（交通信息工程及控制专业论文）基于ArcGIS组件的电子海图显示系统的研究与实现.pdf

武汉理1 二大学硕士学位论文 摘要 本文重点研究电子海图显示系统的构建与实现问题，该系统的实现是基于 a r c g i s 组件的二次开发。该系统以与电子海图相关的国际标准s 5 7 ，s 5 2 以及 性能标准为依据，内容涉及到航海数学、图形处理技术、面向对象技术、数据 库管理技术、g i s 技术等多个技术领域。 在海图数据存储上采用了当前最流行的面向对象数据模型，即a r c g i s 中 的g e o d a t a b a s e 数据模型。通过对s 5 7 和s 5 2 两项国际标准的研究，深入 了解海图的数据存储结构以及显示规范，并深入研究g e o d a t a b a s e 中海图格 式数据的存储方法，即如何将0 0 0 格式的海图不遗失主要数据信息地存储于 g e o d a t a b a s e 。将后缀为0 0 0 格式的电子海图转换为g e o d a t a b a s e 数据模 型，通过对g e o d a t a b a s e 数据模型中的特征数据集、特征数据集中的特征类 等的操作，来完成具体物标的组织、维护、管理。在数据显示上，以s 一5 2 表示 库的内容为依据，以自定义符号库文件为指导，以各图层相应要素的渲染为主 线，完成海图的s 5 2 显示。并通过对a r c g i s 组件的二次开发，在对图层进行相 应的要素编辑后，能实现g e o d a t a b a s e 数据模型转换为符合s 5 2 与s 5 7 规 则的后缀为0 0 0 的电子海图格式。并且，还提供物标要素间方位、距离的测量， g p s 导航等功能。 论文分五章介绍本人所从事的研究工作。 第l 章介绍了有关电子海图显示与信息系统的概念和发展情况，以及研究 电子海图显示系统的重要性。 第2 章研究了m o 数字海道测量数据传输标准( 即s 5 7 规范) 和e c d i s 海图内容与显示规范( 即s 5 2 规范) 。 第3 章讨论了a r c g i s 组件开发的关键技术。其中涉及三项技术，c o m 技 术、a r c o b j e c t 技术以及g e o d a t a b a s e 模型技术。 第4 章介绍了该显示系统的设计及实现。该章是本论文的主体。 第5 章为本论文总结。 关键词：电子海图显示系统，a r c g i s ，s - 5 2 ，s 5 7 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h et h e s i sm a i n l yd i s c u s s e st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe l e c t r o n i cc h a r t d i s p l a yi n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hb a s e do nt h er e - d e v e l o p m e n to ft h ea r c g i s c o m p o n e n t t h es y s t e mc o m f o r m t ot h ei n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d so fe l e c t r o n i cc h a r t s u c ha ss - 5 7 s - 5 2a n dp e r f o r m a n c es t a n d a r d s ，i n c l u d e sm a n yf i l e d ss u c h a s n a v i g a t i o nm a t h ，i m a g ep r o c e s s i n gt e c h n i q u e s ，o o p ，d a t a b a s em a n a g e m e n t ，g i s ， e t c t h ee l e c t r o n i cc h a r td a t ai ss t o r e da to o pm o d e l w h i c hi sc a l l e d g e o d a t a b a s e a b o u tt h ed a t as t o r a g e ，t h ee l e c t r o n i cc h a r tw h i c hh a st h es u f f i x0 0 0 i sc o n v e r t e di n t og e o d a i a b a s em o d e l t h r o u g ht h eo p e r a t i o no ft h ef e a t u r ed a t a s e t a n dt h ef e a t u r e ac l a s st of i n i s ht h ef e a t u r e o r g a n i z a t i o n ，m a i n t a i n a