S-57國際標準海圖向我國數字海圖的轉換研究

車　森,肖計劃,孫　群

(信息工程大學地理空間信息學院，河南鄭州450052)

S-57國際標準海圖向我國數字海圖的轉換研究

車森,肖計劃,孫群

(信息工程大學地理空間信息學院，河南鄭州450052)

摘要：我國數字海圖的數據結構是在標準《數字海圖數據字典》中進行定義的，是根據我國的自有技術體系進行設計的，與S-57標準相差較大。目前關于我國數字海圖向S-57格式數據的轉換研究較多，而S-57國際標準海圖向我國數字海圖的轉換研究較少。文中在對S-57標準海圖及我國數字海圖編碼和數據結構深入研究的基礎上，實現S-57標準海圖向我國數字海圖的轉換，有利于國內相關軟件對國外海圖數據的使用。

關鍵詞：S-57標準;Shape;GADL/ORG;轉換

數字海圖具有傳統紙海圖無法比擬的優點，是進行海洋研究、保障航海安全不可或缺的重要資料。國際海道測量組織(IHO)一直致力于數字海圖的標準化及規范化，該組織于1987年發布了《數字海道測量數據傳輸標準》，該標準以IHO第57號特殊出版物方式出版，即業界所稱的S-57標準。S-57標準囊括了DX-90數據格式(電子海圖數據提供和交換1990，S-57早期版本中使用格式)、ENC(由各國官方海道測量機構制作的符合S-57數據傳輸標準的矢量電子海圖數據)數據庫的性能標準，以及ENC的改正概要。S-57目前最新版本為第三版，于1996年11月由IHO公布[1-2]。

S-57標準已經成為了通用的國際標準，很多國家都采用該標準進行海圖數據的生產及交換，而我國數字海圖的數據結構是海軍出版社經過長期海圖生產應用實踐總結進行制定的，與S-57標準差異很大。我國海圖要素的分類分級及屬性結構在《數字海圖數據字典》(Chinese Chart Data Dictionary簡稱CCDD)中有詳細定義，是在原《中國航海圖數據字典》(1999年1月)基礎上修訂而成的[3]。

目前國內大部分的GIS及制圖軟件還不直接支持S-57格式海圖。我國生產的電子海圖主要范圍還局限于我國領海，國外海圖數據較少，S-57標準海圖分布范圍較廣，來源豐富，目前關于我國數字海圖向S-57格式數據的轉換研究較多[4-9]，而S-57國際標準海圖向我國數字海圖的轉換研究目前還較少。

本文在對S-57標準海圖及我國數字海圖編碼和數據結構深入研究的基礎上，提出了S-57標準海圖向我國數字海圖的轉換方案，為國內相關軟件使用國外海圖數據創造了條件。

1S-57標準分析

1.1　數據模型

S-57的數據模型認為真實世界實體由兩部分組合而成：描述特征和空間特征，所以該模型將物體定義為特征物標和空間物標的集合。特征物標可以獨立存在，而空間物標必須以特征物標為參照物。空間物標可以沒有描述信息，但必須有幾何信息，如經緯度。

圖1為S-57的數據模型示意圖。

圖1　S-57數據模型

S-57的特征物標分為以下4類：

1)元物標：包含海圖的基準經緯度、繪圖比例尺、水深乘數因子及坐標乘數因子等公用信息；

2)地理物標：使用最多的物標，如道路、浮標、沉船、島嶼、陸地及海洋區域都屬于地理物標；

3)制圖物標：該類物標只在出版紙質地圖時使用，因此本文不予考慮；

4)集合物標：該類物標包含有對其他物標關系的描述。

在進行數字海圖轉換時，主要是進行地理物標的轉換。S-57標準定義了159類地理物標，表1為S-57標準附錄A：物標類目表的部分內容。表中P代表點狀物標，L代表線狀物標，A代表面狀物標。

表1　物標類目表(部分內容)

1.2　數據格式

有了數據模型，還必須有具體的數據結構來實現模型，即底層的封裝標準，S-57 依據ISO/IEC 8211 進行數據封裝。

邏輯記錄(LR)是ISO/IEC 8211文件的基本組成單位。第一個LR稱為“數據描述記錄”(DDR)，它包含了文件中真實數據的描述和邏輯結構，用于解讀整個文件。文件的其他記錄稱之為數據記錄(DR)，即實際數據，結構如圖2所示。

圖2　DDR結構圖

2我國數字海圖編碼及結構分析

我國海圖要素編碼在《中國航海圖數據字典》中進行規定，編碼由類碼(3位數字)和識別碼(3位數字)組成。

在數據字典中，依據計算機管理和航海的需求，共將海圖要素分為14大類。類碼用3位數字表示，表示海圖要素的類別如下：

56×水深、等深線、干出礁

57×助航設備

58×礙航物

我國數字海圖數據共有21個專題層，包括:測量控制點(CTRL)、陸地方位物(LDMK)、海洋/陸地(OCLD)、水深/底質(SOUD)、港口設施(PORT)等。

數字海圖是以物理層存儲的，每個專題層包含1~2個物理層，共有31個物理層，每個物理層中的點要素、線要素或面要素都有對應的屬性表。每個屬性表的結構在《數字海圖數據字典》中都有詳細的定義。

