S-57国际标准海图向我国数字海图的转换研究

车　森,肖计划,孙　群

(信息工程大学地理空间信息学院，河南郑州450052)

S-57国际标准海图向我国数字海图的转换研究

车森,肖计划,孙群

(信息工程大学地理空间信息学院，河南郑州450052)

摘要：我国数字海图的数据结构是在标准《数字海图数据字典》中进行定义的，是根据我国的自有技术体系进行设计的，与S-57标准相差较大。目前关于我国数字海图向S-57格式数据的转换研究较多，而S-57国际标准海图向我国数字海图的转换研究较少。文中在对S-57标准海图及我国数字海图编码和数据结构深入研究的基础上，实现S-57标准海图向我国数字海图的转换，有利于国内相关软件对国外海图数据的使用。

关键词：S-57标准;Shape;GADL/ORG;转换

数字海图具有传统纸海图无法比拟的优点，是进行海洋研究、保障航海安全不可或缺的重要资料。国际海道测量组织(IHO)一直致力于数字海图的标准化及规范化，该组织于1987年发布了《数字海道测量数据传输标准》，该标准以IHO第57号特殊出版物方式出版，即业界所称的S-57标准。S-57标准囊括了DX-90数据格式(电子海图数据提供和交换1990，S-57早期版本中使用格式)、ENC(由各国官方海道测量机构制作的符合S-57数据传输标准的矢量电子海图数据)数据库的性能标准，以及ENC的改正概要。S-57目前最新版本为第三版，于1996年11月由IHO公布[1-2]。

S-57标准已经成为了通用的国际标准，很多国家都采用该标准进行海图数据的生产及交换，而我国数字海图的数据结构是海军出版社经过长期海图生产应用实践总结进行制定的，与S-57标准差异很大。我国海图要素的分类分级及属性结构在《数字海图数据字典》(Chinese Chart Data Dictionary简称CCDD)中有详细定义，是在原《中国航海图数据字典》(1999年1月)基础上修订而成的[3]。

目前国内大部分的GIS及制图软件还不直接支持S-57格式海图。我国生产的电子海图主要范围还局限于我国领海，国外海图数据较少，S-57标准海图分布范围较广，来源丰富，目前关于我国数字海图向S-57格式数据的转换研究较多[4-9]，而S-57国际标准海图向我国数字海图的转换研究目前还较少。

本文在对S-57标准海图及我国数字海图编码和数据结构深入研究的基础上，提出了S-57标准海图向我国数字海图的转换方案，为国内相关软件使用国外海图数据创造了条件。

1S-57标准分析

1.1　数据模型

S-57的数据模型认为真实世界实体由两部分组合而成：描述特征和空间特征，所以该模型将物体定义为特征物标和空间物标的集合。特征物标可以独立存在，而空间物标必须以特征物标为参照物。空间物标可以没有描述信息，但必须有几何信息，如经纬度。

图1为S-57的数据模型示意图。

图1　S-57数据模型

S-57的特征物标分为以下4类：

1)元物标：包含海图的基准经纬度、绘图比例尺、水深乘数因子及坐标乘数因子等公用信息；

2)地理物标：使用最多的物标，如道路、浮标、沉船、岛屿、陆地及海洋区域都属于地理物标；

3)制图物标：该类物标只在出版纸质地图时使用，因此本文不予考虑；

4)集合物标：该类物标包含有对其他物标关系的描述。

在进行数字海图转换时，主要是进行地理物标的转换。S-57标准定义了159类地理物标，表1为S-57标准附录A：物标类目表的部分内容。表中P代表点状物标，L代表线状物标，A代表面状物标。

表1　物标类目表(部分内容)

1.2　数据格式

有了数据模型，还必须有具体的数据结构来实现模型，即底层的封装标准，S-57 依据ISO/IEC 8211 进行数据封装。

逻辑记录(LR)是ISO/IEC 8211文件的基本组成单位。第一个LR称为“数据描述记录”(DDR)，它包含了文件中真实数据的描述和逻辑结构，用于解读整个文件。文件的其他记录称之为数据记录(DR)，即实际数据，结构如图2所示。

图2　DDR结构图

2我国数字海图编码及结构分析

我国海图要素编码在《中国航海图数据字典》中进行规定，编码由类码(3位数字)和识别码(3位数字)组成。

在数据字典中，依据计算机管理和航海的需求，共将海图要素分为14大类。类码用3位数字表示，表示海图要素的类别如下：

56×水深、等深线、干出礁

57×助航设备

58×碍航物

我国数字海图数据共有21个专题层，包括:测量控制点(CTRL)、陆地方位物(LDMK)、海洋/陆地(OCLD)、水深/底质(SOUD)、港口设施(PORT)等。

数字海图是以物理层存储的，每个专题层包含1~2个物理层，共有31个物理层，每个物理层中的点要素、线要素或面要素都有对应的属性表。每个属性表的结构在《数字海图数据字典》中都有详细的定义。

我国海军出版社生产数字海图使用的软件为ArcGIS。因此提供的数字海图格式为ArcGIS平台本身的格式：E00与Shape。E00为明码格式，但不对外公开，Shape 格式是ArcGIS平台的交换格式，无拓扑关系，数据结构相对简单，没有字符类数据，存储数字海图时设计专门的注记层来存放注记信息。

本文主要研究将S-57标准海图转换为Shape格式的数字海图，E00格式的转换暂不研究。

3S-57转换我国数字海图格式的实现

3.1　S-57标准数据的读取

本文利用网络开源OGR库实现S-57格式海图的读取及Shape格式海图的写入，GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)是一个在X/MIT许可协议下的开源栅格空间数据转换库。可以处理各种栅格数据格式(读取、写入、转换、处理)。它利用抽象数据模型来表达所支持的各种文件格式。OGR是GDAL项目的一个分支，功能与GDAL类似，它提供了对大部分公开矢量数据格式的支持。

