S-52功能设计部分介绍.doc

电子海图显示与信息系统(ECDIS)、系统电子航海图(SENC)、电子航海图（ENC）、EN与ENO主要是作为检测功能块的输入及输出1. 系统电子航海图的设计介绍1.1 系统电子航海图概述系统电子航海图(SENC-System Electric Nautical/Navigational Chart),是ECDIS中直接读取和显示的数据库，是ECDIS内部的一个数据库。它由ECDIS对ENC进行格式转换而成，还包括ENC改正信息和有航海人员输入的其它信息，如航线信息，包括航线设计使用的点、线和区域以及ECDIS图库中的任何符号和文本注记信息，其目的是为了快速显示ENC。在开发电子海图显示与信息系统的过程中，系统电子航海图的设计和实现是至关重要的。系统电子航海图由开发者根据需要设计，设计的一个重要原则是要快速高效的支持国际海事组织IMO ECDIS性能标准中所规定的ECDIS的各项功能。系统电子航海图一般包括以下几方面的内容：电子海图目录、物标分类编码系统、用户数据格式的ENO、ENC改正数据库、海图图式符号库、用户数据库、航海信息咨询系统数据库。1.2 系统电子航海图设计的总体要求1.2.1 符合IHO S-57标准IMO ECDIS性能标准要求，ECDIS中使用的海图信息应是由权威海道测量部门提供的符合IHO标准的最新的信息；ECDIS应能够接受符合IHO标准的正式的ENC改正数据。这就规定了ECDIS的研制者在设计SENC时，必须考虑IHO S-57标准的要求，使其从内容上能够完整地体现和表示S-57格式的ENC所描述的信息。1.2.2 支特IMO ECDIS性能标准SENC设计的一个重要原则就是要快速高效地支持IMO ECDIS性能标准中所规定的ECDIS的各项功能。如为了使ECDIS屏幕上的信息保持清晰，必须仅仅显示在一定条件下航海人员所需要的信息。为此，性能标准要求SENC信息分为三类，即显示基础、标准显示和其它信息。显示基础是指任何时候、任何条件下都不能从屏幕上擦除的SENC信息；标准显示是指当海图最初在ECDIS上显示时，所默认包含的SENC信息，可由航海人员根据需要显示或擦除；其它信息是指默认不显示，当需要时才显示的信息。为了支持这项功能，必须根据海图要素的属性信息(在S-57格式的ENC中描述)和用户输入的安全等深线以及安全深度将SENC中的信息进行上述分类，以便在海图显示时减少信息的筛选所需时间，提高显示速度。在SENC中应该建立索引表，记录禁航或存在特殊环境的区域位置，以实现船位和它们的位置关系的快速检查。1.2.1 支持IHO S-52标准IHO S-52标准中规定了ECDIS屏幕上信息的显示优先级，这就要求必须将SENC中的每一类信息按照这个优先级顺序排序，以便于电子海图的显示。SENC中海图改正信息的组织应符合IHO S-52附件1中关于电子航海图改正的规定。对原始ENC信息及改正信息应分开存储，并区分正式改正信息和手工改正信息。另外，SENC中的符号库应符合IHO S-52附件2中关于电子海图上符号使用的规定。1.3 系统电子航海图的内容、结构和设计简介1.3.1 系统电子航海图的内容和结构电子海图的结构一般分为电子海图目录、物标分类编码系统、用户数据格式的ENO、ENC改正数据库、海图图式符号库、用户数据库、航海信息咨询系统数据库等主要部分。电子海图目录：ENC中存储的海图，一般要根据比例尺（全球图、沿岸图等）的不同划分成几个比例尺级别。如我国海区可以划分成1：100万、1：25万等几个比例尺级别。为了有效的使用海图数据，必须摒弃原纸质海图图幅的限制，将每级比例尺的海图所覆盖的整个区域划分成大小合适的单元，对两幅纸质海图重叠的部分只取一次数据。每个ENC单元的数据都要单独存储，而且有唯一的文件名。每一级比例尺的海图都要有一个目录文件，其文件记录描述了这一级中的每个ENC单元的名称、原始比例尺、深度基准面、高程基准面、所覆盖的地理区域等信息。这些信息包含在ENC交换集中的相关文件记录中。每个ENC单元矩形框中的包含数据部分和不包含数据部分在S-57格式中是在单元文件中用超物标来描述的。电子海图目录用于电子海图显示时查找覆盖显示区域的ENC单元。当ECDIS屏幕上需要绘制比例尺边界时，即显示区域不完全包含于某一较大级别的比例尺海图所覆盖的区域内时，需要查找上一级电子海图目录，以调用较小比例尺的ENC单元数据。SENC中海图单元的划分一般应与S-57格式的ENC单元划分一致（当前施行的S-57 Edition1.0与早期的S-57 version2.0中关于单元的划分原则是不同的)。物标分类编码系统：物标分类编码系统是电子海图信息描述的基础。该系统对海图上的每个物标及其属性进行了分类和编码,ECDIS在下列情况下需调用该编码系统：a.电子海图显示时，为了分析每个物标的特征码、属性码和属性值，以便以相应的方式绘制该物标；b.在电子海图上搜索物标时,根据编码解释物标的实际特征；c.手工方式电子海图改正时，为了自动输入特征码、属性码和属性值。