dwg非標準海圖數(shù)據(jù)向S-57標準格式轉換的關鍵技術研究

艾 健，林 榮

(1.重慶交通大學 航海學院，重慶400074;2.重慶市港航管理局監(jiān)控中心，重慶400013)

電子江圖實質(zhì)上是電子海圖理論及其應用的一個分支，是電子海圖技術在內(nèi)河航運中的特殊應用［1］。與具有電子海圖及其應用系統(tǒng)國際規(guī)范和標準的電子海圖系統(tǒng)相比，電子江圖目前只形成了區(qū)域性的標準，統(tǒng)一的國際規(guī)范尚未確立。電子江圖的應用除可作為內(nèi)河駕引替代紙質(zhì)航行參考圖外，還可用于內(nèi)河航運管理部門進行船舶調(diào)度、安全、事故分析、營運的重要手段，電子江圖強調(diào)的是內(nèi)河航道的信息查詢與顯示。通常電子江圖的數(shù)據(jù)庫是基于不同河道的測量數(shù)據(jù)，由各國航道部門提供和更新，一般的都是dwg格式的平面圖，需要經(jīng)過相應的技術轉換才能成為S-57標準的電子航道圖的信息數(shù)據(jù)。

1 坐標轉換

由于S-57標準下大地坐標采用1984年世界大地坐標系(WGS-84)，而我國采用的坐標系是BJ-54坐標系，這就使得同一點在不同的坐標系下有不同的坐標值。為了解決這個問題，在BJ-54坐標系下，利用高斯投影坐標反解公式，將矢量地圖所采用的在BJ-54坐標系下的平面坐標(x，y)其中央子午線經(jīng)度手動設置，即可實現(xiàn)BJ-54坐標轉換為WGS-84坐標［2-3］。

其轉換算法流程圖見圖1。

圖1 轉換算法流程

不同基準下不同坐標系之間的轉換，(X，Y，Z)BJ-54到(X，Y，Z)WG-S84通常采用的是七參數(shù)法［4］。必須已知3個點在BJ-54坐標系下和在WGS-84坐標系下的空間直角坐標。七參數(shù)轉換模式為

式中:△X，△Y，△Z——平移參數(shù);

εX，εY，εZ——旋轉參數(shù);

k——尺度因子。

把dwg格式下的坐標轉換完畢之后，便可以把dwg格式圖紙通過D-kart軟件導出來。其導出時需要遵循的法則此處不詳細介紹。導出界面圖見圖2。

2 圖形技術

圖2 圖像導出界面

電子江圖的完成有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩步。數(shù)據(jù)采集，主要通過掃描儀將原來的紙質(zhì)的圖紙掃描成柵格江圖，存進計算機。柵格化江圖是不能進行空間分析和管理的，所以借助于掃描矢量化軟件對其進行矢量化，并完成接邊、坐標轉換等工作，生成矢量江圖。數(shù)據(jù)處理就是對矢量江圖進行數(shù)據(jù)組織、管理以及空間數(shù)據(jù)庫建立的過程。數(shù)據(jù)處理還包括對已有的各種航道資料及數(shù)據(jù)的分類與編碼，設計符合電子江圖應用系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)模型，建立相應的空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，并且應符合S-57國際標準的要求。

圖形處理技術包括了江圖的矢量化，拼接校正、分層控制技術［5-6］。

2.1 分層控制

分層控制比較簡單，結合CAD思想，就是把同一類(比如等高線、浮標、湖泊等)畫在一張假設的透明紙上，再把畫有不同類型的透明紙嚴格按照同一坐標系中的坐標精確地重疊在一起，當然這個重疊在CAD中可以完成。

2.2 圖形矢量化

圖形矢量化就是將紙質(zhì)圖上的地理要素變成計算機圖形，作為圖形和圖像的最大區(qū)別。矢量化的方法很多，本研究借用常用的軟件并結合CAD的要求進行矢量化。矢量化處理僅是地理信息系統(tǒng)的一個前端，而不是一個地理信息系統(tǒng)，它可以將數(shù)據(jù)輸出成不同的格式，一般在各種地理信息系統(tǒng)中直接讀入、使用這些數(shù)據(jù)。

