（计算机系统结构专业论文）基于s57国际标准的电子海图显示与导航系统.pdf

摘要 通过对原版数字海道测量数据传输标准( s 5 7 标准) 以及相关资料的研究 和分析，理解了s 5 7 标准的理论模型和数据模型以及海图文件数据的封装标准。 在此基础上实现了对s 5 7 文件的解析，建立了相应的数据结构。同时学习了坐标 变换中的墨卡托变换方法。学习了 e c d i s 海图内容与显示规范( s 5 2 标准) 中 的部分相关内容。 在此三方面的基础之上应用图形图象处理中的缓冲显示，区域图形填充算法， 实现了单幅海图的图形显示、缩放、漫游功能。 关键字：电子海图信息与显示系统s 5 7s 5 2 a b s t r a c t b yt h er e s e a r c ha n da n a l y s i so fo r i 百n a l “m 0t r a n s f e rs t a n d a r df o r d i g i t a lh y d r o g r a p h i cd a t a ( s - 5 7 ) a n dt h ec o r r e s p o n d i n gm a t e r i a l s ，t h e t h e o r ym o d e lo fs - 5 7 ，d a t am o d e lo fs - 5 7a n dd a t ae n c l o s u r es t a n d a r dh a v eb e e n u n d e r s t a n d o nt h eb a s i so ft h e s e ，t h et h e s i sr e a l i z e st h ed e c o d i n go fs - 5 7a n df o u n d s t h e c o r r e s p o n d i n g d a t a s t r u c t u r e s t u d y t h ea r i t h m e t i co fm e r c a t o r m a p p i n g t r a n s f o r m s t u d ys o m ec o n t e n to f “i h os p e c i f i c a t i o n sf o rc h a r tc o n t e n t a n dd i s p l a ya s p e ( 卫so fe c d i s ”( s 5 2 ) b a s e do i lt h e s ea n dt h et e c h n i q u eo fg r a p h i ca n di m a g ep r o c e s s ，s u c ha sb u f f e r d i s p l a ya n da r e af i l l i n g ，t h et h e s i sr e a l i z e st h ed i s p l a y , z o o m i n ga n dn a v i g a t i o n f u n c t i o n so fs i n g l ec h a r tf i l eb a s e do ns - 5 7 k e y w o r d s ：e c d i ss - - 5 7 s - 5 2 西安电子科技大学 学位论文独创性声明 秉承学校严谨的学分和优良的科学道德，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。尽我所知，除了文中特别加以标注 和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果； 也不包含为获得西安电子科技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做了明确的说明 并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：垃 本人承担一切的法律责任。 日期! ! ! ：! ：! 三 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留 送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容， 可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合 学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在_ 年解密后适用本授权书。 本人签名：也日期! ! ! ：! ：! ! 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 电子海图显示与信息系统( e c d i s ) 是随当代电子计算机技术的飞速发展而发 展起来的，是继雷达a r p a ? _ 后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命，已发展成 为一种新型的船舶导航系统和辅助决策系统。