和校正水深值數(shù)據(jù)。

2.數(shù)字認(rèn)證模塊

“航海表面”規(guī)定中特別指出，只有經(jīng)過認(rèn)證的最終水深屬性網(wǎng)格產(chǎn)品才能用于航海用途。為了提供水深網(wǎng)格產(chǎn)品的認(rèn)證機(jī)制，S-100標(biāo)準(zhǔn)突破了S-57標(biāo)準(zhǔn)中的尚無認(rèn)證措施的現(xiàn)狀，在S-102中標(biāo)準(zhǔn)引入了數(shù)字認(rèn)證模塊。如果水深表面數(shù)據(jù)產(chǎn)品的目的是用于航海用途，則該產(chǎn)品必須包含數(shù)字認(rèn)證模塊，[13]這樣用戶就可以追查到應(yīng)用的數(shù)據(jù)是否已被注冊認(rèn)證。

在傳統(tǒng)的航道測量數(shù)據(jù)處理流程中，對于航海用途的所有測量數(shù)據(jù)，都有一個嚴(yán)格的監(jiān)管鏈機(jī)制。在監(jiān)管鏈中的每一個階段，都有一個責(zé)任權(quán)威機(jī)構(gòu)檢查數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的程序，并授權(quán)數(shù)據(jù)適用于預(yù)期的用途。[14]這種機(jī)制能夠更好地使數(shù)據(jù)用于最終繪制，保證測量數(shù)據(jù)能與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行融合編譯，或者用于輔助安全導(dǎo)航設(shè)備的研制。通常來講，這種機(jī)制都會以在測量數(shù)據(jù)報告或者公文中進(jìn)行物理簽名或蓋章作為認(rèn)證方式。然而，對于一個全數(shù)字化的產(chǎn)品，為數(shù)據(jù)對象進(jìn)行物理簽名或者蓋章是不可能的。此外，對于水深表面產(chǎn)品這樣密集的電子數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，因?yàn)槟硞€單體數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤導(dǎo)致航行重大變化的不可測性會大大增加。因此，S-102標(biāo)準(zhǔn)中全新設(shè)計了一種數(shù)字簽名方案（Digital Signature Scheme，簡稱DSS），旨在為航道測量師提供一種等效于物理簽名或蓋章的數(shù)字化工具，確保對數(shù)據(jù)的任何修改，無論是正確或者錯誤的行為，都會很容易地被檢測出來。

DSS的基本單位是數(shù)字簽名（Digital Signature，S）。DS是由S-102標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的內(nèi)容（例如編碼數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容）和密鑰（Secret Key，SK）的原理計算出來的一個多字節(jié)數(shù)字序列。這種DS屬于個人或者單位簽署的水深表面產(chǎn)品，就被稱為簽名授權(quán)（Signature Authority，SA）。SK僅在SA中進(jìn)行注冊。如果水深表面產(chǎn)品經(jīng)過了SA，該產(chǎn)品對應(yīng)的SK原理就會進(jìn)行保密設(shè)置。DS值針對水深內(nèi)容（Bathymetric Content）和SK來說是唯一的。在這個意義上，用一個特定的SK，沒有兩個BAG會生成相同的DS。同時針對相同的水深內(nèi)容，沒有兩個K會生成相同的DS。

對應(yīng)SK，一個公共密鑰（Public Key，PK）可以自由分發(fā)。即使使用PK，也沒有辦法計算出DS值。然而，如果給定一個水深內(nèi)容和一個由SK構(gòu)建的DS，就很容易驗(yàn)證水深內(nèi)容是否經(jīng)過改編，或者驗(yàn)證另一個SK是否創(chuàng)建新的認(rèn)證。

