IHO S—100通用海道測量數(shù)據(jù)模型修訂關(guān)鍵內(nèi)容研究

熊娥 鄔金

摘 ?要：IMO將IHOS-100標準作為其在SOLAS公約范圍內(nèi)創(chuàng)建數(shù)據(jù)獲取框架和提供e-航海服務(wù)的基礎(chǔ)標準。IHO認為“S-100的成果實施對于IHO的未來成果是至關(guān)重要的”?！笆笽HO S-100框架成為現(xiàn)實”是實現(xiàn)數(shù)字海道測量信息的一致性和互操作性、通用海事數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、e-航海實施計劃、海事服務(wù)，乃至ECDIS S-模式的必然要求。盡管S-100已歷經(jīng)10年4次大版本更新，S-100工作組仍在不斷修訂完善S-100通用海道測量數(shù)據(jù)模型，本文研究了S-1004.0.0版生效以來的修訂研討熱點，從S-100技術(shù)就緒水平、互操作性和基于S-100的產(chǎn)品規(guī)范合規(guī)級別等三方面解析了S-100關(guān)鍵修訂內(nèi)容及努力方向。

關(guān)鍵詞：S-100;技術(shù)就緒水平;互操作性;合規(guī)級別

0 引 言

國際海道測量組織（IHO）是成立于1921年的政府間技術(shù)咨詢組織，其主要宗旨是協(xié)調(diào)各國海道測量機構(gòu)的活動，促進航海資料統(tǒng)一，推廣可靠有效的海道測量方法，促進海道測量成果在航海中的應(yīng)用。數(shù)字海道測量信息已是海事領(lǐng)域范圍內(nèi)的最基本要素，最大限度實現(xiàn)數(shù)字海道測量信息的一致性和互操作性已成為IHO在海道測量數(shù)據(jù)標準化上的目標。

早在1999年，IHO就受國際標準化組織地理信息技術(shù)委員會（ISO/TC211）邀請，與數(shù)字地理信息工作組（DGIWG）共同開展ISO19100系列數(shù)字地理信息標準化研究工作，而ISO19100系列地理信息國際標準的廣泛應(yīng)用也使IHO決定基于ISO19100系列標準制定新一代通用海道測量數(shù)據(jù)模型S-100。與傳統(tǒng)的海道測量數(shù)據(jù)傳輸標準（S-57）相比，S-100具有的數(shù)據(jù)與編碼分離，互操作性和注冊機制等開放靈活等新特征使其可以擴展到整個海事領(lǐng)域，國際海事組織（IMO），國際航標協(xié)會（IALA）均可通過S-100的注冊機制建立自己的管理域。因此（IMO）在第90次海安會（MSC90）上決定將IHOS-100標準作為其在《國際海上人命安全公約》（SOLAS公約）范圍內(nèi)創(chuàng)建數(shù)據(jù)獲取框架和提供e-航海服務(wù)的基礎(chǔ)標準。IALA也將S-100作為實施e-航海的核心要素及七大支柱之一。IMO提出的通用海事數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（CMDS），E航海戰(zhàn)略實施計劃，海事服務(wù)（MS）等也進一步強化了S-100在IMO范圍內(nèi)的推廣價值。

1 S-100發(fā)展

自2005年9月IHO第十七屆海道測量信息系統(tǒng)委員會（CHRIS17）會議上，S-100概念首次提出并被正式納入IHO工作計劃，到2019年10月的IHO第三次理事會（C3）上提出S-100的成果實施對于IHO的未來發(fā)展至關(guān)重要;從2014年11月28日成立S-100工作組專事維護、完善并擴展S-100（IHOCL 76/2014）到MSC98提出成立IMO/IHO 數(shù)據(jù)模型協(xié)調(diào)工作組（HGDM）工作組協(xié)調(diào)落實S-100在IMO范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用事宜;通用海道測量數(shù)據(jù)模型S-100也從2010年1月1日生效的1.0.0版（IHO CL 83/2009）更新至2018年12月17日S-100 發(fā)布的4.0.0版（IHO CL 60/2018），基于S-100已發(fā)布7個管理域近40項的S-10X系列產(chǎn)品規(guī)范編制工作計劃，“使IHO S-100框架成為現(xiàn)實”已是IHO海道測量服務(wù)和標準委員會（HSSC）最重要的工作任務(wù)。