它不仅能连续给出船位，还能提供 与航海有关的各种信息，有效地防范各种险情。目前世界上安装电子海图的舶船 在2 0 万艘以上。随着各国官方电子海图( e n c ) 逐步完备、标准e c d i s 的出现以 及i m o 的认可，未来10 年左右e c d i s 将全面取代纸海图，成为2 1 世纪航海信息综 合处理手段。 电子海图之所以引起高度重视，是因为它具有传统纸海图无法比拟的优点。电 子海图系统可以进行自动航线设计、航向航迹监测、自动存储本船航迹、历史航 程重新演示、航行自动警报( 如偏航、误入危险区等) 、快速查询各种信息( 如水文、 港口、潮汐、海流等) 、船舶动态实时显示( 如每秒刷新船位、航速、航向等) ，将 雷达a r p a 的回波图像叠显在海图上，数千幅海图的自动更新只需几分钟。作为一 个实时的航行系统，e c d i s 汇集了各种导航传感器以及自动雷达标绘仪和船舶自动 识别系统的信息，并显示和解译这些信息。 e c d i s 的作用主要体现在可以汇集所有与航行安全相关的信息这样既提高了 航运效率，又能达到保障航运安全的目的。 因此，e c d i s i j i 起世界各国的极大关注，使其得到不断的发展。但是随着e c d i s 的逐步推广和普遍应用，如果没有相应的规范标准的约束，势必造成e c d i s 产业 的混乱，最终将成为制约其前进的主要障碍。幸运的是，人们已经充分认识到这 个问题。许多国际组织一直致力于e c d i s 规范标准的制订工作，并且已经通过了 许多相关的国际标准和规范。这些标准和规范不但成为研f n e c d i s 不可缺少的宝 贵文献，而且有力地推动其走上了国际统一标准的轨道。 国际海道测量组织( m o ) 于1 9 8 7 年开发了数字海道测量数据传输标准， 以i h o 第5 7 号特殊出版物方式出版，也就是s 5 7 标准。s 5 7 标准包括了d x 9 0 数据 格式，e n c 数据库的性能标准，以及e n c 的改正概要。1 9 9 6 年1 1 月i h o 公布了s 5 7 的最新版本，a p s 5 7 第三版。 为了与s 5 7 标准相对应， h o 在1 9 9 6 年1 2 月通过了关于电子海图内容、图标、 颜色和e c d i s 显示系统的相应规范( e c d i s 海图内容与显示规范，简称i h o s - 5 2 ( 第五版) 规范。 s 5 7 标准与s - 5 2 已在世界范围内得到认可，并被越来越多的国家所采用。目前 我国采用的相关标准为电子海图技术规范g b1 5 7 0 2 ，该规范引用标准中国 海图图式g b1 2 3 1 7 ，以及中国航海图编绘规范g b1 2 3 1 8 ) ) 。该标准的显示 2 基于s - 5 7 国际标准的电子海图显示与导航系统 部分参考了s 5 2 标准，采用自主开发的颜色分配，符号分类与显示规范。数据结构 在标准中国海图图式中进行了定义，也是按我国自有技术体系设计，与s 一5 7 标准相差较大。 中国海军航海保证部出品的电子海图使用 s h a p e 格式，并且已经装船。该海 图采用国标的属性编码和符号标准。由于s h a p e 格式为分层存储，s 5 7 为关系模型 存储，而且两者图形符号库无法一一对应，他们之间转换会造成数据丢失。因此 现有海图数据无法提供给有国际航海需求的我国，以及外国用户使用。 整体来说，国有标准的海图系统是纸版海图的电子化，在数据结构和显示规范 上无法满足e c d i s 产品高效和规范生产的要求，更难以满足广大航海用户对符合国 际标准的数字海图产品日益迫切的需要。为了与国际接轨，就要对s - 5 7 标准进行 研究。 由于现在针对s 5 7 的国内资料不多，因此学习中是以原版的s 5 7 标准为主。 其中主要是针对s 5 7 的数据格式，以及相应的数据模型进行学习。 第二章s - 5 7 标准海图分析 3 第二章s - 5 7 标准海图分析 要实现基于s 5 7 标准的海图显示，首先要分别对s 5 7 以及s 5 2 两个标准文 件进行学习，然后进行文件解析。由于解析的结果是经纬度坐标，还要应用投影 变换将经纬度变换到平面坐标，再映射到屏幕坐标，最后后才能进行图形的显示。 2 1s - 5 7 以及s - 5 2 标准学习 一个符合s 5 7 标准的海图系统，意味着使用符合s 5 7 ( 数字海道测量 数据传输标准) 的地理数据并且显示方法符合s 5 2 ( ( e c d i s 海图内容与显示规 范) 。这两个标准是国际海道测量组织( m o ) 针对电子海图的生产及应用这两 个方面，成立专门委员会开发的。 2 1 1s - 5 7 标准及数据模型 s 5 7 标准：i h o 数字式海道测量数据传输标准( i h ot r a n s f e r s 1 = f 帅a r df o rd i g 兀 a i ，h y d r o g r a p h i cd a i a ) 这个标准源于i h o 数字数据交换委员会于1 9 8 7 年开发的数字制图数据交换 于供给格式( d x 8 7 格式) ，1 9 9 1 年为第1 版，以i h o 第5 7 号特殊出版物方式出 版。