電子海圖文件的讀取與顯示程序開發(fā)

張靜雙

（天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械系，天津300131）

電子海圖是一個(gè)籠統(tǒng)的概念，大致可以分成兩個(gè)部分，一部分是電子海圖數(shù)據(jù)，另一部是在電子海圖的基礎(chǔ)上開發(fā)的各種應(yīng)用，簡單來說電子海圖就是特制的電子海圖數(shù)據(jù)，復(fù)雜來說，電子海圖這個(gè)概念是包含各種與電子海圖相關(guān)聯(lián)的設(shè)備軟件或者硬件技術(shù)的一個(gè)總稱，并且包含了電子海圖數(shù)據(jù)。電子海圖的出現(xiàn)和完善對(duì)提高船舶航行安全、減輕船舶工作量的作用也越來越明顯。

1 電子海圖的定義

電子海圖是指描寫海域地理信息和航海圖的數(shù)字化產(chǎn)品，是數(shù)字海圖的一種，通過將紙質(zhì)海圖信息經(jīng)過數(shù)字化處理后，形成一個(gè)電子海圖數(shù)據(jù)庫。具有攜帶方便、容易保存的優(yōu)點(diǎn)，其主要內(nèi)容是以海域要素為主，詳細(xì)的表示河道或者海底的地形，航道上的障礙物，燈塔導(dǎo)航標(biāo)志等要素。電子海圖一般是由國家官方權(quán)威海道測量機(jī)構(gòu)提供，這些機(jī)構(gòu)同時(shí)還負(fù)責(zé)電子海圖的更新與修正，以保證電子海圖的準(zhǔn)確性及時(shí)性。

本文中所涉及到的電子海圖是與AutoCAD格式相兼容的DXF文件，通過特定的程序，讀寫電子海圖的DXF文件，通過將文件中的有用信息在PC系統(tǒng)的主界面中實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)與配合GPS系統(tǒng)配合使用，從而實(shí)時(shí)顯示船體在運(yùn)動(dòng)過程中的實(shí)際位置，為船舶的航線航行提供準(zhǔn)確的參考信息。

2 DXF文件的結(jié)構(gòu)

DXF是美國Autodesk公司制定并首先用于AutoCAD的圖形交換的文件格式，它是一種基于矢量的ASCII格式，文件的擴(kuò)展名為“.DXF”，用于外部程序和圖形系統(tǒng)或不同的圖形系統(tǒng)之間交換圖形信息。由于它結(jié)構(gòu)簡單、可讀性好，易于被其他程序處理，因此已是事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。DXF是一種開放的矢量數(shù)據(jù)格式，可以分為兩類：ASCII格式和二進(jìn)制格式；ASCII具有可讀性好，但占有空間較大；二進(jìn)制格式占有空間小、讀取速度快。目前，絕大多數(shù)CAD系統(tǒng)都能讀入或輸出DXF文件

DXF文件雖然看上去結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但由于其數(shù)據(jù)具有嚴(yán)格的存儲(chǔ)格式，各種實(shí)體都以編碼標(biāo)出，因此可以較容易的讀懂它，而且還可以提取所需的所有信息。在用高級(jí)語言編寫接口程序時(shí)，由于DXF文件有較嚴(yán)格的規(guī)定，所以必須清楚的了解DXF文件的結(jié)構(gòu)。

一個(gè)完整的DXF文件主要由四個(gè)段和一個(gè)文件結(jié)尾組成。它們是：標(biāo)題(HEADER)段、表(TABLES)段、塊(BLOCKS)段、實(shí)體(ENTITIES)段、結(jié)尾(EOF)段。DXF文件的每一個(gè)段由若干個(gè)組構(gòu)成，每個(gè)組占兩行，第一行為組的代碼，第二行為組值。組代碼相當(dāng)于數(shù)據(jù)類型的代碼，它由CAD圖形系統(tǒng)所規(guī)定，而組值為具體的數(shù)值，二者結(jié)合起來表示一個(gè)數(shù)據(jù)的含義和值。DXF文件各段主要內(nèi)容如下：

（1）標(biāo)題(HEADER)段 該段記錄了AutoCAD系統(tǒng)所有標(biāo)題變量的當(dāng)前值或當(dāng)前狀態(tài)。這些標(biāo)題變量記錄了AutoCAD系統(tǒng)當(dāng)前工作環(huán)境。例如，Auto-CAD的版本號(hào)、插入基點(diǎn)、柵格間距、式樣、當(dāng)前圖層名、當(dāng)前線型、當(dāng)前額色等。

（2）類(CLASSES)段 保存應(yīng)用程序定義的類的信息。

（3）表(TABLES)段 表段包含了四種表，每個(gè)表又包含了可變數(shù)目的表項(xiàng)。按照這些表在文件中出現(xiàn)的順序是線型(LTYPE)表、圖層(LAYER)表、字樣(STYLE)表、視圖(VIEW)表。這些表記錄了當(dāng)前圖形編輯的支撐環(huán)境。

（4）塊(BLOCKS)段 塊段記錄了定義每一個(gè)塊的塊名、當(dāng)前圖層名、塊的種類、塊的插入基點(diǎn)及組成該塊的所有成員。

（5）實(shí)體(ENTITIES)段 該段定義了每個(gè)實(shí)體的種類，所有圖層名、顏色、線型、厚度、實(shí)體描述字及有關(guān)的幾何數(shù)據(jù)。