以IALA為例，2019年4月的e-航海服務(wù)初始運行能力（IOC）研討會認為，全球已建成多個有影響力的e-航海測試平臺，IMO已發(fā)布MS的正式文件，多個MS也陸續(xù)開發(fā)應(yīng)用，e-航海已從概念逐步進入到具體實施階段，標志著e-航海發(fā)展已進入IOC階段。但修訂S-100產(chǎn)品規(guī)范準備概要（IALA G1088），實踐基于IP/Web服務(wù)的S-100數(shù)據(jù)交換等工作任務(wù)仍是e-航海戰(zhàn)略下實施MS的核心要素，IALA政策咨詢小組（PAP）于2019年2月和9月的第37和38次會議從原則和時間兩方面圍繞S-100開展了大量研討，航標需求與管理（ARM）委員會和e-航海信息服務(wù)與通信（ENAV）委員會也制定了大量S-100相關(guān)數(shù)據(jù)建模與MS服務(wù)相關(guān)工作任務(wù)，其中S-100 5.0.0版的發(fā)布生效更是對IHO的核心需求。

維護、完善并擴展S-100是IHO S-100工作組（S-100WG）的重要職責(zé)。盡管S-100已歷經(jīng)10年4次大版本更新，S-100工作組仍在不斷修訂完善通用海道測量數(shù)據(jù)模型S-100，僅S-100 4.0.0版生效后的S-100WG4，WG5兩次會議就累計審議S-100修訂相關(guān)議題21項，形成相關(guān)修訂行動指南21項。

本文整理了S-1004.0.0版發(fā)布生效以來的修訂熱點，從S-100技術(shù)就緒水平，互操作性和基于S-100的產(chǎn)品規(guī)范合規(guī)級別等三方面解析了S-100的關(guān)鍵修訂內(nèi)容及努力方向。

2 關(guān)鍵修訂內(nèi)容及努力方向

2.1S-100技術(shù)就緒水平

技術(shù)就緒水平（Technology Readiness Level簡稱TRL）最初由美國航空航天局（NASA）于1995年提出，2001年6月美國國防部正式使用，并于2002年4月5日頒發(fā)軍事條例將其法律化。在我國TRL也被作為科研項目的基本指標之一被納入國標GB/T22900-2009《科學(xué)技術(shù)研究項目通則》。該國標將工作分解結(jié)構(gòu)和技術(shù)就緒水平聯(lián)合應(yīng)用，用于改良我國科研項目管理方法。

技術(shù)就緒水平評價方法根據(jù)應(yīng)用研究項目的研發(fā)規(guī)律，把發(fā)現(xiàn)基本原理到實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的研發(fā)過程劃分為9個標準化等級，見表1。

2019年的S-100WG4首次建議采用S-100技術(shù)就緒水平的概念，客觀評價各S-100產(chǎn)品規(guī)范的操作成熟能力。經(jīng)審議，同年的HSSC11同意將相關(guān)內(nèi)容納入S-97《S-100產(chǎn)品規(guī)范開發(fā)指南》2.0.0版。

2020年的S-100WG5對HSSC11提出的產(chǎn)品規(guī)范13個必要組成部分的技術(shù)就緒水平評價進行確認，并認定除ECDIS外均已達到TRL9等級。

S-100 TRL評價表明S-100重心已從開發(fā)轉(zhuǎn)向測試階段，以驗證S-10X產(chǎn)品規(guī)范的一致性與可靠性IHO秘書處在S-100WG4上發(fā)布了S-100測試平臺報告模板，并已累計召開7次測試戰(zhàn)略會議（TSM）研討解決S-100修訂的具體技術(shù)問題。

2.2 S-100互操作性

S-100ECDIS或者其他岸基應(yīng)用系統(tǒng)需同時顯示和操作基于S-100的不同數(shù)據(jù)產(chǎn)品和雷達信息等數(shù)據(jù)，因此易出現(xiàn)要素冗余、不一致、圖示重復(fù)等互操作性問題。