n d m a n a g e m e n t a b o u tt h es h o wo ft h ee l e c t r o n i cc h a r t ，s - 5 2b a s e d ，s t y l ef i l eg u a i d e d a n dt h ef e a t u r er e n d e r i n gu n d e r l i n e d t h r o u g ht h er e d e v e l o p m e n to ft h ea r c g i s c o m p o n e n t ，a f t e rt h ee d i to ft h ef e a t u r e ，t h ec o n v e r t i o no fg e o d a t a b a s ec h a n g e di n t o e l e c t r o n i cc h a r tw i t ht h es u f f i x0 0 0c a nb er e a l i z e d w 1 l a t sm o r e ，t h em e a s u r e b e t w e e nf e a t u r e sa n dg p sn a v i g a t i o nc a nb er e a l i z e d t i l i sd i s s e r t a t i o ni sa b o u tt h er e s e a r c hih a v ee n g a g e di n c h a r p t e r li n t r o d u c e st h ef u n d a m e n t a l c o n c e p t i o n ，d e v e l o p m e n t o ft h e e c d i s ，a n dt h ei m p o r t a n c eo fr e s e a r c h i n gt h ee l e c t r o n i cc h a r td i s p l a ys y s t e m c h a r p t e r 2d i s c u s s e si h ot r a n s f e rs t a n d a r df o rd i g i t a l h y d r o g r a p h i cd a t a ( s t a n d a r ds - 5 7 ) a n ds p e c i f i c a t i o n sf o rc h a r t c o n t e n ta n dd i s p l a ya s p e c t so fe c d i s ( s t a n d a r ds - 5 2 ) c h a r p t e r3d i s c u s s e st h ec r i s i st e c h n i q u eo f a r c g i sc o m p o n e n td e v e l o p m e n t c h a r p t e r4i n t r o d u c e st h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ed i s p l a ys y s t e m c h a r p t e r5m a k e s a s u m m e r y o ft h et h e s i s k e y w o r d s ：e l e c t r o n i cc h a nd i s p l a yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，a r c g i s ，s - 5 2 ，s 5 7 u 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：鲰日期 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部内容， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：盈垃一导师签名：邋日期 武汉理工大学硕+ 学位论文 1 1 课题目的及意义 第1 章绪论 电子海图显示与信息系统( e l e c t r o n i cc h a r td i s p l a ya n di n f o r m a t i o n s y s t e m ，e c d i s ) 是一种集成式的导航信息系统，它在使用电子海图的基础上完 成综合的船舶驾驶任务。该系统具有海图显示、计划航线设计、航路监视、危 险事故报警、航行记录、海图自动和手工改正、叠加显示雷达图像，甚至辅助 制定操船决策等功能。由于它自动化水平高，而且能够从根本上提高船舶航行 的安全性，因此，被人称为航海领域的一场技术革命。 经过多年的实践与发展，电子海图显示与信息系统在功能上已经日趋完善。 国内也成功研发国际标准电子海图导航系统，但作为自己对电子海图的显示技 术的掌握与创新，完全有必要自主开发出一套电子海图显示系统。