高 敏，羅 毅，張景發(fā)，楊建欽

（1．中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所 地殼動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085；2．山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590；3．中海油研究總院信息數(shù)據(jù)中心，北京100027）

電子海圖是基于S－57格式以二進(jìn)制方式存儲(chǔ)的面向?qū)ο蟮氖噶扛袷剑?］。目前，大多數(shù)的地理信息平臺(tái)，如MapInfo、Arc GIS等不支持S－57數(shù)據(jù)格式，大量的S－57電子海圖不能與地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源共享［2］。S－57格式的海圖數(shù)據(jù)是以多種比例尺單幅圖存儲(chǔ)的，不能完全滿足各類用戶的需求，S－57海圖未實(shí)現(xiàn)比例尺系列化給圖幅拼接帶來(lái)了諸多問(wèn)題［3］。本文把多種比例尺S－57格式的等深線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Shape格式，發(fā)現(xiàn)并解決數(shù)據(jù)集成過(guò)程中存在的問(wèn)題。

1 格式轉(zhuǎn)換

S－57格式的海圖要素包括物標(biāo)類、屬性、幾何圖元、代碼、定義和附注［4］。物標(biāo)即可標(biāo)志的信息組，S－57的物標(biāo)分類較粗，分為特征物標(biāo)和空間物標(biāo)，特征物標(biāo)含有描述真實(shí)實(shí)體的屬性但沒(méi)有位置信息，空間物標(biāo)可能有描述屬性但必須有實(shí)體的空間位置屬性［5］。屬性即物標(biāo)的特性，定義很細(xì)，每個(gè)物標(biāo)類的屬性項(xiàng)個(gè)數(shù)不固定，屬性分為A，B，C 3級(jí)，其是關(guān)系航海安全的強(qiáng)制屬性。一個(gè)物標(biāo)類可以對(duì)應(yīng)不同的幾何圖元，點(diǎn)、線、面或是非幾何圖元。S－57格式的數(shù)據(jù)必須用鏈節(jié)點(diǎn)的拓?fù)鋪?lái)編碼［6］，S－57中目標(biāo)是通過(guò)其代碼和目標(biāo)的屬性值共同確定的。

Shape格式為ArcInf o平臺(tái)向外提供的交換格式。Shape格式數(shù)據(jù)庫(kù)物標(biāo)分類很細(xì)，一大類物標(biāo)的屬性可以用一個(gè)表格管理。Shape數(shù)據(jù)無(wú)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于一種輕量級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，在繪圖速度與編輯能力方面優(yōu)于其他數(shù)據(jù)源，并且能處理重疊或不相鄰的單獨(dú)要素［7］。Shape數(shù)據(jù)中，編碼是目標(biāo)的唯一標(biāo)識(shí)，由它不僅確定了目標(biāo)的類別，還確定其屬性［8］。Shape文件以圖幅為單位，采用目錄結(jié)構(gòu)，目錄名即為數(shù)字海圖的編號(hào)（由識(shí)別碼加圖號(hào)組成），由控制文件、圖形文件、索引文件和屬性文件等四種文件組成［9］，這種文件組方式利于數(shù)據(jù)根據(jù)類別分層管理，具有較高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理效率。

目前S－57格式向Shape格式轉(zhuǎn)換有多種方案，如利 用 FME（Feat ure Manipulate Engineering，F(xiàn)ME）空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理系統(tǒng)等。但轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一系列的問(wèn)題，如把S－57電子海圖記錄所需的WGS84坐標(biāo)系的經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Shape格式數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；S－57電子海圖的目標(biāo)分類與Shape格式數(shù)據(jù)中的目標(biāo)分類不同，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)目標(biāo)代碼多對(duì)多的映射關(guān)系；由于兩種格式的屬性定義和分類不同，屬性數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)丟失或缺漏現(xiàn)象等等。