2016年S-100WG1上首次討論互操作性問題，提出了基于規(guī)則的互操作目錄的解決思路。2017年8月在韓國海洋工程研究所（KRISO）召開的S-100互操作研討會上首次明確互操作概念、互操作目錄以及驗證程序，并形成S-100互操作規(guī)范0.1版。2017年11月的HSSC9為S-100互操作規(guī)范分配官方產(chǎn)品規(guī)范號S-98，修訂形成0.2版并被納入S-100工作組重點工作計劃。2018年S-100WG3修訂形成0.3版，并將標準改名為《S-100導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)產(chǎn)品互操作規(guī)范》（Specification for Data Product Interoperability in S-100 Navigation），2019年S-100WG4基于S-1004.0.0版再次修訂，審議并采納了來自丹麥、瑞典及美國等提交等百余條30余頁修訂意見并形成紅線版文件。2019年的HSSC11同意與IEC聯(lián)合召開S-100測試戰(zhàn)略會議（TSM）聯(lián)合開發(fā)S-98。2020年，S-100WG5考慮到互操作性的分階段實施對已有海上終端系統(tǒng)進行軟件更新可能造成的負面影響，審議了TSM為簡化互操作性機制的所有修訂建議，最終決定將S-98的抽象部分移至S-100（第16部分）并重新調(diào)整S-98的內(nèi)容，以實現(xiàn)互操作性。

綜合考慮數(shù)據(jù)用途、重要性、質(zhì)量精度等因素，S-100共定義0～4等5個互操作級別，具體如下：

級別0-無互操作性：所有的互操作均關(guān)閉。

級別1-交錯處理：不同產(chǎn)品規(guī)范（包括S-101）的要素類型，通過顯示界面交錯指定顯示，優(yōu)先顯示信息級別包含在互操作目錄中。

級別2-基于類型的選擇性和要素類替換處理：級別2支持級別1的所有功能，S-101作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層，當(dāng)其他產(chǎn)品中的要素包含更詳細、精度更高的數(shù)據(jù)時，則該要素類型的優(yōu)先級可高于ENC 要素類型，并將ENC 要素進行替換或全覆蓋處理，被覆蓋或替換的ENC 要素不再顯示。該級別下，替換處理僅適用于要素類型信息，不考慮空間屬性。

級別3-混合處理：級別3支持級別2和1的所有功能，S-101作為S-100產(chǎn)品數(shù)據(jù)堆棧的一個組成部分，其他產(chǎn)品規(guī)范中的要素實例優(yōu)于或增強ENC 要素實例內(nèi)容。該等級下，其他產(chǎn)品規(guī)范中的要素實例的空間屬性必須與ENC 要素實例相同?；旌咸幚砟軌虍a(chǎn)生新的要素實例，它不僅包含ENC與其他產(chǎn)品要素實例的主題特性，還可從源屬性中獲取部分值作為新要素實例的附加屬性內(nèi)容。對于新的要素實例，應(yīng)構(gòu)建對應(yīng)的要素目錄和圖示表達目錄，定義其要素類型和圖示信息。

級別4-空間操作：級別4支持級別3，2和1的所有功能，同時允許使用適當(dāng)?shù)目臻g篩選規(guī)則進行空間查詢（確定相關(guān)子集）和操作（定義互操作結(jié)果）。

2.3 S-100合規(guī)級別

S-100WG3首次意識到存在因S-100合規(guī)性與ECDIS合規(guī)性差異而導(dǎo)致實施階段存在不確定性的可能，S-100WG4首次提出S-100合規(guī)性定義，并建議使用合規(guī)類別評價S-10X產(chǎn)品規(guī)范合規(guī)級別，S-100WG4還就“S-100合規(guī)性與ECDIS合規(guī)性不同”達成明確結(jié)論，并對S-100合規(guī)性提出四個級別原則。

S-100WG5提出不同系統(tǒng)在實現(xiàn)S-100應(yīng)用時對S-10X的產(chǎn)品規(guī)范有不同的要求：例如ECDIS對S-100數(shù)據(jù)產(chǎn)品的合規(guī)性要求較高，需完全符合S-100規(guī)定的建模、交換、編碼和圖示表達要求，而有的系統(tǒng)則可能僅需較低程度的合規(guī)性，譬如不需要基于S-100的交換方法。因此，為更好地說明產(chǎn)品規(guī)范和數(shù)據(jù)產(chǎn)品的目的和用途，建議在S-10X產(chǎn)品規(guī)范中聲明S-100合規(guī)級別，并在S-100新版中對元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)維護等部分內(nèi)容進行相應(yīng)修訂。