除了支持DSS所需的DS，數(shù)字認(rèn)證模塊包含了一個訪問元數(shù)據(jù)認(rèn)證事件的接口。這是為了確保用戶可以提供任何條件認(rèn)證事件適當(dāng)靈活的描述，或者提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)的預(yù)期用途。“簽名標(biāo)識（Signature ID）”將是一個獨(dú)特的順序構(gòu)造標(biāo)識符。通過它，一個認(rèn)證模塊可以明確地關(guān)聯(lián)到一個元數(shù)據(jù)認(rèn)證事件。

3.模板應(yīng)用模式

區(qū)別于S-57標(biāo)準(zhǔn)中，水深數(shù)據(jù)的定義已經(jīng)做出了明確規(guī)范，在S-102標(biāo)準(zhǔn)中，水深數(shù)據(jù)的定義采用了模板應(yīng)用模式（Template Application Schema，TAS），即它沒有在水深表面產(chǎn)品規(guī)范中規(guī)定所有的變量和屬性，同時支持其他方面的選擇和改變。例如國家海道測量局可以在遵循這個模板的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的額外需要，提出符合實(shí)際應(yīng)用的模式，這些額外需求主要包括水深數(shù)據(jù)網(wǎng)格是否采用切片（Tiling）方案、如何選擇切片拼接方案、自定義數(shù)據(jù)范圍、分辨率和自定義其他符合自身特殊情況的參數(shù)。[15]但是它們都要遵循S-100標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定和結(jié)構(gòu)，并且支持S-102標(biāo)準(zhǔn)中的模板應(yīng)用模式，這樣就能保證其他部門或機(jī)構(gòu)能夠通過S-102標(biāo)準(zhǔn)的模板應(yīng)用模式和數(shù)據(jù)配置文件來實(shí)現(xiàn)水深產(chǎn)品數(shù)據(jù)的應(yīng)用共享。

4.覆蓋類型

在S-102標(biāo)準(zhǔn)中，覆蓋（Coverage）作為一種要素類型被定義。其覆蓋類型有兩種，如圖2所示。

圖2 覆蓋區(qū)域類型結(jié)構(gòu)圖

第1種是一組離散的四邊形網(wǎng)格覆蓋類型，包括S-102水深覆蓋（S102_DepthCoverage）、-102不確定水深覆蓋（S102_UncertaintyCoverage）和S-1 0 2選擇性水深表面覆蓋（S102_OptionalSurfaceCoverage）。這種覆蓋類型的劃分是繼承于S-1 0 0標(biāo)準(zhǔn)中的網(wǎng)格覆蓋（S100_GridCoverage）。在《S-102水深表面產(chǎn)品規(guī)范》中，這覆蓋類型的大多數(shù)參數(shù)都已經(jīng)被定義和描述。

第2種覆蓋類型是離散點(diǎn)集覆蓋，包括S-102校正覆蓋（S102_CorrectionCoverage）和S-102跟蹤列表覆蓋（S102_TrackingListCoverage）。S-102跟蹤列表覆蓋包括一組已經(jīng)校正、重新應(yīng)用的位置相關(guān)離散點(diǎn)集。為了確保航海安全，一個航道覆蓋區(qū)域必須明確地顯示出已經(jīng)糾正準(zhǔn)確的特定點(diǎn)集水深值。而S-102校正覆蓋區(qū)域正好用來提供糾正的背景數(shù)據(jù)。確定水深的覆蓋函數(shù)將運(yùn)行于覆蓋產(chǎn)生的合并連續(xù)數(shù)學(xué)表面。這種生成合并連續(xù)數(shù)學(xué)表面的方法會替換經(jīng)過矯正重寫的S-102標(biāo)準(zhǔn)水深值網(wǎng)格矩陣。

值得注意的是，水深表面產(chǎn)品針對的是混合的覆蓋數(shù)據(jù)。S-102標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定水深表面產(chǎn)品至少包含兩種離散網(wǎng)格覆蓋區(qū)域，即水深覆蓋區(qū)域和不確定水深覆蓋區(qū)域，這兩種覆蓋區(qū)域在實(shí)際應(yīng)用中是相互依存的。