矢量化后的圖紙，還需進行一系列的處理，非常重要的一個關鍵技術是要運用CAD軟件進行插入塊操作，并且在插入塊操作的選擇中應當選擇坐標(0，0，0)，否則其圖層中的經(jīng)緯度不一致，轉換會出錯。

2.3 圖形拼接

圖形拼接校正，在電子江圖研制過程中非常必要。任何紙張總有其大小限制和變形，而實際地貌應該是連續(xù)真實的。兩張相鄰的江圖對接，取決于相應的控制點和合理的校正方法，以克服地理要素的變形。

圖3是平面坐標系下的DWG格式圖紙，圖4已經(jīng)是符合國際標準S-57的電子江圖，只是此圖的制作還沒有完工。

圖3和圖4是相對應圖紙，里邊包含了對應的三張小圖。圖4是否拼接好可以從圖4下邊的坐標看出來。現(xiàn)在把圖4下邊的坐標放大，見圖5。

圖3 拼接前的DWG格式圖紙

圖4 拼接完整的圖紙

圖5 拼接完整圖紙的坐標

由圖5看到，第一張圖的“West”屬性和第二張圖的“East”屬性值一致，均為“106°18/38.11//E”;第二張圖的“West”屬性值和第三張圖的“East”屬性值一致，均為“106°17/02.60//E”。可見，圖紙拼接完整性良好。

3 標準電子江圖制作

電子江圖是按照統(tǒng)一的設計和要求編制的，其大致的步驟如下。

1)確定江圖制作任務的目的和要求，電子江圖中應包括哪些圖組，比如海岸線、等深線、等高線、浮標、測深點，等。

2)根據(jù)要求確定江圖圖幅的大小和比例尺。本次的比例采用的是1∶100 000。

圖幅比例尺不可能一次就選定，在初步確定比例尺系統(tǒng)之后，根據(jù)標準圖幅面積計算出圖幅的經(jīng)度差和緯度差，進而確定出圖幅的范圍，也可首先大致確定制圖區(qū)域范圍，然后確定制圖比例尺，經(jīng)比例尺調(diào)整后，再精確計算出圖廓的經(jīng)度值和緯度值。

3)根據(jù)水深設置不同的水域，最后的電子江圖中會根據(jù)不同水深顯示出不同的顏色。

4)完成其他的批注。比如里程數(shù)的標注、各個地理名稱以及測深點等。

5)圖紙審核。對照原來的紙質(zhì)圖紙和目前的電子江圖，選擇性地查看一些關鍵點的地理坐標是否正確，各種江圖的物標符號是否滿足S-57國際標準的要求。

本課題主要針對嘉陵江渠河口至草街電站，該區(qū)域的坐標基準是1954年北京大地坐標系，6°帶高斯-克呂格投影，比例尺為1∶100 000。制作過程中完全按照S-57國際標準進行繪制。

4 結論

坐標系的轉換和圖形矢量化是轉換成S-57國際標準的基礎，分層控制簡化工作，圖形的拼接是關鍵，處理過程中需要一些技巧。本文以嘉陵江渠河口至草街電站某一段航道的電子江圖為例，驗證了坐標轉換的可行性，圖形拼接的完整性。可為嘉陵江中AIS的應用、航行安全以及海事管理提供方便。

［1］陳 偉，齊傳新.電子海圖技術在內(nèi)河電子江圖制作中的應用［J］.航海技術，2002(1):25-26.

［2］孟嬋媛.Shape格式海圖數(shù)據(jù)向S257格式的轉換［J］.海洋測繪，2004(9):54-57.

［3］嚴慶新，黃 潔.電子海圖制作中坐標轉換的應用與實現(xiàn)［J］.交通科技，2007(6):113-114.

［4］張英俊.電子海圖的數(shù)學和算法基礎［M］.大連:大連海事大學出版社，2001.

［5］張 輝.簡易電子海圖的實現(xiàn)算法［J］.船海工程，2007(5):73-77.

［6］湯 磊.基于Mapinfo電子海圖和AIS的船舶導航系統(tǒng)［J］.中外船舶科技，2007(1):36-38.