其一，电子 海图的显示已成为e c d i s 最基础也是最核心的功能之一，随着电子海图应用范 围的扩大，不仅在航海领域，而且在内河领域，电子海图的显示技术是至关重 要的。其二，独立开发电子海图应用系统，不仅开发周期长，而且，成本受到 局限，这为软件开发带来很大的不便，地理信息系统发展初期一般采用这种方 式，目前，地理信息系统的开发已很少采用这种方案。作为电子海图显示系统 的软件开发，可以利用新的开发方式组件技术。 在组件技术的概念模式下，软件系统可以被视为相互协同工作的对象集合， 其中每个对象都会提供特定的服务，发出特定的消息，并且以标准形式公布出 来，以便其他对象了解和调用。组件间的接口通过一种与平台无关的语言i d l ( i n t e r f a c ed e f i n el a n g u a g e ) 来定义，而且是二进制兼容的，使用者可以直接调 用执行模块来获得对象提供的服务。有效利用这些组件技术，从而有效缩短开 发周期。 1 2 电子海图显示系统研究现状 早期的船用电子海图系统是“视频航迹标绘仪”，它是一种简单的自动航迹标 武汉理工大学硕士学位论文 绘系统，能够显示简化了的轮廓海图，并在上面标绘船舶的航迹。这类系统的 早期产品通常和l o r a n c 等定位系统相连，以获取船位；后期产品一般同g p s 以及雷达设备连接，从而能够在轮廓海图上叠加显示雷达图像。当然，它无法 取代纸海图，被称为“导航系统的显示终端”。多功能船用电子海图系统是一种集 成式的导航信息系统，它在使用电子海图的基础上，完成综合的船舶驾驶任务。 其集成特点在于：系统将推算船位信息、卫星和无线电导航系统数据、海图信 息、雷达信息集成在一起处理和显示；其信息特点在于：它具有地理信息系统 的特点，能够根据航海人员的需求向其提供地理要素的咨询信息，如航标、碍 航物、航道等特征，以及整个航线上的航行条件信息；其导航特点在于：它不 仅能够完成传统的在纸海图上进行的作业，包括计划航线设计、距离和方位的 计算、推算船位修正、定位计算、航迹显示等，而且还能解决新的问题，如船 舶驶进危险区域是的自动报警，船舶避礁防浅，把电子海图同雷达图像叠加以 提供更直观的避碰信息，海图的自动改正等。 目前在世界范围内，从e c d i s 的功能、海图信息的提供和更新、已销售的 产品数量等角度看，最具实力的产品之一是英国t r a n s a sm a r i n e 公司的 n a v i s a i l o r 3 0 0 0 型e c d i s 。它基本符合i m o 和i h o 的各项标准，而且在某些功 能上高于标准的最低要求，具有计划航线设计、航路监视、危险事件报警、航 行记录、海图自动和手工改正、叠加显示雷达图像，甚至辅助制定操船决策等 功能。 加拿大u n i v e r s a l 公司作为传统海图领域最为著名的软件提供商，现在 也推出了其全新海图浏览软件e a s yv i e w , 它通过一个更新的接口实现c a r i s e a s y - e n c 的所有功能，并支持更多的数据格式和三维景象。可以处理一系列 二维空间数据格式，例如s 5 7 格式海图。另外，作为海图软件的二次开发，该 公司还提供了a c t i v e x 控件a c t i v ee n c ，该控件能够使开发人员快速建立和处 理高级地图功能，并能够读入s 5 7 格式电子海图数据。 我国从二十世纪八十年代就开展了电子海图的研究，在掌握关键技术的基 础上已经实现了国际标准电子海图数据( e n c ) 标准化转换，开发了符合s 5 7 和 s 5 2 标准的e c d i s 平台。2 0 0 1 年，武汉大学研发国际标准电子海图导航系统。 以上是e c d i s 软件，对于u n i v e r s a l 公司推出的e a s yv i e w 软件，也只 提供对电子海图的浏览、放缩、测量等常用功能，但并不提供海图编辑功能， 因为对于电子海图的修改更新是付费的。因此该浏览软件有一定局限性。而且， 2 武汉理工大学硕七学位论文 作为自己对电子海图的显示技术的掌握与创新，完全有必要自主开发出一套电 子海图显示系统。以下介绍各种用于电子海图开发的g i s 软件。 国内g i s 软件有m a p g i s ，吉奥之星g e o s t a r ，城市之星等。国外主流g i s 软件为a r c g i s 和m a p i n f o 。 m a p g i s 是面向网络超大型分布式地理信息系统基础软件平台。系统采用 面向服务的设计思想、多层体系结构，实现了面向空间实体及其关系的数据组 织、高效海量空间数据的存储与索引、大尺度多维动态空间信息数据库、三维 实体建模和分析，具有t b 级空间数据处理能力、可以支持局域和广域网络环境 下空间数据的分布式计算、支持分布式空间信息分发与共享、网络化空间信息 服务，能够支持海量、分布式的国家空间基础设施建设。 g e o s t a r 是大型的地理信息系统基础软件平台。基于组件开发，支持多种数 据库引擎，提供数据管理、图形编辑、空间分析、空间查询、制图、数据转换、 元数据管理等功能，g e o s t a r 分为三个部分：桌面应用系统、独立处理工具和组 件开发平台。