5.切片方案

與S-57標(biāo)準(zhǔn)中不同，在S-100標(biāo)準(zhǔn)中，水深數(shù)據(jù)采用柵格格式進(jìn)行管理，由于其數(shù)據(jù)量過大，在S-102標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定了水深數(shù)據(jù)管理引入切片技術(shù)。水深覆蓋切片是將一個感興趣的區(qū)域分解劃分為更小、更容易管理的數(shù)據(jù)塊或者分區(qū)的技術(shù)。每一個切片方案都是S-102標(biāo)準(zhǔn)水深數(shù)據(jù)產(chǎn)品中一個含有水深區(qū)域、不確定區(qū)域、跟蹤列表、邊緣匹配元數(shù)據(jù)等完整的水深網(wǎng)格數(shù)據(jù)。切片方案是一個離散網(wǎng)格覆蓋的技術(shù)方案，因此需要完整網(wǎng)格覆蓋的描述。但這并不是意味著切片方案要把數(shù)據(jù)集所有的信息表述出來，而是要把切片方案中的數(shù)據(jù)集索引關(guān)系表述清楚，使其切片能夠被快速索引或查詢。

S-102標(biāo)準(zhǔn)中，切片方案實(shí)現(xiàn)類之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖3所示。這個結(jié)構(gòu)源于S-100標(biāo)準(zhǔn)。針對切片方案，S-102標(biāo)準(zhǔn)僅是制定了一個框架，目的是為了兼容數(shù)據(jù)生產(chǎn)商或國家海道測量局之間不同的切片方案。目前S-102標(biāo)準(zhǔn)中的切片方案采用外部定義方式。但是，切片標(biāo)識符必須包含在S102_Tile類重定義的XML元數(shù)據(jù)中。值得建議的是，S-102標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在未來加強(qiáng)內(nèi)部定義切片方案的能力，增加內(nèi)部切片序列規(guī)范和單個切片方案中的數(shù)據(jù)集整合等內(nèi)容規(guī)范。

圖3 S-102標(biāo)準(zhǔn)中切片方案實(shí)現(xiàn)類之間的結(jié)構(gòu)

6.元數(shù)據(jù)

S-100標(biāo)準(zhǔn)中的元數(shù)據(jù)規(guī)范，相比S-57標(biāo)準(zhǔn)，不僅僅是單一的繼承關(guān)系，更是全面的更新升級，并提供了靈活的擴(kuò)展空間。S-100標(biāo)準(zhǔn)中的元數(shù)據(jù)旨在通過元數(shù)據(jù)信息，獲取關(guān)于標(biāo)識空間和時間范圍、質(zhì)量、應(yīng)用模式、空間參考系統(tǒng)，以及分發(fā)數(shù)字地理數(shù)據(jù)等信息。元數(shù)據(jù)同時適合于數(shù)據(jù)共享交換應(yīng)用、地理與非地理資源完整描述的目錄編排。

S-102標(biāo)準(zhǔn)水深表面產(chǎn)品中的元數(shù)據(jù)信息大多數(shù)來自于S-100和ISO19115標(biāo)準(zhǔn)。其中，只有強(qiáng)制性的元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集的識別和譜系說明的元數(shù)據(jù)來自于ISO 19115元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。S-100標(biāo)準(zhǔn)中，元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)提供了用于描述、驗(yàn)證和交換海道組織生產(chǎn)的地理數(shù)據(jù)集元數(shù)據(jù)的規(guī)范。[16]選擇性增加的部分元數(shù)據(jù)來自ISO 19130標(biāo)準(zhǔn)，特別是關(guān)于獲取水深數(shù)據(jù)的聲吶設(shè)備方面的元數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)識別的最小量（Minimum Level）元數(shù)據(jù)是所有應(yīng)用都必須獲取的，包括數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、Web應(yīng)用和數(shù)據(jù)集產(chǎn)品。然而，S-102標(biāo)準(zhǔn)中需要特定的元數(shù)據(jù)屬性來定位數(shù)據(jù)集，同時需要譜系屬性來建立定義跟蹤列表的過程和建立數(shù)據(jù)的譜系關(guān)系。

