基于shape数据的全球电子矢量地图在航迹监测领域的应用研究

何晓，杨维波

(成都西科微波通讯有限公司，四川成都，610000)

0 引言

近年来，随着飞行器的大量快速增加，监测空中目标航迹对区域内安全防卫工作有重要意义，其监测结果的态势展示是重要研究方向。全球电子矢量地图包含了各类地理信息，可以经纬度为基准展示目标航迹监测结果，其应用也越来越广泛[1]。

本文采用国内地理数据平台公布的shape数据，从基础数据读入开始通过OpenGL开放式图形库，绘制具备自主产权的全球电子矢量地图，并在地图上设计目标航迹态势展示。

1 利用shape数据绘制全球电子矢量地图

1.1 shape数据

shape数据是由ESRI（Environmental Systems Research Institute）开发的一种空间数据开放格式[2]，一个shape数据包括主文件、索引文件和dBASE表。主文件（后缀为.shp）数据是制作矢量地图的基础。主文件由固定长度的文件头和变长实体记录组成。每个实体记录都包含一条数据信息。后缀为.dbf的文件为属性数据，存储.shp文件中每条记录的属性数据，如名称、所属区域、首都等。

1.2 OpenGL绘制矢量地图

本文shape数据为全球各国边境线经纬度数据，每一条shape记录为一个国家的国境线，记录类型为环状POLYGON（起点终点重合）。OpenGL读入地图基础数据通过glBegin(GL_LINE_STRIP)方式可绘制各国国境线。

为提高地图的可视化效果，地图背景设置为海洋色蓝色，陆地面积需填充为其他颜色以示区分。利用glBegin(GL_POLYGON)进行图形填充时，发现在许多区域填充效果不及预期，如图1所示。经查证，OpenGL绘制时认为凸多边形才是合法多边形，凹多边形、交叉多边形、带孔多边形等非凸多边形在使用填充功能时可能会失效。

图1 GL_POLYGON填充失败

本文工程应用中，各国国境线绝大多数为非凸多边形。为保证填充的正确性，需使用GLU网格化对象的GLUtesselator（泰森）进行填充。其原理是可以将任意多边形（包括非凸多边形）简化为一系列三角形或凸多边形的组合，从而达到正确填充的目的，如图2所示。

图2 泰森正确填充

利用泰森填充，各国国境线面积内实现准确填充，电子地图具备图形化雏形。同时通过统一格式解析属性文件.dbf数据，得到地理信息各项属性，如国名、首都等，在地图上进行标绘。至此，全球电子矢量地图底图已完成。

1.3 地图展示要素

为实现目标航迹态势展示效果，除了全球电子矢量地图外，还需要增加各项地图展示要素，主要包括：（1）地图放大缩小：鼠标滚动可实现地图放大缩小；（2）平移：鼠标拖动可实现地图平移；（3）全景地图：鼠标点击可实现地图比例至显示全球地图；（4）测距：鼠标点击任意地图两个位置可计算出两点间的距离；（5）任意点经纬度显示：实时显示鼠标位置的经纬度。

2 目标航迹态势展示

目标航迹设计是态势展示的重要方向。航迹设计可以航迹编号为主键建立存储容器Map，监测设备上报的探测点分别归类至不同的Map。目标航迹绘制设计主要包括：（1）目标点迹；（2）目标点迹连线（显示趋势）；（3）目标最新点迹设计为可显示方向的图标；（4）目标航迹选中；（5）目标消失时间配置。另外，地图绘制以200ms的频率不断刷新航迹，高效保证航迹更新的实时性。

目标航迹监测旨在通过多传感器综合判断，区别所探测目标的属性和类型。项目可建立目标属性数据库。若所探测目标属性与告警属性相符，则判定为重点关注目标，航迹以红色进行告警；若所探测目标不具备告警属性，则暂判为非关注目标，目标航迹显示蓝色。红蓝强对比色可有效提高态势显示效果[3]。

3 地图绘制在VS+QT开发环境中实现

VS跟随Windows系统共同成长，具备系统底层支持力度大、API十分丰富、开发难度小、调试便利、开发文档多等优势；QT可提供建立艺术级图形界面所需的所有功能，具备强扩展性、跨平台性、面向对象、2D/3D图形渲染（支持OpenGL）、API丰富等优势。VS+QT联合开发环境可以集中两款应用程序框架的优势，已在工程实践中得到越来越广泛地应用。

本文利用VS开发总体框架，QT开发交互式界面（包括OpenGL绘制矢量地图）。所有功能均按模块化设计，主要包括网络通信类、系统信息管理类、地图数据类、地图绘制类（继承基类）、地图要素展示类、目标航迹管理类等。软件界面如图3、图4所示。

图3 全球电子矢量地图

图4 目标航迹态势展示

上述全球电子矢量地图及目标航迹绘制基本满足区域内监测结果高效、便捷的展示需求。目前仅加载了全球行政区划分shape数据，下一步将考虑加入其它地理信息shape数据，如全球滨海数据、河流数据、交通数据、航管数据、山川数据等，可利用图层的概念由用户自由加载关注数据。

4 结论

监测空中目标航迹、可视化展示识别结果是加强区域安全防卫工作的重要手段之一。全球电子矢量地图的高效绘制、地图展示要素的合理设置、目标航迹的对比展示设计均是提高显示效果的重要方式[4]。本文以shape数据为基础，详细阐述了全球电子矢量地图的绘制过程，就重要环节包括地图数据更新、泰森填充、地图要素设计、目标航迹设计等方面提出可行方案，并在VS+QT联合开发环境中实现，具备实际可操作性。基于shape数据的全球电子矢量地图可在航迹监测领域广泛应用，并可推广至多点定位、ADS-B等系统中。