本文利用esri－s57－viewer插件，在 Arc GIS平臺(tái)上將鏈節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，將各目標(biāo)的屬性值輸入到特征文件．dbf中，將S－57元數(shù)據(jù)輸入到控制文件．rec中。在格式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，雖然海圖數(shù)據(jù)的屬性和空間信息被保留，但在Arc GIS中并不能按照S－57標(biāo)準(zhǔn)顯示海圖，需要設(shè)置圖層點(diǎn)、線、面要素，并對(duì)圖層進(jìn)行符號(hào)化 這樣可解決轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)的上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)中國(guó)海區(qū)501幅從1∶5 000到1∶7 000 000比例尺的S－57格式等深線向Shape格式的轉(zhuǎn)換。

2 數(shù)據(jù)集成存在的問(wèn)題及其處理原則

將相同比例尺的不同圖幅數(shù)據(jù)在Arc GIS平臺(tái)上批處理合并，再將不同比例尺的數(shù)據(jù)批處理合并，即可顯示1∶5 000到1∶7 000 000比例尺的所有海圖。

集成后的海圖，圖幅接邊處或節(jié)點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生縫隙［12］，從圖幅的拼接處按照從小比例尺數(shù)據(jù)向大比例尺數(shù)據(jù)依次分區(qū)域檢查。

2．1 等深線交叉

等深線交叉即同一電子海圖中的不同等深線重疊交叉，由于水深點(diǎn)數(shù)值的唯一性，所以需要對(duì)交叉錯(cuò)誤進(jìn)行處理。一般而言，大比例數(shù)據(jù)的精確度要好于小比例尺數(shù)據(jù)，所以處理原則是：優(yōu)先保留大比例數(shù)據(jù)，刪掉小比例尺數(shù)據(jù)［4］。等深線交叉處理情況如圖1所示。

圖1 等深線交叉

2．2 等深線錯(cuò)位

等深線在不同幅圖像的接邊處出現(xiàn)了錯(cuò)位，如圖2所示。由于等深線是由實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)生成的，為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量［13］，對(duì)等深線錯(cuò)位情況應(yīng)盡可能找到原始的水深測(cè)量圖板，重新勾繪等深線。

2．3 等深線冗余

等深線冗余即同一等深線在不同比例尺圖像上都有表達(dá)，處理原則是：在近似重合部分保留大比例尺上的精細(xì)表達(dá)，并將小比例尺上的矢量打斷，刪掉重合的部分，如圖3所示。

轉(zhuǎn)換后的等深線除以上三種情況需要處理外，還需要特別注意另外四種情況，即等深線部分重合、等深線間斷、相同比例尺等深線交叉和不同比例尺相同／不同水深值的閉合等深線嵌套等。

圖2 等深線錯(cuò)位

圖3 等深線冗余（紅線為1∶90 000比例尺的C1511661數(shù)據(jù)，藍(lán)線為1∶120 000比例尺的C1411710數(shù)據(jù)）

2．4 等深線部分重合

等深線部分重合即不同等深線之間部分重合，但不交叉，可細(xì)分為相鄰間距等深線部分重合和非相鄰間距等深線部分重合兩種情況，圖4中均有體現(xiàn)。處理原則是結(jié)合其他圖層分析，把等深線部分重合與等深線交叉情況進(jìn)行區(qū)分，對(duì)于部分重合的等深線標(biāo)明出來(lái)，不做修改，而對(duì)于等深線交叉情況則按上述原則進(jìn)行處理。如圖4所示，2值等深線和5值等深線均與0值等深線部分重合，結(jié)合海床區(qū)SBDARE圖層可知0值等深線圈閉的區(qū)域?yàn)楹４矃^(qū)，所以此種情況不是等深線錯(cuò)誤，不需修改。

2．5 等深線間斷

等深線間斷則是等深線在某處斷開(kāi)，并且斷開(kāi)處不與其它等深線重合。處理原則是結(jié)合其他圖層分析，與等深線部分重合、等深線錯(cuò)位進(jìn)行區(qū)分，不做修改。如圖4所示，2值等深線斷開(kāi)，結(jié)合陸域LNDARE圖層可知斷開(kāi)處的藍(lán)色區(qū)域?yàn)殛懹?，不同于等深線錯(cuò)位，不需修改。