主要功能包括：数据建库、数据表现、数据分发、图形编辑、空 间分析、空间查询、普通图制图、专题图制图、符号设计、数据转换、打印输 出。 对于国外软件，m a p i n f o 是美国m a p i n f o 公司1 9 8 6 年开发的桌面电子地 图信息系统。a r c g i s 是美国环境系统研究所( e s r j ) 开发的地理信息系统软 件，在当前众多的g i s 软件中，其功能最强、市场占有率最高，影响最大。组 件产品如e s r i 的a r c o b j e c t 和m a p o b j e c t ，还有m a p i n f o 公司的m a p x 。 由于m a p i n f o 与a r c i n f o 是基于不同目的而开发的地理信息系统软件， 功能自然不尽相同，主要区别有以下几个方面。 1 1 空间数据组织 m a p l n f o 数据组织：在m a p l n f o 数据模型中，以表和工作空间的形式组织地 理数据，地理特征抽象概括为点、线、面，地物的相关属性信息保存于内置关 系数据库中，以表( 图层) 的概念对数据进行管理。m a p i n f o 采用的是实体式的 数据模型，每一层只能存储一类要素信息，如点、线或面信息，且不能建立地 理目标之间的拓扑关系，从而影响了其空间分析功能。 在m a p i n f o 表中，地理要素的符号属性和几何数据存储于一个文件中，虽 然利于地理目标的显示，但当通一个要素具有多个属性时，则需要重复数字化， 并存储在不同的表中以不同的符号显示。 3 武汉理丁大学硕十学位论文 m a p l n f o 虽然支持标准s q l 语句进行空间数据的属性检索，但从信息系统 的角度来说，使用这种数据模型对空间数据的信息描述和分析，系统程序负荷 量大，不能表示空间地物的相互关系，另外，一些复杂的地理分析功能也无法 完成，从某种意义上讲，给电子海图显示系统和数据共享都带来了困难。 a r c g i s 数据组织：a r c i n f o 是支持2 种空间数据模型即地理关系模型和 地理数据库的新的面向对象的空间数据模型。 地理关系模型：是a r c i n f o 的w o r k s t a t i o n 版本中所使用的空间数据模型， 它主要强调空间数据的拓扑关系，这种数据模型以“结点一弧段一多边形”拓扑关 一系为基础，存储了空间对象问的拓扑关系。这种模型一般将空间数据和属性数 据分别存储，空间坐标数据存储于空间数据库中，拓扑属性和其他属性存储在 关系数据库中，并通过关键字连接。a r c g i s 中的c o v e r a g e 就是采用这种数据 组织方式。 面向对象的数据模型：以独立、完整、具有地理意义的实体为基础单位进 行数据组织和存储，并对地理实体进行表达。每个实体是一个独立单元，封装 了若干属性和一组操作，且具有继承、联合等面向对象的特点。a r c g i s 中的 g e o d a t a b a s e 是采用这种方式进行数据组织的，它支持一种整合了拓扑关系数据 模型：一方面支持类似于c o v e r a g e 的具有拓扑关系的特征类，另一方面扩展了 c o v e r a g e 模型，在特征类中支持复杂的网络关系和其他面向对象特征。 a r c g i s 采用两种模型进行数据组织，以层( c o v e r a g e ) 对数据进行管理， 单层中的地理要素可以同时包括点、线两种要素的几何数据和属性数据，而且 可以与大型数据库s q l 、o r a c l e 等进行链接。它不仅具备m a p l n f o 本身的功能， 且克服了其缺点，在应用时用户可以根据自己需要，将两种模型结合使用，扬 长避短。 2 ) 功能分析 m a p l n f o 是基于桌面地图信息系统二开发的软件，主要用于电子地图制作， 实现电子地图的建立、管理、修改、显示和输出功能，并通过其可视化界面实 现简单的地理查询和分析，可自动生成比较简单的专题地图，供管理、分析和 决策等。m a p l n f o 不具备拓扑关系数据结构，其分析功能仅局限于一些简单的分 析，如缓冲区分析和简单的统计分析，且当数据量较大时，其分析效率明显降 低，差强人意。 a r c g i s 作为典型的g i s 软件，不仅提供了用于地理数据的输入、显示和 4 武汉理工大学硕士学位论文 编辑处理功能，还具有强大的分析功能。其本身是基于拓扑关系组织数据的， 在模块设置上按功能进行分类、使得其分析功能不仅局限于一些简单的缓冲去 分析，还可进行一些图层之间复杂的统计、重叠和网络分析等。作为地形三位 描述的t i n 模块还可以进行专门的三维分析，如坡度和坡向、可视性和坡面分 析等，这些功能是m a p l n f o 所无法比拟的。 一 由于a r c g i s 具有这些强大的分析功能和其特有的数据结构组织方式，更 重要的是，a r c g i s 提供了针对s 5 7 数据格式生成的g e o d a b a s e 模型，并且， 提供了转换器来支持g e o d a l 队b a s e 格式数据与后缀为0 0 0 的标准电子海图格 式数据的转换，使得本系统选择它作为电子海图显示系统的开发工具。 