现在使用的是第3 1 版，相对第1 版来说，抛弃了d x 一9 0 ( 1 9 9 0 年版本) 格式的称谓。 该标准包括3 个部分，即引言、理论模型、数据模型。 附有2 个附录，a 物标分类，be n c 产品规范 下面介绍s 5 7 的数据模型概念及其实现： 该模型是针对真实世界的数据传输，而且是那些相关海洋测绘的真实世界物 体，所以该模型将真实世界的物体定义为特征物标和空间物标的集合。 物标：一组可识别信息，可以具有属性，可能与其他物标相关。 空间物标：可能有描述信息但是一定要有几何信息。最常见的空间物标就是 特征物标的经纬度。 特征物标：包含描述信息，不能包含几何信息，可以由一个或几个空间物标 定位，也可以不对应空间物标。例如灯塔，浮标，岛屿。 以浮标作为物标的例子，首先有一个浮标的特征物标，包含了浮标的相关描 述信息，例如物标分类( 物标标号) ，几何形状信息( 点) 等等。同时该物标对应 空间物标，一个点物标，描述了浮标的经度纬度，以及该点的水深信息。 4 基于s - 5 7 国际标准的电子海图显示与导航系统 这个模型如图( 2 1 ) ： 图2 1s 5 7 数据模型 图中关系说明如下： 真实世界中的物体，由一个或多个特征物标描述，每个特征物标对应相关的 空间物标，也可以只是描述信息，空间物标可以是多个。空间物标不能独立于特 征物标存在。 s 5 7 数据模型的特征物标分为4 类： 元物标：含其他物标共有信息的特征物标，是多个具有相同信息物标中提取 出来的。例如海图的基准经纬度，绘图比例尺，水深乘数因子，坐标乘数因子， 以及各个数据的计量单位等共用信息。 地理物标：包含真实世界物体的描述信息的特征物标。s 一5 7 系统使用最多 的就是这类物标，小至一般的道路，浮标，沉船，大到岛屿，陆地，海洋区域等 等，都属于这一分类。 制图物标：包含真实世界物体的、由实际制图符号代表的信息组成的特征物 标。该分类只在出版纸版海图时需要，在s 5 7 第3 版中规定，在电子海图的交换 集中，禁止使用制图物标类，因此不予考虑。 集合物标：包含描述另外两个物标关系的特征物标。这一分类在$ 5 7 海图中 也不使用。 s 一5 7 数据模型的空间物标为矢量空间物标。矢量空间物标采用二维方法，而 把三维信息( 深度，高度) 作为物标的属性。矢量空间物标分类为：点、线、面。 3 者之间的关系为：独立点包含于面，边包围面，链接点决定线的起始。实际 中采用4 个拓扑层次描述空间物标之间的关系：制图结构，链一结点，平面结构， 完全拓扑。 现在广泛采用的是链一结点结构，介绍如下： 该结构由结点和边表示。结点分为链接点和孤立点。边由起始结点以及终止 第二章s 一5 7 标准海图分析 5 结点定位。点编码为链接点和孤立点。线编码为一组边和链接点。面编码为线( 边 以及链接点) 围成的闭合区域。向量物标可共享。 本次的研究也是以链一结点拓扑结构作为研究对象。 有了以上的理论基础，可以建立一个完整的理论模型( 链一结点拓扑结构) 如图( 2 2 ) ： 图2 2 链一点拓扑结构下的数据模型 以一个岛屿的s 5 7 数据模型为例：首先岛屿对应一个特征物标，由物标中的 特征标识号域定义了岛屿的标识码，由属性域定义了岛屿的相关信息。再由特征 物标中的特征记录到空间记录指针域，指出了一个或多个存储边信息的空间物标 的地址，又由边的空间物标中的链接点地址指出了链接点的对应空间物标。 2 1 2s - 5 7 标准海图数据结构解析 要对s 5 7 海图文件进行解析就要对s 5 7 文件的数据结构作系统深入的了解。 然后再了解底层的数据封装标准。 s 5 7 标准的第3 部分，就是主要介绍数据结构，内容如下： 数据结构简介：结构引言，一般编码规则，元记录编码规则( x t 应元物标) ， 特征记录编码规则( x t 应特征物标) ，空间记录编码规则( x t 应空间物标) ，关系 编码( 对应关系物标) ； 6 基于s - 5 7 国际标准的电子海图显示与导航系统 通过上一节中的介绍，知道了在几类物标中，元物标，地理物标，最为重要， 因此相对应的元记录编码规则，特征记录编码规则，空问记录编码规则，以及全 部编码应该遵循的一般编码规则是数据结构中最重要的部分。 有了数据结构，还需要知道海图文件的存储格式，也就是底层的封装标准。 在s 5 7 标准的海图系统中使用了i s o ，i e c8 2 1 1 标准作为数据封装的标准，相关 内容包括： i s o i e c8 2 1 1 标准备用字符集： s 5 7 标准附录a ：物标类目( 见附录a ) - s 5 7 标准附录b ：产品规范： 2 1 2 1 编码规则 现分别介绍一般编码规则，元物标编码规则，特征记录编码规则。空间记录 编码规则如下： 一般编码规则： 一 记录标识符分类定义及对应值：如表( 2 1 ) ： 一 字段和子字段终结器：一个可变长度的子字段必须由“单元终结器u r ( 16 进制的1e ) 终结。所有s 5 7 字段( i s 0 i e c 8 2 1 1 数据字段) 必须由“字段 终结器f t ( 16 进制的1f ) ”终结。 