圖4 等深線部分重合、等深線斷開(kāi)

2．6 相同比例尺等深線交叉

相同比例尺等深線交叉如圖5所示。處理原則是：根據(jù)數(shù)據(jù)出版、更新時(shí)間，保留新數(shù)據(jù)刪掉舊數(shù)據(jù)；如果數(shù)據(jù)更新時(shí)間相同，那么結(jié)合其他圖層分析，保留數(shù)據(jù)質(zhì)量高的等深線，刪掉數(shù)據(jù)質(zhì)量較差的等深線。

圖5 相同比例尺等深線交叉

2．7 不同比例尺相同／不同水深值的閉合等深線嵌套

不同比例尺相同／不同水深值的閉合等深線嵌套即不同比例尺的閉合等深線之間存在嵌套關(guān)系。由于海底地形比較復(fù)雜，等深線的分布多種多樣，遇到嵌套關(guān)系不能盲目按照數(shù)據(jù)冗余處理。此類情況的處理原則是根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)和其他圖層（如陸域LNDARE圖層、海床區(qū)SBDARE圖層、深度范圍DEPARE、水深點(diǎn)SOUND圖層和數(shù)據(jù)質(zhì)量M＿QUAL圖層等）等綜合分析，判斷嵌套關(guān)系是否為數(shù)據(jù)冗余，若為數(shù)據(jù)冗余則刪掉冗余數(shù)據(jù)，若不是數(shù)據(jù)冗余則保留。如圖6（a）所示，1∶2 300 000比例尺的C1100104等深線與1∶1 000 000比例尺的C1210019等深線存在嵌套關(guān)系，一般而言大比例尺的等深線相對(duì)小比例尺等深線較精確，根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)可以判斷圖中所示部分1∶2 300 000比例尺的1 000水深值的等深線為數(shù)據(jù)冗余，所以需要?jiǎng)h掉該等深線，處理結(jié)果如圖6（b）所示。

圖6 不同比例尺相同／不同水深值的閉合等深線嵌套

本文將中國(guó)海區(qū)501幅1∶5 000到1∶7 000 000比例尺S－57格式的電子海圖等深線轉(zhuǎn)換為Shape格式，并按照上述處理原則將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)集成為可在同一比例尺下顯示的電子海圖等深線，部分區(qū)域的處理結(jié)果如圖7所示。

圖7 固定比例尺下顯示的由S-57轉(zhuǎn)換為Shape格式的電子海圖等深線圖

3 結(jié) 論

1）S－57格式與Shape格式在拓?fù)潢P(guān)系、存儲(chǔ)方式和屬性數(shù)據(jù)等方面存在差異，轉(zhuǎn)換后不能完全準(zhǔn)確地表達(dá)原數(shù)據(jù)信息，不可避免的造成信息缺失，還需要進(jìn)一步深入研究。多比例尺數(shù)據(jù)向單一比例尺數(shù)據(jù)集成時(shí)會(huì)存在諸多問(wèn)題，需要在人工干預(yù)和先驗(yàn)知識(shí)的參與下，制定相應(yīng)的處理原則。單個(gè)圖層數(shù)據(jù)集成需要其他圖層的輔助。

2）等深線交叉處理原則是優(yōu)先保留大比例數(shù)據(jù)，刪除小比例尺數(shù)據(jù)。等深線冗余處理原則是保留大比例尺并刪掉小比例尺重合部分。相同比例尺等深線交叉處理原則是保留新數(shù)據(jù)刪掉舊數(shù)據(jù)，保留數(shù)據(jù)質(zhì)量高的，刪掉數(shù)據(jù)質(zhì)量較差的。不同比例尺相同／不同水深值的閉合等深線嵌套處理原則是判斷嵌套關(guān)系是否為數(shù)據(jù)冗余，若為數(shù)據(jù)冗余則刪掉冗余數(shù)據(jù)，若不是數(shù)據(jù)冗余則保留。

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