1 3 研究目标 电子海图的显示已成为e c d i s 最基础也是最核心的功能之一，随着电子海 图应用范围的扩大，不仅在航海领域，而且在内河领域，电子海图的显示技术 是至关重要的。本系统为电子海图显示系统，是一种导航及显示系统。其主要 功能是完成电子海图的数据组织、管理、访问控制、格式转换以及显示到屏幕。 其主要流程如下图1 1 所示。 图1 1 系统功能流程 本文的目标就是按照该流程图进行设计并实现符合标准的电子海图显示系 统。该系统遵从s 5 2 ，s 5 7 的基本要求，并适应性能标准。本系统采用面向对象 思想，基本设计为如下两部分： 1 ) 对于海图数据采用面向对象数据模型g e o d a t a b a s e 存储。即将0 0 0 - ，格式电子海图转换为g e o d a t a b a s e 格式数据。那么，对海图具体数据的操作 就转换为对g e o d a t a b a s e 数据库中各数据集中要素的操作。g e o d a t a b a s e 是面向对象的，其中矢量数据有一个通过维数和关系指引特征存储的结构。不 5 武汉理工大学硕士学位论文 同对象有不同属性记录。每条记录能完全保存原始数据的信息，能有效支持数 据存储、读取等各项数据管理，并能良好支持s 5 2 的相关物标显示。特征数据 集是存储空间实体、非空间实体以及它们之间关系的容器。拓扑关系用几何网 络和平面拓扑表示。数据库操作以及相关数据处理算法是本部分主体。 2 1 对于按s 5 2 标准显示海图，采取了自定义符号库文件。按照所选海图元 素自己制作相应的符号文件，用于存储了各类元素标准表示符号，读取该文件， 按照相应的标准即可渲染对应对象。因此本部分主体，即是符号库文件的设计， 以及对该文件的导入并渲染转换为g e o d a l r a b a s e 数据格式的海图的算法的设 计。 论文在本章给出了课题来源以及相应的解决方案，在后续章节中，论文将以 此为主线，对系统中各部分功能进行逐一分析讨论。论文具体结构如下： 介绍了有关电子海图显示与信息系统的概念和发展情况，以及研究电子海 图显示系统的重要性。研究了i h o 数字海道测量数据传输标准( 即s 5 7 规范) 和e c d i s - 海图内容与显示规范( 即s 5 2 规范) 。讨论了a r c g i s 组件开发的主 要技术。本系统涉及了c o m 组件编程，编译环境为w i n d o w sx p ，v i s u a l c + + 介绍了该显示系统的设计及实现。本系统涉及电子海图的显示、格式转换、地 图编辑、空间分析、拓扑处理、g p s 导航等功能。最后，论文总结，对符合该 电子海图显示系统的设计与实现加以总结。 6 武汉理t 大学硕士学位论文 第2 章电子海图显示与信息系统国际标准 现行的e c d i s 的国际标准有四个：i m oe c d i s 性能标准；i h os 5 2 ( 第五 版) ，即e c d i s 的海图内容和显示规范；i h os - 5 7 ( 第3 版) ，即数字化海道测量 数据传输标准；i e c ( 国际电工委员会) 6 1 1 7 4 ，即e c d i s 硬件设备性能和测量标 准。 i m oe c d i s 性能标准给出了e c d i s 的定义，规定了信息显示、海图改正、 航线设计、航路监视、航行记录等性能要求。该标准有6 个附件。附件l 给出 了制定标准是所参照的其他标准。包括s 5 2 及其附件、s 5 7 、i e c l1 7 4 电子海 图显示与信息系统( e c d i s ) ”、i e c 9 4 5 “组成g m d s s 的船在无线电设备和船用导 航设备的一般要求”等；附件2 给出了e c d i s 在在完成计划航线设计和航路监视 期间可用的海图信息分类( 显示基础、标准显示、附加信息) ；附件3 给出了e c d i s 中所使用的航行要素和参数的术语及其缩写；附件4 给出了e c d i s 在完成计划 航线设计和航路监视期间应自动检测到的特殊地理区域；附件5 给出了e c d i s 的报警及知识的形式和内容；附件6 列出了对e c d i s 后备装置的要求。 i h os 5 2 规定了电子航海图的内容和显示、数据结构、改正方法和信息传 输途径，以及屏幕上电子海图的颜色和符号使用规则等。该标准有三个附件。 附件1 对电子航海图的改正问题作了详细的规定；附件2 描述了e c d i s 屏幕上 电子海图的颜色和符号使用细节；附件3 定义了e c d i s 的相关术语。 i h os 5 7 ( e d i t i o n 3 1 1 ) 描述了用于各国航道部门之间的数字化海道测量数 据的交换以及向航海人员、e c d i s 的生产商发布这类数据的标准。它包括三章： 一般性介绍、理论数据模型( 海图信息描述的理论模型) 、数据结构( 电子航海 图的数据格式s 5 7 ) ，以及2 个附件：i h o 物标目录( 物标分类和编码系统) 、 产品规范( 电子航海图产品规范、i h o 物标目录数据字典产品规范) 。该标准是 具有法律效力的矢量形式的电子航海图的数据传输标准。 考虑到i m o 和i h o 关于e c d i s 的标准已基本定型，i e c 于1 9 9 7 年9 月制 定了e c d i s 硬件设备的性能和测量标准i e c 6 1 1 7 4 ( 草案) 。