浮点数值：考虑不同计算机平台下，对于浮点数的存储不同，设计了一个 全局的转换因子( 转换因子) ，基数为整数，采用如下运算式： 整数数值= 浮点数数值转换因子( 如果不采用转换因子，必须设置为1 ) 表2 1 记录标识符 记录名称 标识符值 数据集信息d s 10 数据集地理参数 d p 2 0 数据集历史纪录d h 3 田 数据集精度d a 4 0 ) 目录索引c d ) 目录相互参考c r 6 田 数据字典定义 i d 7 0 ) 数据字典域 i o 8 0 ) 数据字典图结构i s 9 0 ) 特征记录f e 1 0 0 空间记录孤立点 v i 1 10 链接点v c 1 2 0 边v e 13 0 面v f 1 4 0 第二章s - 5 7 标准海图分析 7 元物标编码规则如下： 1 拓扑结构：在数据集信息记录( d a t as e tg e n e r a li n f o r m a t i o n ) 中的数据 集结构信息域( d a t as e ts t r u c t u r ei n f o r m a t i o n ) 的数据结构子域( d a t as t r u c t u r e ) 中进行了标识符分类定义如表( 2 2 ) ： 表2 2 拓扑结构 拓扑结构标识符值 制图轮廓c s 1 链一结点c n 2 平面结构p g斜 全拓扑 f t 柳 无n o 5 2 坐标系统，单位和投影：坐标系统及单位在数据集参数记录( d a t as e t p a r a m e t e r ) 中的坐标单位域( c o o r d i n a t eu n i t ) 中定义如表( 2 3 ) ： 表( 2 3 ) 坐标系统 坐标类型标识符值 经纬度 l l 1 东：i l 航距 e n 2 ) 海图绘制所使用单位u c 封 投影是在数据集投影域( d a t as e tp r o j e c t i o n ) 中进行定义。 3 水深变换因子：水深变换因子在数据集参数记录( d s p m ) 中的水深变换 因子子字段( s o m f ) 中进行定义。 以本系统使用海图文件为例： r c n m = 2 0 r c l d = i h d a t = 2 v d a t = 1 7 s d a t = 2 3 c s c l = 2 5 0 0 0 d u n i = 1 h u n i = 1 p u n i = 1 c o u n = 1 c o mf = 2 5 0 0 0 0 0 0 s o m f = 1 0 记录名称 记录标识号 水平基准面 垂直基准面 深度基准面 编图比例尺 深度测量单位 高度测量单位 位置精度单位 坐标系统 坐标乘数因子 水深乘数因子 2 0 1 二进制 二进制 二进制 1 ，2 5 0 0 0 米 米 米 经纬度 2 5 0 0 0 0 0 0 1 0 8 基于s 一5 7 国际标准的电子海图显示与导航系统 c o m t = 注释 特征记录编码规则：s 5 7 标准将特征记录分为特征纪录标识字段( f r i d ) ， 特征物标标识字段( f ol d ) ，特征纪录属性字段( a t t f ) ，特征记录国家属性字 段( n a t f ) ，特征记录到物标指针字段( f f p t ) 以及特征记录到空间记录字段 ( f s p t ) 分别定义如下： 特征纪录标识字段( f r i d ) 定义如表( 2 4 ) - 表2 4f r i d 子字段子字段名称值内容及说明 标识符 r c n m记录名 1 0 0 f e r c i d 记录表示号 p r l m 几何分类 1 】或 2 1 或 3 ) 或 2 5 5 分别对应点，线，面， 无几何形状 g r u p组 1 ) 或 芍 1 1 为非重叠地球表 面 芍其他 o b j l 物标标识号二进制，可在物标分 类表中查到 r v e r 记录版本 r u i n 记录改正指令a )插入 特征物标标识字段( f o i d ) 定义如表( 2 5 ) ： 表2 5f o i d 子字段标识符子字段名称值内容及说明 a g e n 生产机构 f i n d 特征标识号 f i d s 特征标识细分号 特征纪录属性字段( a 丌f ) 与特征记录国家属性字段( n a t f ) 子字段定义 相同如表( 2 6 ) ： 表2 6 筒丌fn a t f 子字段标识符子字段名称值内容及说明 a 丌l 属性标识号二进制 a t v l 属性值a s c 码 特征记录到物标指针字段( f f p t ) 定义如表( 2 7 ) - 第二章s - 5 7 标准海图分析 9 表2 7f f p t 子字段标识符子字段名称值内容及说明 l n a m长名二进制 r i n d 关系指示符 2 2 为从属 3 】为同级 二进制 c o m t注释a s c i i 特征记录到空间记录字段( f s p t ) 定义如表( 2 8 ) ： 表2 8f s p t 子字段标识符子字段名称值 内容及说明 n a m e 名称空间记录的标识号 o r n t方向 【1 】_ 【2 ) _ ( 2 5 5 ) 1 】为正向 2 为逆向 2 5 5 为无方向 u s a g 用法指示符 1h 2 】- ( 3 