在SENC中，为了方便地使用该编码系统，应将它设计为符合关系数据库第三范式要求的若干个“表”。具体来讲有：“特征码名称”参照表，“属性码名称”参照表，“属性码属性值”参照表，“特征码属性码”参照表，“属性码特征码”参照表。应当指出，在目前存在的一些电子海图系统中，物标分类编码系统可能与S-57的编码系统无任何关联(在设计SENC时没有考虑S-57的要求)，这样，当将S-57格式的ENC向SENC转换时，ENC中描述的某些物标和特征就无法体现到SENC中去，造成信息丢失，因此也就不特合IMO ECDIS性能标准的要求。用户数据格式的ENO：ENC中海图信息及其改正信息的描述采用S-57中给出的物标分类编码系统。数据文件逻辑格式采用S-57格式。物理存储和传输格式采用ISOIEC8211。由于ENC的S-57格式是面向数据交换和传输而设计的，所以它不适合作为ENC的用户数据格式(SENC中海图单元数据文件格式)，而由直ECDIS直接使用，因为它不能有效地支持数据的存储、操纵及显示。因此，ECDIS的研制者必须根据SENC设计的总体要求，合理地设计自己的ENC用户数据格式，并先将S-57格式的ENC数据文件转换成用户数据格式，建立起“用户数据格式的ENC”。ENC改正数据库：ENC改正数据库的信息源有两个：正式改正数据和手工改正数据。正式改正数据是由权威ENC制作部门提供的数字形式的海图改正数据。在船舶航行时，它可通过卫星通讯线路直接传送到船上。船舶在港时，它能以软盘、光盘等为载体提供给船舶。正式改正数据可以是ENC的再版、局部单元的替换或者是数字形式的航海通告，它必须以标准格式S-57来存储和传输。ECDIS的自动改正模块将这种标准格式转换为改正数据库中的文件格式。在手工改正方式下，由操作员依照ECDIS手工改正模块所提供的友好人机会话界面从纸质航海通告或无线电航行警告中提取改正数据，并录入ENC改正数据库。在ENC改正数据库中要区分来自海道测量部门的正式改正数据和手工改正数据。IHO S-52和IM0 ECDIS性能标准规定，正式的ENC数据在使用时不能被删除、重写或修改；在ECDIS显示上要区分原始ENC数据、手工改正数据以及用户数据；ECDIS能够允许航海人员显示改正信息以便检查其内容并且确定它们已被输人到SENC中。因此，必须把“用户数据格式的ENC”和“ENC改正数据库”分开存储。在电子海图显示时，ECDIS应以改正数据库中的数据去修改原有的用户数据格式的中ENC的海图信息。手工改正过程是在电子海图上以人机会话方式进行的，操作员可以输人被改正物标的位置或直接用游标选中被改正物标。ECDIS搜索到该物标后，要将其原有信息(位置和属性)显示出来，经操作员确认后再实施改正。海图图式符号库：海图图式符号库中存储着电子海图上所使用的符号的模板，它在电子海图显示时是必需的。该符号库应该由权威的ENC制作部门根据IHO S-52附件二的显示库(Presentation Library)的标准提供，并且在需要时给予修改。对该符号库的管理包括调用符号、制作和添加新符号、修改原有符号等。用户数据库：用户数据是船舶驾驶员在使用ECDIS的过程中，利用电子海图编辑器在ECDIS显示上所标绘的一些符号、文字注记、界限、区域等。这部分数据在ECDIS显示上应明显区别于其它信息，因此应该单独存储。航海信息咨询系统数据库：航海信息咨询系统数据库是根据船舶航行中所用到的除海图以外的参考文献，如航标表，航路指南等文字和图形信息建立的。它面向航海信息咨询系统，向船舶驾驶员提供航行条件信息以及一些物标的详细描述信息。航海信息咨询系统数据库的信息，应该由权威的ENC制作部门提供，而且是最新的，这些信息包含在S-57交换集中的文本文件和图片文件中。1.3.2 系统电子航海图的设计简介系统电子航海图是用户为完成自己要实现的功能，根据提供的数据，进行加工整理而形成的，它体现了用户对问题的理解和解决问题的方式方法。根据ECDIS的使用目的，把ENC及对ENC的改正和航海人员添加的其他信息综合到一起，这样就形成了系统电子航海图。系统电子航海图是ECDIS为显示海图和实现其他的导航功能而实际存取的数据库，它等效于改正至最新的纸质海图。根据SENC的要求和设计原则，本系统的逻辑实现按照由上而下的层次关系组织，下层的类和具体的地理实体对应，上层的类和一定的管理功能对应。每个SENC管理组合、点、线和面四种电子海图物标类，其中点、线、面分别和具体的地理实体对应，而组合物标是点、线、面或者其它组合物标的集合，它具有一定的属性和意义，在电子海图中被当作单独的物标看待。在本系统中，SENC的数据组织层次结构如图所示:要显示电子海图，我们需要从SENC中获取数据，结合S-52的符号库和颜色库形成画图指令，最后根据用户的参数设置控制具体的显示效果，在屏幕上绘制出海图。1.4 电子海图显示系统结构电子海图显示与信息系统是近年来新兴的一种导航设备，它不仅能将海图信息、导航信息以及雷达目标等信息在同一屏幕上叠加显示，而且还具有独特的数据结构，便于异域显示、快速调用、叠加雷达等信息，以方便航海人员使用，基于S