我國海軍出版社生產數字海圖使用的軟件為ArcGIS。因此提供的數字海圖格式為ArcGIS平臺本身的格式：E00與Shape。E00為明碼格式，但不對外公開，Shape 格式是ArcGIS平臺的交換格式，無拓撲關系，數據結構相對簡單，沒有字符類數據，存儲數字海圖時設計專門的注記層來存放注記信息。

本文主要研究將S-57標準海圖轉換為Shape格式的數字海圖，E00格式的轉換暫不研究。

3S-57轉換我國數字海圖格式的實現

3.1　S-57標準數據的讀取

本文利用網絡開源OGR庫實現S-57格式海圖的讀取及Shape格式海圖的寫入，GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)是一個在X/MIT許可協議下的開源柵格空間數據轉換庫。可以處理各種柵格數據格式(讀取、寫入、轉換、處理)。它利用抽象數據模型來表達所支持的各種文件格式。OGR是GDAL項目的一個分支，功能與GDAL類似，它提供了對大部分公開矢量數據格式的支持。

有很多著名的GIS軟件都使用了GDAL/OGR庫，包括ArcGIS 9.2與Google Earth等。目前，OGR能夠支持的數據格式包括：DWG、ESRI Personal GeoDatabase、ArcSDE、ESRIShapefile、GML、GRASS、Mapinfo File、Microstation DGN、ODBC、Oracle Spatial、PostgreSQL和S-57等。基本包括了所能接觸到的所有矢量文件格式。

3.2　編碼及屬性信息轉換

S-57數據中每個物標類由A 級屬性、B 級屬性、C 級屬性共同來描述該類物標的特定實例物標。如：物標：橋梁(Bridge)，代碼為11。屬性A：CATBRG，COLOUR，COLPAT，CONDTN，CONRAD，CONVIS，DATEND，DATSTA，HORACC，HORCLR，NATCON，NOBJNM，OBJNAM，VERACC，VERCCL，VERCLR，VERCOP，VERDAT;屬性B：INFORM，NINFOM，NTXTDS，PICREP，SCAMAX，SCAMIN，TXTDSC;屬性C：RECDAT，RECIND，SORDAT,SORIND。

而在《數字海圖數據字典》中規定橋梁的屬性有6項組成：編碼、名稱、橋孔寬、凈空高、橋承重、標注。

本文通過建立轉換控制文件的方式來實現編碼及屬性信息轉換。圖3為轉換控制文件的結構圖。

圖3　S-57格式轉換我國數字海圖控制文件結構圖

3.3　海圖注記的提取生成

在將S-57數據的物標轉換為Shape格式數據中的要素之后，接下來面臨的問題是注記文件如何提取生成，我國數字海圖是專門用兩個注記層來存放注記：anncovp(點注記)和anncovl(線注記)。因此，還需要根據《數字海圖數據字典》確定哪些要素有注記以及注記由哪些字段構成。本文構建了數字海圖注記提取控制文件來實現注記的提取及生成。控制文件的結構如圖4所示。

圖4　數字海圖注記提取控制文件

3.4　轉換流程及效果

轉換流程如圖5所示。

圖5　轉換流程

圖6與圖7分別為S-57格式數字海圖顯示與轉化后我國數字海圖格式顯示，其中圖6所使用的軟件為北京億海藍科技有限公司開發的一款免費的S57/S52海圖瀏覽器。軟件支持IHO S57-3.1海圖及海圖更新數據，顯示符合IHO S52-3.3標準；圖7所使用的軟件為軍事地理信息系統軟件(MGIS)，支持我國海圖數據的讀取與顯示，因為兩種軟件所使用海圖符號系統的差別以及轉化前后不可避免的信息損失，顯示效果差別較大。

圖6　轉換前S-57格式數字海圖顯示

圖7　轉換后我國數字海圖格式顯示

4結束語

本文通過對國際標準海圖S-57數據模型及格式與我國數字海圖編碼與格式的深入分析，建立了S-57格式轉換我國數字海圖控制文件及注記提取控制文件，實現了S-57格式數據到我國數字海圖的轉換，可以提高國內相關軟件對國外海圖數據的利用。

參考文獻：

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[9]陳惠榮，譚美景，張立華.面向海圖生產的多源數據集成方法[J].測繪與空間地理信息，2014，37(5)：4-6.

[責任編輯：劉文霞]

中圖分類號：P28

文獻標志碼：A

文章編號：1006-7949(2015)01-0013-04

收稿日期：2013-12-07；修回日期：2014-06-20

基金項目：國家自然科學基金資助項目(41201391)

作者簡介：車森(1978-)，男，講師，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