元數(shù)據(jù)中的元素與其所在的元數(shù)據(jù)模式有關(guān)。元數(shù)據(jù)模式包括產(chǎn)品定義和產(chǎn)品擴(kuò)展內(nèi)容。這兩種模式都存在強(qiáng)制性和條件性元數(shù)據(jù)元素。只有一些元數(shù)據(jù)元素是強(qiáng)制性的，同時一些選擇性元數(shù)據(jù)元素中包含了一些條件性強(qiáng)制元數(shù)據(jù)。它們只有在某些說明，某些屬性或者要素是在有條件的情況下，才能被應(yīng)用或建立。

S-102標(biāo)準(zhǔn)中用于表述地理信息數(shù)據(jù)集的核心元數(shù)據(jù)（包括強(qiáng)制性和選擇性）元素，由表1所示，其中M表示強(qiáng)制性的元數(shù)據(jù)元素，C表示條件性的元數(shù)據(jù)元素，O表示可選擇性的元數(shù)據(jù)元素。從表1中可以看出，核心元數(shù)據(jù)中，可選擇性元數(shù)據(jù)元素種類的數(shù)量是最多的。定義可選擇性元數(shù)據(jù)元素是為了滿足編碼人員完整記錄數(shù)據(jù)描述的需求。

表1 S-102標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用的核心元數(shù)據(jù)

S-102標(biāo)準(zhǔn)中，具體的元數(shù)據(jù)類型包含發(fā)現(xiàn)元數(shù)據(jù)（Discovery Metadata）、結(jié)構(gòu)元數(shù)據(jù)（Structure etadata）、質(zhì)量元數(shù)據(jù)（Quality Metadata）和獲取元數(shù)據(jù)（Acquisition Metadata）。發(fā)現(xiàn)元數(shù)據(jù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)集（S102_DataSet）水平與圖像和網(wǎng)格數(shù)據(jù)集（S102_IGCollection）水平。那就意味著，整個數(shù)據(jù)集都必須有發(fā)現(xiàn)元數(shù)據(jù)。如果是包含幾個切片的整合數(shù)據(jù)集，不僅是每個切片都有發(fā)現(xiàn)元數(shù)據(jù)，整合數(shù)據(jù)集本身也要有發(fā)現(xiàn)元數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)元數(shù)據(jù)是用來描述一個集合實(shí)例的結(jié)構(gòu)，包括一個切片方案的所有相關(guān)說明信息。由于約束在不同的獨(dú)立文件（例如，來自不同法律來源的文件）中是不同的，或者安全約束是不同的，因此約束信息是結(jié)構(gòu)元數(shù)據(jù)中的一個重要部分。其他的結(jié)構(gòu)元數(shù)據(jù)是網(wǎng)格表示和參考系統(tǒng)信息。質(zhì)量元數(shù)據(jù)是用來描述一個集合實(shí)例的數(shù)據(jù)質(zhì)量。獲取元數(shù)據(jù)在S-102標(biāo)準(zhǔn)中是可選擇的。一個生產(chǎn)商或者國家海道測量局可以在水深表面產(chǎn)品文件中增加獲取元數(shù)據(jù)信息。獲取元數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)類來自ISO19115和ISO19130。SO19130-2的后續(xù)文件中包含了聲吶參數(shù)的描述。

四、S-102標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組織與維護(hù)

1.數(shù)據(jù)探測技術(shù)