它描述了符合i m o 标准的e c d i s 的性能测试工作方法和要求的测试结果。符合该标准是得到形式 认可，从而合法地成为船用设备的前提。 7 武汉理工大学硕士学位论文 综上，e c d i s 的功能要满足i m oe c d i s 性能标准的要求，所使用的海图信 息应是由官方海道测量部门提供的符合i h os 5 7 标准的最新( 经过改正后最新) 的信息，e c d i s 中电子海图的具体内容、显示方式，以及颜色和符号的使用等 要符合i h os 5 2 规范，e c d i s 的硬件设备要通过i e c 的性能测试。本系统仅涉 及s - 5 7 和s 一5 2 ，以下作详细探讨。 2 ii h o 数字海道测量数据传输标准 数据是e c d i s 的核心，建立各国数字化海道测量数据的交换和传输标准是 实现数据共享的必要手段。s 5 7 的理论数据模型将真实世界实体分为特征物标 ( f e a t u r eo b j e c t ) 和空间物标( s p a t i a lo b j e c t ) 的组合。采用二维平面观察法进一步简 化模型，矢量类空间物标零维、一维和二维分别对应节点、边和面。点、边和 面的关系可以描述为四个拓扑级。 物标被定义为可标识的信息组。物标可以具有属性并且可能与其它物标相 关。特征物标描述了实体的种类、性质、特征等属性信息，而空间物标则描述 了实体的空间位置特性。特征物标含有描述属性但没有任何凡何属性( 如关于真 实世界实体形状和位置的信息) 。空间物标可能有描述属性但必须有几何属性。 特征物标由它与一个或多个空间物标的关系定位，可以不参照空间物标存在， 但每个空间物标必须参照一个特征物标。特征物标间也可以有相互参照关系， 以指示他们之间的相互联系。 8 武汉理工大学硕十学位论文 2 1 1s 5 7 理论数据模型 图2 1s 一5 7 理论数据模型 1 ) 特征物标( f e a t u r eo b j e c 0 特征物标的位置由一个或多个相关联的空间物标确定，特征物标可以不关 联任何空间物标而存在，但每一个空间物标必须至少与一个特征物标相关联。 为了便于真实世界实体非位置描述信息的有效交换，本模型定义了四类特征物 标： 元物标( m e t ao b j e c t ) ，含有其它物标共有信息的特征物标。 制图物标( c a r t o g r a p h i co b j e c t ) ，含有真实世界实体制图( 包括文字) 表示的特 征物标。 地理物标( g e oo b j e c t ) ，含有真实世界实体描述特征的特征物标。 几何物标( c o l l e c t i o no b j e c t ) ，描述其它物标问关系的特征物标。 2 ) 空间物标( s p a t i a lo b j e c t ) 有多种方法来表示真实世界实体的空间特性。s 5 7 模型中将这些表示仅于 矢量、栅格和矩阵类型，因而空间物标便可以是向量、栅格和矩阵类型。s 5 7 第三版标准只讨论了矢量类型，栅格模型和矩阵模型处于待定义状态，因而以 后提到的空间物标为矢量类型或直接用向量物标来代替。为了简化模型，只考 9 武汉理工大学硕士学位论文 虑平面图形，因而节点( n o d e ) 、边( e d g e ) 、区域( a r e a ) 等向量物标分别为0 ，l ，2 维 的平面图形，第三维( 如水深) 表示为物标的一个属性。 2 1 2s 5 7 数据结构 数据结构部分标准规定了怎样把理论数据模型转换成5 5 7 数据结构，这种 转化隐含了从模型中提取的逻辑结构与数据结构中所用的物理结构之间的链接 关系。 为了转换真实世界的信息，采用分层逼近的方式，产生的模型被转换成被 命名的结构( 即记录和子段) 。首先，真实世界由于建立了现实模型从而使其易于 理解，获得的模型被转换成已命名的组成部分( 如记录和字段) ，实现这种转换的 部分是指对组成部分及其内容的各种规则和约束的定义，转换的结果便产生了 数据结构。 一 现实世界一 n 理论摸型一 n 数据结构一 b 物理交换一 图2 2s 5 7 数据结构模型 数据结构本身不能直接从一个计算机系统转换到另一个系统，为了实现这 种转换，结构必须被封装于一种物体转换标准中。s 5 7 采用i s o i e c 8 2 1l 作为 它的封装标准。模型和结构的组成部分之间的关系如下所示： 模型结构 特征物标特征记录 元特征对象元特征记录 制图特征物标一制图特征记录 t 地理特征物标一地理特征记录 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 集合要素物标集合要素记录 空间物标一空间记录 矢量物标矢量记录 孤立节点物标瓢立节点记录 连接节点物标连接节电记录 边物标边矢量记录 面物标一面矢量记录 属性特征或空间属性字段 特征物标之间关系集合特征记录或指针字段 特征物标与空间物标之间关系指针字段 通常，参与交换的物标不止一个，因而，由于一个物标构成一个记录，一 个交换集由多个记录构成，为了方便，将记录组成文件，最后交换的信息集被 称作交换集。