】_ ( 2 5 5 】 1 为外部 2 为内部 封为外部边界为数据 边界 2 5 5 为无指示无 m a s k 屏蔽指示符 1 】- ( 2 】_ ( 2 5 5 】 1 】为屏蔽 2 ) 为显示 2 5 5 为无无 以本海图系统使用海图文件的一个f r i d 为例： r c n m = 10 0 物标类型 特征记录 r c i d = 1 4 特征记录编号1 4 p r i m = 3 物标类型面物标 g r u p = 2组 其他 o b j l = 2 物标标识码机场 r v e r = i 物标记录版本 1 r u i n = i记录改正指令插入 a ge n = 5 4 0 生产机构5 4 0 f i d n = 2 13 5 13 17 2 7 机构标识号 2 13 5 13 17 2 7 f i d s = 6 8 7 特征标识细分码 6 8 7 a 丌l = 7 属性标号代码 7 闷v l = 2属性值2 a 丌l = 1 1 6属性标号代码 1 1 6 闷v l = m i c k l e f i r t ha i r p o r t 属性值m i c k l e f i r t ha i r p o r t * n a m e = 1 3 0 1 5 7 特征向量指针线段，i d l 5 7 o r n t = 2 方向 逆向 u s a g = 1用法外侧 m a s k = 2 5 5屏蔽指示符无 n a m e = 1 3 0 1 2 0 特征向量指针线段，i d l 2 0 1 0 基于s - 5 7 国际标准的电子海图显示与导航系统 o r n t = 1 方向 正向 u s a g = 1用法外侧 m a s k = 2 5 5屏蔽指示符无 * n a m e = 1 3 0 1 0 9 特征向量指针线段，i d l 0 9 o r n t = 1 方向 正向 u s a g = 1用法外侧 m a s k = 2 5 5屏蔽指示符无 n a m e = 1 3 0 1 1 8 特征向量指针线段，i d l l 8 o r n t = 1方向正向 u s a g = 1用法外侧 m a s k = 2 5 5 屏蔽指示符无 * n a m e = 1 3 0 1 1 9 特征向量指针线段，i d l l 9 o r n t = 1 方向 正向 u s a g = 1用法外侧 m a s k = 2 5 5 屏蔽指示符无 该记录说明，m i c k l e f i r t h a i r p o r t 是一个由5 条边( 1 3 0 1 5 7 ，1 3 0 1 2 0 ，1 3 0 1 0 9 ， 1 3 0 1 1 8 ，1 3 0 1 1 9 ) 组成的面物标。 空间记录编码规则：s 5 7 标准将空间矢量记录分为矢量记录参数字段 ( v r i d ) ，矢量记录属性字段( 删) ，矢量记录指针字段( v r p t ) ，二维坐标 字段( s g 2 d ) 以及三维坐标字段( s g 3 d ) ，分别定义如下： 矢量记录参数字段( v r l d ) 定义如表( 2 9 ) ： 表2 9v r i d 子字段子字段名称值 内容及说明 标识符 r c n m记录名 1 1 0 h 1 2 0 h 1 3 0 1 1 0 为v l ( 孤立点) 1 2 0 为v c ( 链接点) 1 3 0 为v e ( 边) r c i d 记录表示号 r v e r 记录版本 r u i n记录改正指令 1 插入 矢量记录属性字段( 删) 定义如表( 2 1 0 ) ： 表2 10 删 子字段标识符子字段名称值内容及说明 a 丌l 属性标识号 二进制 a l 属性值a s c i i 码 矢量记录指针字段( v r p t ) 定义如表( 2 1 1 ) ： 第二章s - 5 7 标准海图分析 1 1 表2 1 1v r p t 子字段标识符子字段名称值内容及说明 n a m e 名称空间记录的标识号 p r n t方向 2 5 5 2 5 5 为无方向 u s a g 用法指示符 2 5 5 2 5 5 为无指示 t o p i 拓扑指示符 1 熘 1 】为起点 2 】为终点 m a s k 屏蔽指示符 1 】_ 【2 】l ( 2 5 5 2 5 5 为无指示 二维坐标字段( s g 2 d ) 定义如表( 2 1 2 ) - 表2 1 2s g 2 d 子字段标识符子字段名称值内容及说明 y c o oy 轴坐标纬度 x c o ox 轴坐标 经度 三维坐标字段( s g 3 d ) 定义如表( 2 1 3 ) ： 表2 1 3s g 3 d 子字段标识符子字段名称值内容及说明 y c o oy 轴坐标纬度 x c o ox 轴坐标经度 v e 3 d3 d 值( 水深) 水深值 以上个例子中的一个f s p t 指向的一条边的矢量记录参数字段( 1 3 0 1 2 0 ) 为 例： r c n m = 1 3 0物标类型空间线 r c i d = 1 2 0物标编号1 2 0 r v e r = 1 版本1 r u i n = i 记录改正指令插入 n a m e = i2 0 12 3 