针对海陆图融合的数字海图自动预处理及实现

文 敏，唐新明，史绍雨，文建强，闫浩文，黄 伟

(1.国家测绘局卫星测绘应用中心，北京 100830；2.中国测绘科学研究院，北京 100830；3.广铁集团株洲工务段，湖南益阳 413000；4.兰州交通大学，甘肃兰州 730070)

针对海陆图融合的数字海图自动预处理及实现

文 敏1,2,4，唐新明1，史绍雨1，文建强3，闫浩文4，黄 伟4

(1.国家测绘局卫星测绘应用中心，北京 100830；2.中国测绘科学研究院，北京 100830；3.广铁集团株洲工务段，湖南益阳 413000；4.兰州交通大学，甘肃兰州 730070)

通过深入分析数字海图在分幅、坐标系统、投影等方面的特殊性，研究了数字海图在投影和坐标系统等方面的基本预处理技术，解决了数字海图无投影信息和本图坐标系统等造成的问题；并编写程序实现了数字海图的自动批量化预处理，效率高，误差小，解决了实际问题，为数字海图在数据融合、更新等方面的进一步应用提供了前提保障。

数字海图；预处理；自动批量；本图坐标系；投影

海岛礁、海岸线地区等涉及海域的海图和地图关系到国防、航海和经济生产等诸多关键领域，但是由于海图在其分幅、基准及分类编码及规范等各方面的特殊性，海图的利用受到了很大的限制，从而造成了数据冗余、裂缝和无法统一等一系列问题，缺乏完整性同时也不便于管理[1]。因此，海图与陆地图之间或海图之间的地理数据整合技术[2～5]成为了当下的研究热点。而针对数字海图的特殊性，一些预处理工作则是实现各图之间融合的前提条件，实现批量的自动处理是科学研究和工程生产上的现实需求。

1 数字海图的特殊性

海图主要用于航海等，由于其在用途等方面的特殊性，造成了一些与现行陆地图规范和标准不一致的特性。

1.1 分幅

为了航海方便，在图幅分幅上没有采用形如陆地地形图的分幅规范，而是采用自由分幅，如图1所示，其分幅的原则和方法如下[6]：1）分幅的基本原则是在保证航行安全和方便使用的前提下，尽可能减少图幅的数量；2）航行图采用自由分幅的方法，根据需要确定图幅的具体范围。没有统一规定而自由的分幅方式给图幅间的无缝拼接等应用造成了困难。

1.2 坐标系统

数字海图除了统一的WGS-84或1954年北京坐标系以外，还存在一个本图坐标系的概念。本图坐标系是海图的实际经纬度通过投影转换到平面坐标系，再经过缩放和平移等操作，使每个数字海图图幅的左下角都成为该图幅的坐标原点。因此海图上的坐标其实都是一个独立的局部坐标系统下的相对坐标，本图坐标系下的数据根本无法进行图幅之间的应用。对坐标系的处理是本文中预处理的一个重要部分。

图1 我国东海某海域海图图幅索引示意图

1.3 投影

由于墨卡托投影对角度的保真性，同样出于对航海的考虑，海图一般采用墨卡托投影[7]，但是其投影参数中的标准纬线（Standard_Parallel）一般采用图幅本图坐标的中纬，更重要的是，现在可供使用的数字海图一般都使用海军提供的海图专用浏览器进行浏览和使用，其shape格式的数字海图不带有*.prj的投影文件。因此在ArcGIS等地理信息系统软件中无法识别其投影信息，海图的预处理也包括对其投影的处理。

1.4 元文件

每个标准的数字海图图幅文件夹中都含有一个元文件来说明该图幅的信息，其中包括比例尺、基准纬线、经纬四至、坐标系统、单位、高程基准和通告改正等描述图幅的信息。而对图幅的自动化批量处理则需要使程序自动从元文件中提取相应信息来确定对海图数据的处理。

2 数字海图预处理方法

2.1 信息提取

对海图的预处理必须首先从相应的数据元文件中提取相关信息并经过计算后用以处理海图数据，其中需要的数据及作用如表1所示。

表1 从元数据中提取信息及其用途列表

2.2 处理投影

根据从元数据中提取的信息对海图图幅数据补充投影信息，根据投影方式和坐标系统确定椭球体信息等投影信息，根据基准纬线等确定投影信息中南北偏移和基准纬线等信息，并补充.prj投影文件，使其投影能被ArcGIS等地理信息系统软件识别。