记录组成文件和文件组成交换集的方式由产品规则制定，一般应 遵守以下总的规则：一个交换集由一个或多个文件构成；一个文件由一个或多个 记录构成；一个记录由一个或多个字段组成；一个字段由一个或多个子字段组成。 2 1 3s 一5 7 数据封装标准i s o i e c8 2 1 1 ：1 9 9 4 现实模型被用来简化真实世界数据的传输，可认为只是数据的逻辑结构。 我们需要从逻辑结构转换到计算机内的存储结构或物理结构即s 5 7 数据结构。 实现这种转换的部分是指对组成部分及其内容的各种规则和约束的定义，转换 的结果便产生了数据结构。s 5 7 数据结构以记录来组织数据。 但数据结构本身并不能从一个计算机系统直接传输到另一个计算机系统， 要做到这一点，就必须把数据结构封装在物理传输结构中，即以文件为基础进 行数据交换。s 5 7 使用i s o i e c8 2 1 l ：1 9 9 4 作为数据封装格式。 s 5 7 格式数据以及记录或字段表示，字段又可包含子字段，多条记录组成 了文件，多个文件构成了交换集。s 一5 7 应用i s o i e c8 2 1 1 ：1 9 9 4 ( 信息交换数据文 件技术要求) 作为其数据封装标准。i s o i e c8 2 1 l ：1 9 9 4 制定了不同类型计算机之 间交换数据的交换标准。i s o i e c8 2 1 1 标准提供了独立于机器构造的从一种计算 机体系向另一种计算机体系传递的基于文件机制。此外，它还不依赖用于建立 这种数据传递的介质。它能够传递数据也能传递有关这些数据是如何组织的描 述。我们必须把数据格式转化成与i s o i e c8 2 1 1 ：1 9 9 4 致的数据文件。 武汉理工大学硕士学位论文 2 2e c d i s 海图内容与显示规范 2 2 1 目的与背景 颜色与符号规范通过以下几点实现对e c d i s 的安全操作： 确保显示是清晰明确的； 明确显示中无超出颜色与符号意义之外的不定因素； 确定一种为用户所熟悉、认可的e c d i s 图形表示方法，以便迅速准确地判 读要素。 1 9 8 8 年1 1 月，i h oe c d i s 委员会设立了一个颜色与符号工作组，以制定海 图符号及颜色的规范和准则，并由各国海道测量部门、e c d i s 用户及生产商品 定。1 9 8 9 年1 月，i m o 海上安全委员会航海安全分会指出了为制图和航海双重 目的定义符号及颜色的必要性，并责成国际无线电海事委员会( c i r m ) 和i h o 制 定详细的技术指标。 i h o 的( e c d i s 颜色与符号规范( p s & s s ) 作为i h o5 。5 2 ，( e c d i s 海图内 容及显示规范的附录2 在满足i m o 性能标准( ( p s ) 及i h o5 5 2 需要的前提下， 确定了在e c d i s 显示中表示s e n c 信息的方法和意义。 2 2 2e c d i s 颜色与符号规范要素 e c d i s 的多样性和灵活性要求要素的表示极其意义必须准确无误。设计一 个良好显示系统的基本准则是使用精心设计的符号及颜色使显示简洁明了。 c r t ( c a t h o d er a yt u b e ，阴极射线管) 屏幕在e c d i s 中的应用是十分重要的。由 于色彩是识别要素的主要因素，因而应确定使用颜色的最大范围。 与纸质海图的相似性，对于纸质海图，我们有丰富的经验。在纸质海图与 电子海图共存的发展阶段，为了避免混乱，这两种表示方法应尽可能相似。电 子海图的应用远迟于纸质海图，因而除特殊规定外，应尽量沿用纸质海图的习 惯表示方法。 由于电子海图的显示是发射光，而纸质海图是反射光，相比之下，电子海 图在夜间应设置成阴像，以黑背景取代纸质海图的白背景，以免影响夜间视觉。 为使e c d i s 有良好的视觉效果，需简化、改造传统纸质海图上的符号。在表示 库中，作为选项，提供了可选择的表示方法。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 3 线、符号和文本的规范 e c d i s 显示中用到的符号在数字表示库中有详细的规定。由于表示库可以 进行数字更新，因此表示库磁盘的最新版本便是线、符号和字符的权威规范。 一些物标不具有符号( 如领海) ，这类无符号物标在显示中可以用光标选择 进行查询，或者存储起来，为海域通用光标查询所用。表示库包含有附加条件 的要素符号示意图，用于那些依赖于环境而不能用一个固定查询表提供的要素。 例如，等深线符号取决于它是不是安全等深线。其中一些程序非常复杂，应对 它们进行仔细估价。 1 ) 线、符号和字母数字的大小 线、符号、字母数字应大到在操作视距内能轻易地解读。为了清楚显示， 符号所需的最小屏幕单元( 像素) 应由它的复杂程度决定。一个简单的海图符号大 约占1 2 个像素( 在i h o 标准屏幕上约为4 m m ) 。 所有符号的大小在表示库中都以毫米表示。所画符号不能小于规定的尺寸。 另外，显示一个符号所占像素数量至少应与表示库中规定的数量相同，甚至更 多些。符号高度以像素为单位设计为： ( 符号高度i l l i l l ) 0 3 1 2 m m ( 式中0 3 1 2 m m 是s 5 2 最小配置中规定的海图显示最小像素尺寸) s 5 2 要求，当显示比例因图像放大而增大时，应保持符号尺寸不变，符号 尺寸不能减小。