[发明专利]电子海图数据转换装置和电子海图数据转换方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机技术领域。具体而言，涉及一种电子海图数据转换装置和电子海图数据转换方法。

背景技术

纸质海图在航海中发挥巨大作用的同时，其信息单一、不易携带等缺点也显示出来。电子海图在一定程度上弥补了纸质海图的不足。

电子海图的发展大致经历了3个阶段：

(1)纸质海图的电子复制品阶段

人们把全世界的纸质海图经过数字化处理后，存储在磁盘上，然后借助显示装置和标绘仪器，像在纸质海图上一样进行海图作业。

(2)功能拓展阶段

通过数字化海图的使用，人们发现它具有很多潜在的功能，如在电子海图上显示船位，进行航线、航次计划设计，显示航速、航向等。于是各种确保航行安全、提高营运效率的功能开发形成了主流。

(3)航行信息系统阶段

本阶段主要特征是将电子海图作为航行信息的核心，进行组合式、集成式的开发研究，使船舶航行自动化迈上了新的台阶。在这个阶段，人们从各个侧面开展了对电子海图的系统化、一体化研究，开发与功能集成。

电子海图显示与信息系统（ECDIS）是随着航海事业及科技的发展而产生的一种集成式的实时导航信息系统，是继雷达/ARPA之后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命。按照国际海道测量组织（IHO）的定义：电子海图系统是一种将海图信息、定位信息、雷达信息、船舶动态参数集于一体的图文并茂的航海自动化系统。它由电子海图数据文件、控制显示设备、专用软件和外接传感器构成。因此如何有效的利用电子海图数据对其进行更好的显示显得尤为重要。

现有电子海图数据的存储格式主要是符合S-57（IHO水道测量数据交换标准）标准的。从严格意义上讲S-57所规定的数据格式是一个顺序读取的文件格式，将所有物标的信息全部放在一起，没有进行分类和关联处理，不可能实现数据的快速显示，因此任何一个生产系统和应用系统是不可能用它作为内部快速操纵数据的存储格式。但S-57所规定的数据模型和编码方式是各种应用电子海图系统所必须遵守的。S-57标准的关键点可归纳为以下几条：（1）S-57是面向海洋地理空间实体定义的，它不关心数据如何显示，只关心如何用编码数据把实体描述完整，定义清楚。面向海图的物标分类S-57仅用181个物标和195个属性把图式中近一千种符号所代表的地理实体定义清楚。（2）S-57对物标属性的处理采取变长数据，即每个物标的属性个数可以不同，属性分A、B、C三级，关系航海安全的强制属性必须赋值，其他属性可有可无，用户也可添加。（3）S-57的物标类可以对应不同的几何图元，点、线、面，或是非几何图元。（4）S-57主要为生产ENC制定，是涵盖整个海洋地理空间信息领域，从数据采集、数据制图、数据生产直到数据应用。（5）S-57是数据交换标准，是独立于机器构造的从一个计算机体系向另一个计算机体系传递数据的文件机制。（6）S-57的子集ENC包括两部分，新版电子航海图数据EN和海图改正数据ER。（7）同比例尺的各个ENC相互之间在地域上可以重叠，但重叠区的内容只能在一个数据集中出现。（8）ENC不是纸质海图的“数据影像”，制作ENC单靠纸质海图是不够的，必须补充其他资料入航标表、港口指南、航路指南等。

基于以上技术背景，现有电子海图数据显示主要有以下几类方案：

（1）对电子海图数据不进行任何转换直接进行显示。其流程见图2所示。此种方案在显示电子海图之前直接读取电子海图源数据中的点、线、面等数据并进行重构，对重构后的点、线、面进行投影转换到屏幕坐标之后在显示终端上进行绘制海图并显示。此过程重构和投影转换的过程将占用大量的CPU。

（2）基于SENC（系统电子航海图）的电子海图数据转换是当前比较大众的处理方案。其流程见图3所示。此方案将电子海图数据进行处理，存储重构后的点、线、面信息。在显示电子海图之前对重构后的点、线、面信息进行投影，然后进行显示。此过程系统省去了重构的过程因此所占CPU有所降低，但是存储空间占有会增加近100%。

（3）半栅格半矢量的电子海图数据处理方案。

对于电子海图数据不进行任何转换而直接进行显示的方法其缺点：此种法案直接对电子海图数据中的点、线、面等数据进行重构然后对其进行投影转换到屏幕坐标之后在显示终端上进行绘制海图并显示。由于重构和投影的过程计算比较复杂，将会占用大量的CPU。这些弊端导致海图的切换显示速度慢，对海图进行操作极易引起系统瘫痪；对海图进行增加、删除、修改、查询等操作耗时长，且系统不稳定。