水深探測技術(shù)有很多種，例如聲吶（SONAR）和激光雷達(dá)（LIDAR）技術(shù)。S-102水深表面產(chǎn)品元數(shù)據(jù)中可以包括數(shù)據(jù)獲取方面的信息，但不是必需的。S102_AcquisitionMetadata獲取元數(shù)據(jù)類雖然在S-102標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)被定義，但是國家級版本中，信息元素可以根據(jù)各國的需要，填充至元數(shù)據(jù)類中。

2.數(shù)據(jù)編碼

S-102水深表面產(chǎn)品規(guī)范采用了“層次數(shù)據(jù)格式”第五版（Hierarchical Data Format Version 5，簡稱HDF5）進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼。HDF5是一種獨(dú)立架構(gòu)的軟件庫和支持存儲檢索海量復(fù)雜數(shù)據(jù)集的文件格式。HDF5文件組織在一個分層（組群和數(shù)據(jù)集群）的結(jié)構(gòu)中。一個HDF5組（Group）為水深表面產(chǎn)品的數(shù)據(jù)內(nèi)容提供頂層結(jié)構(gòu)。中間件采用HDF5定義的“數(shù)據(jù)集”類型或者是“屬性”類型。在每個數(shù)據(jù)集內(nèi)，進(jìn)一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分的依據(jù)是數(shù)據(jù)類型和存儲空間參數(shù)?！皩傩浴鳖愋椭羞€提供了數(shù)據(jù)集特定的元數(shù)據(jù)。

由于S-102標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)與編碼是相互獨(dú)立的，因此編碼格式并不局限于HDF5，同時可以轉(zhuǎn)換成GeoTIFF或者XML的編碼格式。

3.重要的實(shí)現(xiàn)類

S-102標(biāo)準(zhǔn)中重要的實(shí)現(xiàn)類共有15種，它們之間的關(guān)系如圖4所示。其中S102_BathymetryCoverage類是水深表面產(chǎn)品數(shù)據(jù)中最主要的類，由S102_BathymetryValues類、S102_UncertaintyValues類、S102_OptionalSurfaceValues類等三個類聚合而成，擁有最小水深值（minimumElevation）、最大水深值（maximumElevation）、矢量偏移（offsetVectors）等12個屬性值。DirectPosition類存儲了不同坐標(biāo)參考系統(tǒng)中的不同坐標(biāo)值。Vector是存儲了表示空間位置的坐標(biāo)序列，擁有尺度（dimension）和坐標(biāo)序列（coordinates）兩個屬性。CV_GridEnvelope類提供了網(wǎng)格邊界包絡(luò)中兩個極端的網(wǎng)格坐標(biāo)，包括最小值（low）和最大值（high）兩個屬性。CV_GridCoordinate類是包含CV_GridPoint類網(wǎng)格坐標(biāo)的數(shù)據(jù)類型，擁有坐標(biāo)值（coordValues）一個屬性。CV_SequenceRule類包含要素屬性信息序列中用于制圖的網(wǎng)格坐標(biāo)值。擁有類型（type）和掃描方向（scanDirection）兩個屬性。S102_TrackingListCoverage類是離散的點(diǎn)覆蓋，用于記錄S102_BathymetryCoverage類中被覆蓋的結(jié)點(diǎn)，這種覆蓋允許海道測量人員在航海安全的考慮下，設(shè)置一定的水深偏差，擁有設(shè)置范圍（domainExtent）屬性。S102_TrackingListValues類是在S102_BathymetryValues類中用于提供修改設(shè)定值的離散覆蓋，它擁有跟蹤編碼（trackCode）、列表系列（listSeries）、幾何圖形（geometry）和值（value）4個屬性。S102_SurfaceCorrectionCoverage類是離散的點(diǎn)覆蓋類，為數(shù)學(xué)或者地形表面提供S102_BathymetryCoverage類中結(jié)點(diǎn)的垂直偏移量，擁有設(shè)置范圍（domainExtent）和參數(shù)（parameter）等屬性。S102_SurfaceCorrectionValues類存儲離散覆蓋的糾正值，用于將水深覆蓋關(guān)聯(lián)到平均海平面、橢球體或者其他數(shù)據(jù)。EX_GeographicExtent類和EX_BoundingBox類都是來自ISO19115的元數(shù)據(jù)類，用于描述其他實(shí)現(xiàn)類要素或元素地理空間范圍和邊界，可以選擇性使用。