有很多著名的GIS软件都使用了GDAL/OGR库，包括ArcGIS 9.2与Google Earth等。目前，OGR能够支持的数据格式包括：DWG、ESRI Personal GeoDatabase、ArcSDE、ESRIShapefile、GML、GRASS、Mapinfo File、Microstation DGN、ODBC、Oracle Spatial、PostgreSQL和S-57等。基本包括了所能接触到的所有矢量文件格式。

3.2　编码及属性信息转换

S-57数据中每个物标类由A 级属性、B 级属性、C 级属性共同来描述该类物标的特定实例物标。如：物标：桥梁(Bridge)，代码为11。属性A：CATBRG，COLOUR，COLPAT，CONDTN，CONRAD，CONVIS，DATEND，DATSTA，HORACC，HORCLR，NATCON，NOBJNM，OBJNAM，VERACC，VERCCL，VERCLR，VERCOP，VERDAT;属性B：INFORM，NINFOM，NTXTDS，PICREP，SCAMAX，SCAMIN，TXTDSC;属性C：RECDAT，RECIND，SORDAT,SORIND。

而在《数字海图数据字典》中规定桥梁的属性有6项组成：编码、名称、桥孔宽、净空高、桥承重、标注。

本文通过建立转换控制文件的方式来实现编码及属性信息转换。图3为转换控制文件的结构图。

图3　S-57格式转换我国数字海图控制文件结构图

3.3　海图注记的提取生成

在将S-57数据的物标转换为Shape格式数据中的要素之后，接下来面临的问题是注记文件如何提取生成，我国数字海图是专门用两个注记层来存放注记：anncovp(点注记)和anncovl(线注记)。因此，还需要根据《数字海图数据字典》确定哪些要素有注记以及注记由哪些字段构成。本文构建了数字海图注记提取控制文件来实现注记的提取及生成。控制文件的结构如图4所示。

图4　数字海图注记提取控制文件

3.4　转换流程及效果

转换流程如图5所示。

图5　转换流程

图6与图7分别为S-57格式数字海图显示与转化后我国数字海图格式显示，其中图6所使用的软件为北京亿海蓝科技有限公司开发的一款免费的S57/S52海图浏览器。软件支持IHO S57-3.1海图及海图更新数据，显示符合IHO S52-3.3标准；图7所使用的软件为军事地理信息系统软件(MGIS)，支持我国海图数据的读取与显示，因为两种软件所使用海图符号系统的差别以及转化前后不可避免的信息损失，显示效果差别较大。

图6　转换前S-57格式数字海图显示

图7　转换后我国数字海图格式显示

4结束语

本文通过对国际标准海图S-57数据模型及格式与我国数字海图编码与格式的深入分析，建立了S-57格式转换我国数字海图控制文件及注记提取控制文件，实现了S-57格式数据到我国数字海图的转换，可以提高国内相关软件对国外海图数据的利用。

参考文献：

[1]王柯.基于S-57国际标准的电子海图显示与导航系统[D].西安:电子科技大学,2008:3-4.

[2]林志辉.综合船桥系统数据服务器开发研究[D].镇江：江苏科技大学,2009:6.

[3]李庆伟.S-57标准电子海图及其在航海中的应用[J].天津航海,2008(1):7-10.

[4]唐葆祥.S-57格式电子海图数据读取以及分层显示[D].广州：广东工业大学，2011:5.

[5]文敏，唐新明，史绍雨，等.针对海陆图融合的数字海图自动预处理及实现[J].地理空间信息，2011，19(1)：35-38.

[6]张静双.电子海图文件的读取与显示程序开发[J].装备制造技术，2012，38(6)：51-54.

[7]黄永军.2000国家大地坐标系启用对海洋测绘影响的研究[J].测绘工程，2013，22(1)：1-3.

[8]盛佳良，郝多虎，何泉，等.国际标准海图的解析与三维显示研究[J].测绘与空间地理信息，2014，37(1)：174-177.

[9]陈惠荣，谭美景，张立华.面向海图生产的多源数据集成方法[J].测绘与空间地理信息，2014，37(5)：4-6.柯.基于S-57国际标准的电子海图显示与导航系统[D].西安:电子科技大学,2008:3-4.

[2]林志辉.综合船桥系统数据服务器开发研究[D].镇江：江苏科技大学,2009:6.

[3]李庆伟.S-57标准电子海图及其在航海中的应用[J].天津航海,2008(1):7-10.

[4]唐葆祥.S-57格式电子海图数据读取以及分层显示[D].广州：广东工业大学，2011:5.

[5]文敏，唐新明，史绍雨，等.针对海陆图融合的数字海图自动预处理及实现[J].地理空间信息，2011，19(1)：35-38.

[6]张静双.电子海图文件的读取与显示程序开发[J].装备制造技术，2012，38(6)：51-54.

[7]黄永军.2000国家大地坐标系启用对海洋测绘影响的研究[J].测绘工程，2013，22(1)：1-3.

[8]盛佳良，郝多虎，何泉，等.国际标准海图的解析与三维显示研究[J].测绘与空间地理信息，2014，37(1)：174-177.

[9]陈惠荣，谭美景，张立华.面向海图生产的多源数据集成方法[J].测绘与空间地理信息，2014，37(5)：4-6.

[责任编辑：刘文霞]

中图分类号：P28

文献标志码：A

文章编号：1006-7949(2015)01-0013-04

收稿日期：2013-12-07；修回日期：2014-06-20

基金项目：国家自然科学基金资助项目(41201391)

作者简介：车森(1978-)，男，讲师，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