由于在显示器上斜体的字符比直体字符区别较少，因此，所有 的符号和字符应书写规范。 2 ) 显示方向 显示海图通常应为北向上，但其它的显示方向也是允许的。s 5 2 指出， h o e n c 是用北向上显示方式编辑的，以其它显示方向重新编辑海图的适当方 法仍未开发。如果使用了其他显示方向，数据必须随北箭头旋转，亦即，所有 符号数字应保持北向。 3 ) 调用详细信息 为提取更详细的信息，可行的方法包括： 命令显示海图上一种普通类型的信息，例如显示所有灯标的特性或所有浮 标的说明： 某一单个要素的光标检索，如一条导航线、一座灯塔或一个可获信息符号， 武汉理工大学硕七学位论文 应答信息通过窗口或辅助屏显示出来。 4 1 航路监视的文本显示部分 在航路监视文本显示中，只有在必须的情况下，才使用文本信息，因为它 必须大到定程度才可看清，而因此又会导致画面混乱。 在表示库中，对字级、颜色和字体有详细规定。字符必须使用直体，并水 平书写( 显示) 。表示库中将一些字符作为符号来处理，以确保他们的精确定位。 水深注一记便是其中一例。 2 2 4 颜色规范 1 1 总则 e c d i s 所使用的颜色在表示库中有十分详细的规定。本颜色规范既用于海 图显示操作，也用于与海图同屏显示的各种文本要素。 2 ) 颜色分配 由于所显示的图形、导航线、符号必须明显地区分于背景色，所以，在建 立颜色表时，首先选择的是背景色，然后再选择与之形成鲜明对比的线和符号 的颜色。 对颜色和符号的设计，应致力于确保重要的海图和航行要素在强烈的阳光 下和黑暗的夜晚都能保持清晰的可视性。 3 ) 白昼或夜间的视觉效果 在明亮的白昼和黑暗的夜晚这两种极端情况下，e c d i s 的信息承载能力将 会减弱，因此我们必须采取必要的扑救方法。 4 ) 颜色控制与颜色表 由于标准的c r t 亮度控制不能均衡地减弱所显示颜色的亮度，因而必须在 操作者的控制下，根据驾驶台上的光亮程度，用软件来调整e c d i s 的显示亮度。 颜色表中的规定足以满足亮度和颜色调整的灵活性要求。 这些颜色是由国际照明联合会对色度坐标) ( y 和亮度值l 所规定的。使用 c i e 颜色坐标，因为其它任何颜色规范只是针对某特定c r t 显示器的，不具 有通用性。 1 4 武汉理t 大学硕+ 学位论文 2 3 本章小结 本章研究分析了s 5 7 规范和s 5 2 规范，为进一步实现电子海图显示系统的 各项功能铺好了基石。首先研究分析了s 5 7 规范中的从理论数据模型到封装标 准的全部内容，依照本章所叙述的内容可以了解s 5 7 海图文件的结构内容。然 后分析了s 5 2 规范，s 5 2 规范研制开发的颜色、符号及其它适当表示方法，是 e c d i s 清楚、明确地表示海图信息的依据和标准。s 5 2 规范确保了不同型号的 e c d i s 间的统一性，以避免混乱。s 5 2 规范具有充分的理论依据，以便在证明 其中观点有误时，为制定修正案提供帮助。s 5 2 为将s 5 7 中抽象描述的物标有 效地显示在e c d i s 屏幕上提供了必要的信息，它解释了e c d i s 表示库各部分之 间的相互关系，符号的显示方法以及符号库的传递规则。 1 5 武汉理t 大学硕士学位论文 第3 章a r c g i s 组件开发关键技术研究 30 1 组件对象模型c o m 按照组件化程序设计的思想，复杂的应用程序被设计成一些小的、功能单 一的组件模块，这些组件模块可以运行在同一台机器上，也可以运行在不同的 机器上。在理想的情况下，每台机器的运行环境可以不同，甚至可以是不同的 操作系统。为了实现这样的应用软件，不同的组建程序之间需要一些极为细致 的规范，只有组件程序遵守了这些共同的规范，软件系统才能正常运行。为此， m i c r o s o f t 公司和o m g 对象管理组织分别提出了c o m 和c o r b a 标准。目前， c o m 主要应用于m i c r o s o f tw i n d o w s 操作系统平台上，而c o r b a 模型则可以实 现跨操作系统平台的应用。 c o m 是一种以组件为发布单元的对象模型，这种模型使各软件组件可以用 一种统一的方式进行交互。c o m 既提供了组件之间进行交互的规范，也提供了 实现交互的环境，组件对象之间交互的规范不依赖于任何特定的语言，c o m 也 可以是不同语言写作开发的一种标准。从起源上讲，c o m 标准是在o l e 技术发 展过程中产生的。o l e 技术以c o m 规范为基础，充分发挥c o m 标准的优势， 使w i n d o w s 操作系统上的应用程序具有极强的可交互性。如果没有o l e 的支持， w i n d o w s 操作系统则会逊色很多。但是，c o m 规范并不局限于o l e 技术。实 际上，o l e 技术只是c o m 的一个应用而已。这几年，网络技术飞速发展，o l e 技术在进行网络互联是显示出了很大的局限性，而c o m 则表现出极强的适应能 力。因此，伴随着网络的发展，c o m 也得到了展示的机会。继o l e