特征记录指针连接点12 3 o r n t = 2 5 5 方向无 u s a g = 2 5 5用法无 t o p i = i拓扑指示起始 m a s k = 2 5 5屏蔽指示无 * n a m e = 1 2 0 1 1 1 特征记录指针连接点1 1 1 o r n t = 2 5 5 方向无 u s a g = 2 5 5 用法无 t o p i = 2拓扑指示终结 m a s k = 2 5 5屏蔽指示无 该边由对应两个连接结点( 1 2 0 1 2 3 ，1 2 0 1 1 1 ) 确定： r c n m = 12 0物标类型连接点 r c i d = 1 2 3物标编码 1 2 3 r v e r = 1 版本 1 r u i n = i 记录改正指令插入 1 2 基于s - 5 7 国际标准的电子海图显示与导航系统 * y c o o = 8 13 8 0 8 4 5 4 纬度 x c o o = i5 2 2 7 16 10 3进度 一8 13 8 0 4 5 4 1 5 2 2 7 1 6 1 0 3 r c n m = 12 0 r c i d = 1 1 1 r v e r = i r u i n = i * y c o o = 8 13 8 0 7 9 8 1 x c o o = i5 2 2 6 9 2 8 6 1 经过参考前面提供的坐标乘数因子，可以换算出： i d 为1 2 3 的结点的经纬度为( 1 5 2 2 7 1 6 1 0 3 2 5 0 0 0 0 0 = 6 0 9 0 8 6 4 4 1 2 ，一 8 13 8 0 8 4 5 4 2 5 0 0 0 0 0 0 = - - 3 2 5 5 2 3 3 8 16 ) i d 为1 1 1 的结点的经纬度为( 6 0 9 0 7 7 1 4 4 4 ，一3 2 5 5 2 3 1 9 2 4 ) 这些编码规则定义的字段关系可以形成树状结构如图( 2 3 ) ：( 虚线为指针) f r i d l l iil f o l dk f 踊n j 姐下f f p tf s 盯 ： v 2 l v r i d i i i il k n nv l 理t s g 2 ds g 3 d f r i d 特征记录标识字段f o i d 特征物标标识字段a t t f 特征记录属性字段 n a t f 特征记录国家属性字段f h 吓特征记录到物标指针字段f s p t 特征记录到空间 记录指针字段v r i d 矢量记录参数字段a t r v 矢量记录属性字段u 盯矢量记录指针 字段 s g 2 d 二维坐标字段s g 3 d 三维坐标字段 图2 3 特征纪录及空间记录关系 2 1 2 2 封装标准 s 一5 7 标准的海图文件规定使用i s o i e c8 2 1 1 作为数据的封装标准。因此海 图文件是按i s o l e c8 2 1 1 标准的的固定格式进行包装的。 数据结构与i s o i e c8 2 1 1 封装结构的关系如下： o s - 5 7 数据结构封装 记录包含一组字段的逻辑记录( l r ) 字段字段 子字段子字段 s o i e c8 2 1 1 文件的基本组成单位是逻辑记录( l r ) 。i s o i e c8 2 1 1 文件的 第一个l r 称为“数据描述记录”( d d r ) ，它包含了文件中真实数据的描述和逻辑 第二章s - 5 7 标准海图分析 1 3 结构，用于解读整个文件。文件的其他记录叫做数据记录( d r ) ，包含文件所要 交换的实际数据，结构如图( 2 4 ) ： d d r d r d r p d r 图2 4d d r 结构图 逻辑记录( d d r 或d r ) 包含三个基本元素： 头标区：逻辑记录的头标包含了读取记录和进入目录所必需的参数。并且 d d r 头标也包括整个文件的数据描述参数。 目录区：一个逻辑记录的目录包括识别和定位字段区中每一个字段的必需参 数目录由重复的目录入口组成，包括字段标签，字段长度和字段位置。目录 由字段终结器( 1 1 4 ) 结束。 字段区：d d r 和d r 的字段区是不同的。d d r 中，字段区包括了数据描述 字段。每一个数据描述字段包括了解码d r 字段区的用户数据的必需信息。 d r 的字段区包含了将要交换的真实数据。d d r 头标区结构，如表 ( 2 1 4 ) ： 表2 1 4d d r 头标区结构 区内起始子字段长项目名内容 地址 度 - - 7 - 节) 05 记录长度记录中的字节数 51 交换级别 “3 61头标区标识符 “l 71 线内扩充代码指示符 “e 81 版本号 “1 ， 91 应用指示符“ ( 空格) 1 02字段控制长度“0 9 125 字段区基地址字段起始位置( 头标区加目次 区字节长度) 173 扩充字符集指示符 “! ( 空格! 