但是，投影文件中经纬度的单位为度，而元数据中基准纬线等信息的单位为度分秒，在此过程中若忽略了此单位的转换，处理的结果便将产生误差。

2.3 处理缩放

预处理中缩放的处理实际上是从平面坐标系统转至本图坐标系统的逆过程。根据海图从标准平面坐标系统转至本图坐标系统的原理和规定，可以得到其缩放系数的计算公式如式 (1)所示。

其中，scale为海图比例尺分母；r为海图图幅实际长度单位；s为该图幅投影方式中标准长度单位，比如墨卡托投影的标准长度单位为m。

2.4 处理平移

本图坐标系统的左下角坐标为 (0，0)，根据元数据可以知道图幅左下角的真实坐标，在此基础上即可建立起一个平移映射关系。

在此步骤中需要注意的是，从元数据中得到的信息为经纬度，预处理程序需按照投影类型将经纬度投影至指定的平面坐标系统上，得到相应的平面坐标，方能确定正确的平移量。

2.5 更新范围

在经过上述过程的处理后，海图的坐标和投影等得以处理完毕，但是由于经过了平移缩放等操作，数据层的范围发生改变，此时，元素可能都挤在图幅的一个小角上。根据处理后的实际坐标和数据进行范围更新后，才能得到全图效果。

3 实现及结果

本文中使用C#语言基于ArcEngine进行开发实践[6]，根据上述理论完成了海图自动批量预处理程序，程序主界面如图 2所示，实验数据取实际项目中我国东海某区域的海图数据。

图2 自动批量预处理程序主界面

在经预处理程序处理之前的数据如图 3所示，由于其本图坐标系统的原因，所有图幅都左下角重合，叠加在了一起，海图上的坐标和经纬度也不正确，为该图幅的本图系统中的相对值；且用地理信息系统软件也无法识别其投影信息。

处理之后的数据如图 4所示，所有图幅都恢复正确的平面坐标，实现正确叠加，并且投影信息正确。

图3 未经预处理海图效果图

图4 经预处理后海图效果图

4 结 语

本文通过对数字海图在坐标系统和投影等方面的特征及其产生的原因，实验确定了数字海图的预处理技术，并且通过程序验证其正确性及实现自动化批量处理。通过在国家863项目中的实际应用表明，本文的海图预处理技术解决了实际问题，效率高，误差小，方便实用。经预处理程序处理过后的数字海图坐标系统及投影信息正确，能够用于海陆数据融合等其他进一步的应用。

[1] 隋春光，范荣双.数字海图无缝拼接方法研究[J].武汉大学学报：信息科学版，2005，3:278-281

[2] 王孝通，王浣尘.电子海图高速显示的数据结构[J].测绘学报，1999，1:81-85

[3] 郭黎.空间矢量数据融合问题的研究[D].郑州：信息工程大学，2003

[4] 宋关福，钟耳顺，刘纪远.多源空间数据无缝集成研究[J].地理科学进展，2000，6:110-115

[5] 崔铁军，郭黎.多源地理空间矢量数据集成与融合方法探讨[J].测绘科学技术学报，2007，2:1-4

[6] GB 12320-1998.中国航海图编绘规范[S].

[7] 丁佳波.墨卡托海图上大地线表象的曲率及其应用[J].测绘学报，1994，02:155-158

[8] 兰小机，刘德儿.ArcObjectsGIS应用开发--基于C#.NET[M].江西：江西理工大学出版社，2006

Research and Implementation of Pre-Processing of Digital Chart for Chart-Map Integration

by Wen M in

This paperhad analysised the specificity of the digital chart in the respect of map-framing,coordinate system and projecting,it researched on the pre-processing technology of digital chart in the area of projecting,coordinated system and so on.And implement the auto-processing and batch-processing with programming.It is effective;little error and has solved lots of practical problem s and supports the chart-applications in areas such as data-integration and data-update.

digital-chart,pre-processing,automatically-processing,coordinate system,projecting （Page:126）

P299

B

1672-4623(2011)01-0126-02

2010-08-16

项目来源：国家863计划资助项目 (2009AA121404)。

文敏，硕士，主要从事GIS开发应用、遥感、DEM、共享理论与方法等方面的学习和研究。