摘 要 針對電子海圖顯示應用場景，本文提出了電子海圖自動調(diào)顯應遵循的4條規(guī)則，并重點介紹了規(guī)則的實現(xiàn)，其中對自動調(diào)顯過程中比例尺的選取、屏幕留白的格網(wǎng)化處理、自動調(diào)顯的整體流程進行了詳細描述。

【關(guān)鍵詞】電子海圖 S57-標準 自動調(diào)圖 自動調(diào)顯 拼接顯示 屏幕格網(wǎng)

1 引言

電子海圖的顯示是電子海圖系統(tǒng)的一個最基本的功能，當前很多電子海圖系統(tǒng)的顯示還是基于單幅圖模式的，對其的縮放實質(zhì)上是單幅海圖的矢量縮放；也有少數(shù)電子海圖系統(tǒng)實現(xiàn)了海圖的自動調(diào)顯功能，但普遍都存在這樣那樣的問題。所有這些問題的核心都可以歸結(jié)到對海圖自動調(diào)顯規(guī)則的處理上。本文結(jié)合電子海圖的使用場景，提出電子海圖自動調(diào)顯應遵循的規(guī)則，研究并實現(xiàn)了將物理上離散分布的電子海圖數(shù)據(jù)通過自動調(diào)顯處理形成邏輯上一張圖在屏幕上的無縫拼接顯示。

2 自動調(diào)顯原理

電子海圖的顯示本質(zhì)上包含兩個過程：數(shù)據(jù)加載和數(shù)據(jù)顯示。單幅圖模式，由用戶通過鼠標或者鍵盤操作選擇要打開的海圖數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)加載，然后完成顯示；自動調(diào)顯模式，將完全解放用戶的雙手，由自動調(diào)顯程序根據(jù)當前窗口顯示范圍和顯示比例尺信息，基于海圖顯示不留白的核心原則，自動完成最合適海圖數(shù)據(jù)的搜尋并調(diào)度顯示，直至將屏幕全部覆蓋或最大覆蓋。

3 自動調(diào)顯規(guī)則

規(guī)則1：窗口顯示范圍內(nèi)不能留白，除非這個區(qū)域沒有任何比例尺的數(shù)據(jù)，這是自動調(diào)顯最核心規(guī)則，其他規(guī)則必須以此為前提；

規(guī)則2：窗口顯示范圍內(nèi)如果存在多個比例尺的數(shù)據(jù)時，應首先按比例尺最優(yōu)匹配程度排序，然后按此順位依次掃描數(shù)據(jù)進行屏幕覆蓋檢測，直至數(shù)據(jù)將屏幕完全覆蓋或最大覆蓋；

規(guī)則3：多個比例尺數(shù)據(jù)如果存在重疊部分，必須保證大比例尺數(shù)據(jù)在最后繪制顯示，以始終呈現(xiàn)給用戶在給定條件下最精細的數(shù)據(jù)表達為目的；

規(guī)則4：為了加快判斷并保證小比例尺下不顯示大比例尺航海圖，對于顯示比例尺：數(shù)據(jù)比例尺大于等于100（datascale*100 <= dispscale）的航海圖不參與搜索。

4 自動調(diào)顯規(guī)則實現(xiàn)

以上規(guī)則中，以規(guī)則1為第1準則，確保顯示不留白，盡可能顯示更精細的數(shù)據(jù)，并在多比例尺數(shù)據(jù)重疊時，保證大比例尺數(shù)據(jù)始終在最上層顯示。下面將從比例尺、窗口顯示范圍、數(shù)據(jù)范圍，并結(jié)合屏幕格網(wǎng)，綜合運用多種算法實現(xiàn)多比例尺電子海圖的自動調(diào)顯。

4.1 最佳數(shù)據(jù)比例尺確定

根據(jù)人眼視覺感受，理論上按數(shù)據(jù)比例尺進行1：1顯示最符合地圖瀏覽查看?；诖嗽恚罴褦?shù)據(jù)比例尺的確定，按數(shù)據(jù)比例尺與當前顯示比例尺的匹配程度確定。

假設(shè)當前共有6個比例尺的海圖數(shù)據(jù)，圖1展示了海圖顯示過程中如何根據(jù)顯示比例尺調(diào)度數(shù)據(jù)比例尺的關(guān)系。

4.2 按數(shù)據(jù)比例尺最優(yōu)匹配順序排序

在進行全球多尺度電子海圖調(diào)度顯示時，大部分情況下單憑一個最佳數(shù)據(jù)比例尺數(shù)據(jù)是無法做到完全覆蓋屏幕的。這時候就需要按照比例尺匹配程度逐個搜尋。所以在按4.1確定最佳數(shù)據(jù)比例尺后，還需要據(jù)此確定第二、三最佳等等順位的比例尺。此處通過比例尺與最佳比例尺做差值，按絕對值從小到大排序，此順序即為比例尺最優(yōu)匹配順位。

4.3 窗口顯示范圍與數(shù)據(jù)范圍相交判斷

為提高顯示效率，加快數(shù)據(jù)的搜尋過程，依次輪循各比例尺數(shù)據(jù)進行屏幕覆蓋情況判斷時，應首先將電子海圖數(shù)據(jù)的地理范圍與窗口顯示范圍進行相交判斷，過濾掉一部分不相交的數(shù)據(jù)。