空格) 2 01 字段长度字段的大小1 9 ( 自定义) 1 4 基于s - 5 7 国际标准的电子海图显示与导航系统 2 1 1 字段位置字段的大小1 9 ( 自定义) 2 2 1 预留字 “0 ” 2 31字段标识字段的大小 4 d r 头标区结构，如下表( 表2 1 5 ) ： 表2 1 5d r 头标区结构 区内起始项目长度项目名内容 地址( 字节) 0 5 记录长度记录中的字节数 5 1 交换级别 “3 61 头标区标识符 “l ， 71线内扩充代码指示符“e 81 版本号 “1 91 应用指示符“( 空格) 102 字段控制长度 “0 9 ” 125 字段区基地址字段起始位置( 头标区加目次 区字节长度) 173 扩充字符集指示符 “! ( 空格! 空格) 2 01 字段长度字段的大小1 9 ( 自定义) 2 11 字段位置字段的大小1 9 ( 自定义) 2 21 预留字“0 2 31 字段标识字段的大小 “4 ， d d r 的字段主要有字段控制字段和字段描述字段： a ：字段控制字段；该字段包含文件标记队列表，定义了d d r 中描述的所有 字段的列子关系。还有字段描述字段的前序遍历顺序，形成了交换文件的树形结 构，该字段结构如下表( 表2 1 6 ) ： 表2 1 6 字段控制字段结构 字段控制 外部文件标题 单元结束符 字段标记对列表 字段结束符 b ：字段描述字段； 该字段包含了对海图文件中的所有使用到的字段类型的描述，以及字段的子 字段的类型的描述，是解析海图文件最重要的部分。其中字段的排列顺序是按字 段控制字段给出的字段标记对生成的树状图进行前序遍历的。例如本次海图文件 的特征字段标记对与矢量字段标记对如下： 第二章s - 5 7 标准海图分析 1 5 0 0 0 1 c a t d 0 0 0 1 d s i d d s i d d s s l 0 0 0 1 d s p m o 0 0 1 f r i d f r i d f o i d f r i d a t t f f r i d n a t f f r i d f f p c f r i d f f p t f r i d f s p c f r i d f s p t 0 0 0 1 v r i d v r i d a t t v v r i d v r p c v r i d v r p t v r i d s g c c v r i d s g 2 d v r i d s g 3 d ，生成字段的结构树状图如图( 2 5 ) ： c 加m 物标索引d s m 数据集标识字段d s s i 数据集结构字段d s p m 数据集参数字段 f r i d 特征记录标识字段f o l d 特征物标标识字段 a t r f 特征记录属性字段n a t f 特 征记录国家属性字段f f p t 特征记录到物标指针字段f s p t 特征记录到空间记录指针字段 v r i d 矢量记录参数字段a 们 v 矢量记录属性字段v r p t 矢量记录指针字段s g 2 d 二 维坐标字段s g 3 d 三维坐标字段 图2 5 字段标记对例图 字段描述字段结构如表( 2 1 7 ) ： 表2 1 7 字段描述字段结构 起始地址长度类型名称 内容 01 数据结构代码“1 一线性；”2 ”多维 11数据类型代码 “0 字符串：“1 整数“5 二进制“6 混 厶 口 22 辅助控制代码 “0 0 ” 4 2可打印图形 “；& ， 63 截取转义序列词汇级别0 “ 词汇级别1 “a 一 词汇级别2 “a 词汇级别分为3 类，不作介绍，最常用的是级别0 级即a s c i i 经过上述的学习及研究，在了解了s 5 7 标准的数据模型以及深入了解了s 5 7 文件的数据结构之后，加上对i s o i e c8 2 1 1 标准的理解就可以进行文件解析了。 1 6 基于s - 5 7 国际标准的电子海图显示与导航系统 首先，应用对i s o i e c8 2 1 1 标准进行文件解析，通过d d r 的信息解读出所 有的d r 内容。然后通过s - 5 7 标准的数据结构及编码规则将经过解包的信息进 行相应解码，生成包含各个信息字段的海图整体信息。最后应用对s 5 7 标准的 数据模型的理解，生成实际使用的海图数据结构。 下面以本系统使用的海图文件的第一个d d r 为例，作出封装结构的解析： 头标区： 0 2 1 0 0 3 l e l0 9 0 0 2 5 613 4 0 4 ： 各位的分别意义为： 0 2 1 0 0 记录长度 3 交换级别 l 头标区标识符 e 线内扩充代码指示符 l 版本号 “ 应用指示符 0 9 字段控制长度 0 0 2 5 6 字段区基地址 “! “ 扩充字符集指示符 3 字段长度字段的大小 4 字段位置字段的大小 0 预留字 4 字段标识字段的大小 目录区： 0 0 0 0 1 7 5 0 0 0 0 0 0 0 1 0 4 3 0 1 7 5 c a t d l 2 2 0 2 1 8 d s i d l 6 5 0 3 4 0 d s s l l1 3 0 5 0 5 d s p m l 3 0 0 6 1 8 f rid10 0 0 7 4 8 f o id 0 7 0 0 8 4 8 a t t f 0 5 9 0 9l8 n a t f 0 6 8 0 9 7 7 f f p c 0 9 0 10 4 5 f f p t 0 8 61 13 5 f s p c 0 9 0 1 2 2 1 f sp ，i 0 8 9 1 3 1i v r i d 0 7 