（6）對(duì)象(OBJECT)段 記錄了包含非傳統(tǒng)的繪圖對(duì)象的一些非實(shí)體的符號(hào)信息。

（7）文件結(jié)束(EOF)。

DXF文件的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,完整讀取DXF文件也是一項(xiàng)異常繁瑣的工程.在實(shí)際應(yīng)用中,為了提取圖形的實(shí)體信息,可以省略DXF文件中的許多項(xiàng),只要獲取其中的層表,塊段和實(shí)體段,就可以完成相應(yīng)幾何圖形的描述.在層表中說明每一層的顏色,線型,在塊段中說明塊所在的層,屬性及其在圖形中的位置,在實(shí)體段中說明直線的起點(diǎn),終點(diǎn)及圓的圓心,半徑等幾何信息和各實(shí)體所在的層.根據(jù)實(shí)體所在的層,在層表中搜索每一層的顏色,線型并將其添加到實(shí)體對(duì)象中.

3 電子海圖程序讀寫方法及流程

3.1 讀寫程序開發(fā)方法

目前有兩種可以實(shí)現(xiàn)DXF格式文件的讀寫。一種是使用OpenDWG函數(shù)庫，OpenDWG函數(shù)庫是一個(gè)能直接訪問DXF文件的靜態(tài)連接函數(shù)庫，是由一些對(duì)DWG文件有研究的一些公司和個(gè)人組成的團(tuán)體開發(fā)的，具有完善的讀寫DXF文件的接口函數(shù)。二是用戶自主開發(fā)讀寫程序，這種方法是根據(jù)DXF文件基本結(jié)構(gòu)并結(jié)合實(shí)際需要，舍去一些DXF文件中可對(duì)顯示關(guān)系不大的信息，只顯示跟電子海圖文件相關(guān)聯(lián)的部分。具有一定的靈活性。

兩種方法相比第一種使用OpenDWG函數(shù)庫缺點(diǎn)比較明顯，此函數(shù)庫不是免費(fèi)使用的，功能相對(duì)固定，如要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，方法復(fù)雜，而且成本很高。而第二種方法則具有相當(dāng)?shù)撵`活性，而且成本較低。考慮到開發(fā)成本及應(yīng)用的靈活性，本設(shè)計(jì)采用第二種方法開發(fā)DXF文件的讀寫程序。

電子海圖讀寫模塊在電子導(dǎo)航軟件中是相對(duì)獨(dú)立的模塊，本文采用基于Windows程序設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)鏈接庫開發(fā)此模塊。這樣在建立應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件時(shí)，不必將庫中的代碼拷貝到可執(zhí)行文件中，而是運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL(Dynamic Link Library)，裝載的DLL被映射到進(jìn)程地址空間中。使用動(dòng)態(tài)鏈接庫可以減少內(nèi)存資源的浪費(fèi)，同時(shí)可提高程序的可讀性、維護(hù)性及保密性。

具體使用方法是在讀寫并顯示海圖時(shí)，在主程序中加載讀寫DXF文件動(dòng)態(tài)鏈接庫接口函數(shù)的入口地址，定義相關(guān)的調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫的C++類，通過對(duì)類的對(duì)象的函數(shù)調(diào)用，即可實(shí)現(xiàn)電子海圖在主界面中的實(shí)時(shí)顯示。

3.2 DXF文件程序開發(fā)框圖

根據(jù)DXF文件的格式，電子海圖讀寫模塊程序框圖如圖1所示，可以以此框圖為基礎(chǔ)完成DXF接口程序的開發(fā)。

圖1 DXF文件讀寫模塊流程圖

4 海圖圖元坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換

電子海圖的DXF文件是以大地坐標(biāo)系下的海平面坐標(biāo)為基準(zhǔn)繪制的圖形文件，但是在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示電子海圖時(shí)，屏幕上顯示使用的是顯示器設(shè)備的坐標(biāo)，因此為了能讓設(shè)備屏幕上正常的顯示電子海圖信息，需要在編寫電子海圖顯示程序時(shí)解決實(shí)現(xiàn)海平面基準(zhǔn)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到設(shè)備使用的坐標(biāo)系的問題，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，需要在在程序中定義坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的宏，實(shí)現(xiàn)邏輯坐標(biāo)到設(shè)備坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

通過程序的實(shí)際調(diào)試和運(yùn)行證明，這種轉(zhuǎn)換方法可以正確的實(shí)現(xiàn)海圖的顯示，并能實(shí)現(xiàn)電子海圖與航道航線、DGPS定位坐標(biāo)的正確匹配。

5 結(jié)論

本文所介紹的航道電子海圖文件程序開發(fā)方法采用庫文件讀取DXF海圖文件的方法，實(shí)際操作時(shí)應(yīng)用調(diào)用定義在類中的DXF文件讀寫函數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電子海圖的讀寫操作。同時(shí)通過宏定義的方式實(shí)現(xiàn)電子海圖在屏幕顯示時(shí)存在屏幕坐標(biāo)與邏輯坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題，實(shí)際運(yùn)行表明，本程序開發(fā)方法是實(shí)用可靠的。

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