S-100WG5審議確定擬納入S-100新版的4級合規(guī)級別具體如下：

1級-符合S-100GFM模型：S-10X產(chǎn)品規(guī)范包含GFM模型，可從S-100 GI注冊表中獲取要素目錄，并符合S-100空間模型（第7部分和第8部分）。

2級-符合S-100非標準編碼：1級基礎(chǔ)上，S-10X產(chǎn)品規(guī)范符合S-100第11部分的最低要求。S-10X產(chǎn)品規(guī)范指定使用S-100第10部分中的編碼方法，或指定另一種編碼方法，包括如何映射到S-100 GFM。元數(shù)據(jù)符合S-100第4部分規(guī)則的擴展。

3級-符合S-100標準編碼：2類基礎(chǔ)上，產(chǎn)品規(guī)范僅使用S-100第10部分中指定的編碼方法。

4級-3級基礎(chǔ)上符合S-100和遵循IMO顯示一致性要求，此外還要求：

a.元數(shù)據(jù)符合S-100第4部分元數(shù)據(jù)的要求;

b.產(chǎn)品規(guī)范包括IHO S-100 GI注冊表提供的圖示表達目錄;

c.產(chǎn)品規(guī)范包括S-100網(wǎng)絡(luò)安全的定義方法（至少包括數(shù)字簽名和加密方法）;

d.測試數(shù)據(jù)集嵌入產(chǎn)品規(guī)范中，或?qū)y試數(shù)據(jù)集單獨封裝。測試用例和相關(guān)材料至少與IHO S-64中的S-52/S-57/S62/S-63相當(dāng)）;

e.產(chǎn)品規(guī)范使用大地測量參數(shù)注冊表中的坐標系統(tǒng)，符合S-100第6部分的要求;

f.產(chǎn)品規(guī)范包括IHO S-100 GI注冊表提供的警報和指示目錄;

g.產(chǎn)品規(guī)范符合IHO S-100 GI注冊表提供的互操作目錄。

3 結(jié) 語

“推進海道測量支持海上安全高效航行”是IHO 2021-2026戰(zhàn)略計劃的首要目標，該目標的“提供海道測量產(chǎn)品規(guī)范標準”等三項具體工作目標及“發(fā)布S-100產(chǎn)品成員國比例及交付能力評估和S-10X產(chǎn)品規(guī)范應(yīng)用拓展”等五項對應(yīng)戰(zhàn)略績效指標（SPI）都與S-100緊密關(guān)聯(lián)。

為實現(xiàn)“使IHO S-100框架成為現(xiàn)實”的工作任務(wù)，IHO計劃發(fā)布S-100實施戰(zhàn)略，IHO秘書處于2018年3月首次發(fā)布S-100實施戰(zhàn)略框架草案，并在最近連續(xù)兩次理事會會議（C2和C3）上均將S-100實施戰(zhàn)略作為重要研討事項。IHO秘書長和各成員國在支持S-100路線圖上做了“S-100的成果實施對于IHO的未來成果是至關(guān)重要的”的重要聲明，并建議IHO第二屆大會將S-100路線圖的維護作為重要優(yōu)先工作事項。

IMO計劃2024年1月在新的ECDIS實施S-模式，迫切需要“使IHO S-100框架成為現(xiàn)實”。但從S-100的技術(shù)就緒水平及互操作性，基于S-100的產(chǎn)品規(guī)范合規(guī)級別等三大關(guān)鍵內(nèi)容和努力方向看，S-100通用海道測量數(shù)據(jù)模型仍有大量重要且緊迫的修訂工作。建議以此為契機，密切加強S-100通用海道測量數(shù)據(jù)模型修訂追蹤研究與轉(zhuǎn)化工作，探索搭建S-100測試平臺，積極開展基于S-100的產(chǎn)品開發(fā)測試及和合規(guī)性評價，積累S-100標準的應(yīng)用經(jīng)驗，適時共享中國智慧。

參考文獻

[1] International Hydrographic Organization： S-100 4thEd，IHO Universal Hydrographic Data Model [S].2018.

[2] International Hydrographic Organization： https：//iho.int.

[3] International Maritime Organization： www.imo.org.

[4] the International Association of Lighthouse Authorities：www.iala-aism.org.

作者簡介：

熊娥，工程師，碩士，主要從事航海保障技術(shù)研究相關(guān)工作

鄔金，高級工程師，碩士，主要從事海洋測繪相關(guān)工作，（E-mail）13825086995@139.com