車　森,肖計劃,孫　群

(信息工程大學地理空間信息學院，河南鄭州450052)

S-57國際標準海圖向我國數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換研究

車森,肖計劃,孫群

(信息工程大學地理空間信息學院，河南鄭州450052)

摘要：我國數(shù)字海圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是在標準《數(shù)字海圖數(shù)據(jù)字典》中進行定義的，是根據(jù)我國的自有技術(shù)體系進行設計的，與S-57標準相差較大。目前關(guān)于我國數(shù)字海圖向S-57格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換研究較多，而S-57國際標準海圖向我國數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換研究較少。文中在對S-57標準海圖及我國數(shù)字海圖編碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)深入研究的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)S-57標準海圖向我國數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換，有利于國內(nèi)相關(guān)軟件對國外海圖數(shù)據(jù)的使用。

關(guān)鍵詞：S-57標準;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，是進行海洋研究、保障航海安全不可或缺的重要資料。國際海道測量組織(IHO)一直致力于數(shù)字海圖的標準化及規(guī)范化，該組織于1987年發(fā)布了《數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標準》，該標準以IHO第57號特殊出版物方式出版，即業(yè)界所稱的S-57標準。S-57標準囊括了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(由各國官方海道測量機構(gòu)制作的符合S-57數(shù)據(jù)傳輸標準的矢量電子海圖數(shù)據(jù))數(shù)據(jù)庫的性能標準，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標準已經(jīng)成為了通用的國際標準，很多國家都采用該標準進行海圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)及交換，而我國數(shù)字海圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是海軍出版社經(jīng)過長期海圖生產(chǎn)應用實踐總結(jié)進行制定的，與S-57標準差異很大。我國海圖要素的分類分級及屬性結(jié)構(gòu)在《數(shù)字海圖數(shù)據(jù)字典》(Chinese Chart Data Dictionary簡稱CCDD)中有詳細定義，是在原《中國航海圖數(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。我國生產(chǎn)的電子海圖主要范圍還局限于我國領(lǐng)海，國外海圖數(shù)據(jù)較少，S-57標準海圖分布范圍較廣，來源豐富，目前關(guān)于我國數(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國際標準海圖向我國數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換研究目前還較少。

本文在對S-57標準海圖及我國數(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標準海圖向我國數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換方案，為國內(nèi)相關(guān)軟件使用國外海圖數(shù)據(jù)創(chuàng)造了條件。

1S-57標準分析

1.1　數(shù)據(jù)模型

S-57的數(shù)據(jù)模型認為真實世界實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和空間物標的集合。特征物標可以獨立存在，而空間物標必須以特征物標為參照物?？臻g物標可以沒有描述信息，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的特征物標分為以下4類：

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

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

3)制圖物標：該類物標只在出版紙質(zhì)地圖時使用，因此本文不予考慮；

4)集合物標：該類物標包含有對其他物標關(guān)系的描述。

在進行數(shù)字海圖轉(zhuǎn)換時，主要是進行地理物標的轉(zhuǎn)換。S-57標準定義了159類地理物標，表1為S-57標準附錄A：物標類目表的部分內(nèi)容。表中P代表點狀物標，L代表線狀物標，A代表面狀物標。

表1　物標類目表(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)來實現(xiàn)模型，即底層的封裝標準，S-57 依據(jù)ISO/IEC 8211 進行數(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LR稱為“數(shù)據(jù)描述記錄”(DDR)，它包含了文件中真實數(shù)據(jù)的描述和邏輯結(jié)構(gòu)，用于解讀整個文件。文件的其他記錄稱之為數(shù)據(jù)記錄(DR)，即實際數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　DDR結(jié)構(gòu)圖

2我國數(shù)字海圖編碼及結(jié)構(gòu)分析

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

在數(shù)據(jù)字典中，依據(jù)計算機管理和航海的需求，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×助航設備

58×礙航物

我國數(shù)字海圖數(shù)據(jù)共有21個專題層，包括:測量控制點(CTRL)、陸地方位物(LDMK)、海洋/陸地(OCLD)、水深/底質(zhì)(SOUD)、港口設施(PORT)等。

數(shù)字海圖是以物理層存儲的，每個專題層包含1~2個物理層，共有31個物理層，每個物理層中的點要素、線要素或面要素都有對應的屬性表。每個屬性表的結(jié)構(gòu)在《數(shù)字海圖數(shù)據(jù)字典》中都有詳細的定義。

我國海軍出版社生產(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平臺本身的格式：E00與Shape。E00為明碼格式，但不對外公開，Shape 格式是ArcGIS平臺的交換格式，無拓撲關(guān)系，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對簡單，沒有字符類數(shù)據(jù)，存儲數(shù)字海圖時設計專門的注記層來存放注記信息。

本文主要研究將S-57標準海圖轉(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)換我國數(shù)字海圖格式的實現(xiàn)

3.1　S-57標準數(shù)據(jù)的讀取

本文利用網(wǎng)絡開源OGR庫實現(xiàn)S-57格式海圖的讀取及Shape格式海圖的寫入，GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)是一個在X/MIT許可協(xié)議下的開源柵格空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換庫?？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)模型來表達所支持的各種文件格式。OGR是GDAL項目的一個分支，功能與GDAL類似，它提供了對大部分公開矢量數(shù)據(jù)格式的支持。

有很多著名的GIS軟件都使用了GDAL/OGR庫，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。基本包括了所能接觸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)中每個物標類由A 級屬性、B 級屬性、C 級屬性共同來描述該類物標的特定實例物標。如：物標：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項組成：編碼、名稱、橋孔寬、凈空高、橋承重、標注。

本文通過建立轉(zhuǎn)換控制文件的方式來實現(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，我國數(shù)字海圖是專門用兩個注記層來存放注記：anncovp(點注記)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現(xiàn)注記的提取及生成。控制文件的結(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科技有限公司開發(fā)的一款免費的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標準；圖7所使用的軟件為軍事地理信息系統(tǒng)軟件(MGIS)，支持我國海圖數(shù)據(jù)的讀取與顯示，因為兩種軟件所使用海圖符號系統(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)換后我國數(shù)字海圖格式顯示

4結(jié)束語

本文通過對國際標準海圖S-57數(shù)據(jù)模型及格式與我國數(shù)字海圖編碼與格式的深入分析，建立了S-57格式轉(zhuǎn)換我國數(shù)字海圖控制文件及注記提取控制文件，實現(xiàn)了S-57格式數(shù)據(jù)到我國數(shù)字海圖的轉(zhuǎn)換，可以提高國內(nèi)相關(guān)軟件對國外海圖數(shù)據(jù)的利用。

參考文獻：

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[責任編輯：劉文霞]

中圖分類號：P28

文獻標志碼：A

文章編號：1006-7949(2015)01-0013-04

收稿日期：2013-12-07；修回日期：2014-06-20

基金項目：國家自然科學基金資助項目(41201391)

作者簡介：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