8 1 4 0 0 a t t v 0 5 8 1 4 7 8 v r p c 0 7 1 1 5 3 6 v r p t 0 7 6 1 6 0 7 s g c c 0 6 0 1 6 8 3 s g 2 d 0 4 8 1 7 4 3 s g 3 d 0 5 3 1 7 9 1 - 意义如下： 0 0 0 017 5 0 0 0 0 0 0 0 1 0 4 3 0 1 7 5 c a t d l 2 2 0 2 1 8 d s i d l 6 5 0 3 4 0 d s s i1 1 3 0 5 0 5 s g 3 d 0 5 3 1 7 9 1 起始空白字段 第一个字段( 0 0 0 1 ) 长度4 3 起始位置1 7 5 类目索引字段长度1 2 2 起始位置2 1 8 数据集标识字段长度1 6 5 起始位置3 4 0 数据集结构字段长度1 3 0 起始位置5 0 5 三维坐标字段 字段终结器 长度5 3 起始位置1 7 9 1 字段控制字段： 一0 0 0 0 ： 7 c s a h a r a 0 0 0 0 0 0 1 c a t d 0 0 0 l d s i d d s i d d s s l 0 0 0 1 d s p m 0 0 0 1 f r i d f r i d f o i d f r i d a t t f f r i d n a t f f r i d f f p c f r i d f f p t f r i d f s p c f r i d f s p t 0 0 0 l v r i d v r i d a t t v v r i d v r p c v r i d v r p t v r i d s g c c v r i d s g 2 d v r i d s g 3 d 第二章s 一5 7 标准海图分析 1 7 意义分别如下： - 0 0 0 0 ：字段控制 7 c s a h a r a 0 0 0 外部文件标题 一 单元结束符 0 0 0 1 c a t d 0 0 0 l d s i d d s i d d s s l 0 0 0 1 d s p m 0 0 0 l f r i d f r i d f o i d f r i d a t 。i f f r i d n a t f f r i d f f p c f r i d f f p t f r i d f s p c f r i d f s p t 0 0 0 l v r i d v r i d a t t v v r i d v r p c v r i d v r p t v r i d s g c c v r i d s g 2 d v r i d s g 3 d 字段标记对列表，所生成的树状结构上面已经介绍过了 字段描述字段：( 仅以第一个字段描述子字段( c a t d ) 为例) 0 5 0 0 ；& i s o8 2 1 1r e c o r di d e n t i f i e r ( b 1 2 ) - - 1 6 0 0 ；& c a t a l o g u ed i r e c t o r yf i e l d r c n m ! r c i d ! f i l e ! l f l l ! v o l m ! i m p l ! s l p 匹! w l o n ! n l a t ! e l o n ! c r c s ! c o m t ( a ( 2 ) ，i ( 1 0 ) ，3 a , a ( 3 ) ，4 r ，2 a ) 意义分别如下： 0 5 0 0 ；非线形二进制，词汇级别o i s o8 2 1 1r e c o r di d e n t i f i e r c o l 2 ) 记录标识符二进制无符号整形，精度为2 ； 1 6 0 0 ；& 线形混合型，词汇级别o c a t a l o g u ed i r e c t o r yf i e l d - r c n m ! r c ) ! f i l e ! l f i l ! v o l m ! i m p l ! s l a t ! w io n ! n l a t ! e l o n ! c r c s ! c o m t ( a ( 2 ) ，i ( 1 0 ) ，3 a 钗3 ) ，4 r ，2 a ) - 目录索引字段：r c n m ( 记录名)2 位字符 r c d ( 记录标识号) 1 0 位整数 f i l e ( 文件名)字符 l f i l ( 文件长名)字符 v o l m ( 卷标)字符 i m p l ( 实现方法)3 位字符 s l a t ( 南端纬度)实数 w l o n ( 西边经度)实数 n l a t ( 北边纬度)实数 e l o n ( 东边精度)实数 c r c s ( 校验和值)字符 c o m t ( 注释)字符 2 1 3s - 5 2 标准相关内容 为了与i m oe c d i s 性能标准相呼应，i h o 在1 9 9 6 年1 2 月增补通过了关于电 子海图内容、图标、颜色和e c d i s 显示系统的规范( i h os p e c i f i c 衄o n sf o r c h a