4.4 屏幕留白格網(wǎng)法處理

此處采用屏幕格網(wǎng)法處理電子海圖顯示留白問題，將窗口視圖區(qū)域按照64*64像素大小的格子進行格網(wǎng)劃分。通過檢測數(shù)據(jù)范圍對窗口范圍的覆蓋情況，賦值格網(wǎng)單元。最后通過判斷屏幕格網(wǎng)是否還有空白確定海圖是否已經(jīng)完全覆蓋屏幕。

圖2為根據(jù)窗口視圖區(qū)域大小劃分為6X 6（6行6列）的格網(wǎng)，紅色單元格為有效數(shù)據(jù)覆蓋的范圍，白色單元格為無效數(shù)據(jù)范圍，尚沒有被有效數(shù)據(jù)覆蓋，因此自動調(diào)顯程序還需要繼續(xù)掃描數(shù)據(jù)，以找到合適數(shù)據(jù)將剩余的白色單元格覆蓋，最終達到屏幕不留白的完全覆蓋。

5 自動調(diào)顯整體流程

綜上，可以看出自動調(diào)顯過程是綜合運用多種算法和多種方式互補控制協(xié)同完成的。下面將結(jié)合以上描述，完整闡述整個流程。

首先，根據(jù)當前顯示比例尺確定最佳數(shù)據(jù)比例尺，接著確定比例尺最優(yōu)匹配排序。

其次，分別構(gòu)造多比例尺數(shù)據(jù)合并覆蓋屏幕格子對象（sMulitScaleUnionCoverGrid）、當前比例尺數(shù)據(jù)合并覆蓋屏幕格子對象（sCurScaleUnionCoverGrid）和當前數(shù)據(jù)覆蓋屏幕格子對象（sCurDataCoverGrid），用以自動調(diào)顯過程中檢測屏幕是否已被完全覆蓋。

最后，結(jié)合矩形相交算法和格網(wǎng)法，開始自動調(diào)顯兩層循環(huán)邏輯處理，外層輪循處理各比例尺，內(nèi)層輪循處理當前比例尺下各個數(shù)據(jù)。

（1） 如果當前處理數(shù)據(jù)已能完全覆蓋屏幕（sCurDataCoverGrid），此時找到最佳匹配數(shù)據(jù)，將待調(diào)度列表清空并放入數(shù)據(jù)，然后退出輪循，調(diào)入并顯示數(shù)據(jù)；

（2）如果當前處理數(shù)據(jù)不能完全覆蓋屏幕，則將數(shù)據(jù)放入待調(diào)度列表，同時將sCurDataCoverGrid合并到sCurScaleUnionCoverGrid，判斷sCurScaleUnionCoverGrid是否完全覆蓋屏幕，如果完全覆蓋，則退出輪循，調(diào)入并顯示數(shù)據(jù)，如果不能完全覆蓋則繼續(xù)下一個同比例尺數(shù)據(jù)，重復1）操作；

（3）如果直到當前比例尺數(shù)據(jù)搜尋完畢還是未能完全覆蓋屏幕，則將sCurScaleUnionCoverGrid合并到sMulitScaleUnionCoverGrid，判斷sMulitScaleUnionCoverGrid是否完全覆蓋屏幕，如果完全覆蓋，則退出輪循，調(diào)入并顯示數(shù)據(jù)；如果未能完全覆蓋則繼續(xù)下一個次優(yōu)比例尺搜尋，重復1）2）操作；

（4）直至所有比例尺都搜尋完畢，如果數(shù)據(jù)還是未能完全覆蓋屏幕，即最糟糕的情況，也調(diào)入列表中所有數(shù)據(jù)完成最大覆蓋顯示。

6 實驗原型及分析

為測試調(diào)度規(guī)則、算法的可用性和顯示性能，本文基于WinXP操作系統(tǒng)，硬件配置為i7-3770 3.4GHz，顯示器分辨率為1920*1080。使用VS2010+QT4.8.4開發(fā)平臺，采用140幅S57標準海圖數(shù)據(jù)做實驗。自動調(diào)顯模式下，海圖顯示符合規(guī)則要求，縮放、漫游等顯示性能基本都在100ms以內(nèi)，能很好的達到使用需求。圖3為自動調(diào)顯某時刻示意圖。

7 結(jié)束語

本文通過對電子海圖自動調(diào)顯規(guī)則的研究，提出了電子海圖自動調(diào)顯過程中需要遵循的4條規(guī)則。其中重點介紹了對數(shù)據(jù)比例尺的擇優(yōu)選取以及對屏幕留白問題的格網(wǎng)法處理，最后詳細闡述了整個自動調(diào)顯的邏輯流程。根據(jù)本文給出的策略和方案，實現(xiàn)了電子海圖的自動調(diào)用顯示，并成功應用于多型電子海圖顯示系統(tǒng)中，取得了良好的效果。

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作者簡介

門偉（1986-），男。大學本科學歷。現(xiàn)為華北計算技術(shù)研究所工程師。研究領(lǐng)域為通用跨平臺嵌入式地理信息系統(tǒng)、地圖可視化技術(shù)。

作者單位

1.華北計算技術(shù)研究所 北京市 100083

2.空軍指揮學院模擬仿真 北京市 100000

3.中國電子設(shè)備系統(tǒng)工程公司研究所指揮自動化 北京市 100039