4.數(shù)據(jù)維護(hù)機(jī)制

S-102標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)集維護(hù)采用替換覆蓋切片或者基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集的方式。這就意味著，一個水深表面產(chǎn)品，或者含有覆蓋和其相關(guān)元數(shù)據(jù)的切片方案，會被作為一個單元進(jìn)行替換。這點(diǎn)與同為S-100標(biāo)準(zhǔn)框架下的《S-101電子海圖產(chǎn)品規(guī)范》中矢量數(shù)據(jù)的增量更新模式是截然不同的。然而，在切片方案中，覆蓋數(shù)據(jù)必須被看作為一個單元，導(dǎo)致整個切片方案甚至是水深數(shù)據(jù)產(chǎn)品發(fā)生變化。如果跟蹤列表被某水深產(chǎn)品使用，則其替換的內(nèi)容還包括其航行安全信息關(guān)聯(lián)的跟蹤列表。需要說明的是，每一個替換的切片方案或者數(shù)據(jù)集都必須有自己的數(shù)字簽名。

圖4 實(shí)現(xiàn)類關(guān)系圖

五、擴(kuò)展性

水深表面產(chǎn)品規(guī)范的整體框架結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，不僅在內(nèi)容模型方面，甚至是支持內(nèi)容模型的編碼方面都可以進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展的內(nèi)容還包括是否采用可選擇性覆蓋、是否需要文件合格、兼容產(chǎn)品是否有效等方面。水深表面產(chǎn)品中水深范圍信息的其他層面規(guī)范尚未在標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行說明，預(yù)計在S-100標(biāo)準(zhǔn)框架下會在未來的S-10x產(chǎn)品規(guī)范中進(jìn)行完善。

六、結(jié)論與展望

S-102標(biāo)準(zhǔn)在S-100通用海道測量數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)的框架體系下，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、認(rèn)證機(jī)制、應(yīng)用模式、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)維護(hù)等方面，對水深表面產(chǎn)品進(jìn)行了規(guī)范設(shè)計，為水深數(shù)據(jù)在海事測繪、船舶通航、海上執(zhí)法、海事評估等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)應(yīng)用與共享奠定了理論基礎(chǔ)。本文從水深網(wǎng)格屬性、數(shù)字認(rèn)證模塊、模板應(yīng)用模式、覆蓋類型、切片方案、元數(shù)據(jù)等方面為切入點(diǎn)，對比S-57標(biāo)準(zhǔn)，介紹了S-102標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容與特征，期望對新一代海事測繪數(shù)據(jù)的應(yīng)用共享，具有一定的借鑒意義。

S-102標(biāo)準(zhǔn)中僅在BAG組成和擴(kuò)展性內(nèi)容中提到了選擇性水深覆蓋類型，但是未作詳細(xì)描述，這樣會給生產(chǎn)商在產(chǎn)品生產(chǎn)中造成一定困惑，期望在版本更新的過程中對“選擇性水深覆蓋”類型作進(jìn)一步解釋。

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李穎（1968—），女，大連海事大學(xué)航海學(xué)院，教授，博士

陳澎（1982—），男，大連海事大學(xué)航海學(xué)院，講師，博士

劉丙新（1984—），男，大連海事大學(xué)航海學(xué)院，講師，博士

崔璨（1988—），男，大連海事大學(xué)航海學(xué)院，博士研究生

周穎（1991—），女，大連海事大學(xué)航海學(xué)院，碩士研究生

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