dwg非標(biāo)準(zhǔn)海圖數(shù)據(jù)向S-57標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)研究

艾 健，林 榮

(1.重慶交通大學(xué) 航海學(xué)院，重慶400074;2.重慶市港航管理局監(jiān)控中心，重慶400013)

電子江圖實(shí)質(zhì)上是電子海圖理論及其應(yīng)用的一個(gè)分支，是電子海圖技術(shù)在內(nèi)河航運(yùn)中的特殊應(yīng)用［1］。與具有電子海圖及其應(yīng)用系統(tǒng)國際規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖系統(tǒng)相比，電子江圖目前只形成了區(qū)域性的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一的國際規(guī)范尚未確立。電子江圖的應(yīng)用除可作為內(nèi)河駕引替代紙質(zhì)航行參考圖外，還可用于內(nèi)河航運(yùn)管理部門進(jìn)行船舶調(diào)度、安全、事故分析、營運(yùn)的重要手段，電子江圖強(qiáng)調(diào)的是內(nèi)河航道的信息查詢與顯示。通常電子江圖的數(shù)據(jù)庫是基于不同河道的測(cè)量數(shù)據(jù)，由各國航道部門提供和更新，一般的都是dwg格式的平面圖，需要經(jīng)過相應(yīng)的技術(shù)轉(zhuǎn)換才能成為S-57標(biāo)準(zhǔn)的電子航道圖的信息數(shù)據(jù)。

1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

由于S-57標(biāo)準(zhǔn)下大地坐標(biāo)采用1984年世界大地坐標(biāo)系(WGS-84)，而我國采用的坐標(biāo)系是BJ-54坐標(biāo)系，這就使得同一點(diǎn)在不同的坐標(biāo)系下有不同的坐標(biāo)值。為了解決這個(gè)問題，在BJ-54坐標(biāo)系下，利用高斯投影坐標(biāo)反解公式，將矢量地圖所采用的在BJ-54坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)(x，y)其中央子午線經(jīng)度手動(dòng)設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)BJ-54坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo)［2-3］。

其轉(zhuǎn)換算法流程圖見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)換算法流程

不同基準(zhǔn)下不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，(X，Y，Z)BJ-54到(X，Y，Z)WG-S84通常采用的是七參數(shù)法［4］。必須已知3個(gè)點(diǎn)在BJ-54坐標(biāo)系下和在WGS-84坐標(biāo)系下的空間直角坐標(biāo)。七參數(shù)轉(zhuǎn)換模式為

式中:△X，△Y，△Z——平移參數(shù);

εX，εY，εZ——旋轉(zhuǎn)參數(shù);

k——尺度因子。

把dwg格式下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完畢之后，便可以把dwg格式圖紙通過D-kart軟件導(dǎo)出來。其導(dǎo)出時(shí)需要遵循的法則此處不詳細(xì)介紹。導(dǎo)出界面圖見圖2。

2 圖形技術(shù)

圖2 圖像導(dǎo)出界面

電子江圖的完成有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩步。數(shù)據(jù)采集，主要通過掃描儀將原來的紙質(zhì)的圖紙掃描成柵格江圖，存進(jìn)計(jì)算機(jī)。柵格化江圖是不能進(jìn)行空間分析和管理的，所以借助于掃描矢量化軟件對(duì)其進(jìn)行矢量化，并完成接邊、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等工作，生成矢量江圖。數(shù)據(jù)處理就是對(duì)矢量江圖進(jìn)行數(shù)據(jù)組織、管理以及空間數(shù)據(jù)庫建立的過程。數(shù)據(jù)處理還包括對(duì)已有的各種航道資料及數(shù)據(jù)的分類與編碼，設(shè)計(jì)符合電子江圖應(yīng)用系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)模型，建立相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，并且應(yīng)符合S-57國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖形處理技術(shù)包括了江圖的矢量化，拼接校正、分層控制技術(shù)［5-6］。

2.1 分層控制

分層控制比較簡單，結(jié)合CAD思想，就是把同一類(比如等高線、浮標(biāo)、湖泊等)畫在一張假設(shè)的透明紙上，再把畫有不同類型的透明紙嚴(yán)格按照同一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)精確地重疊在一起，當(dāng)然這個(gè)重疊在CAD中可以完成。

2.2 圖形矢量化

圖形矢量化就是將紙質(zhì)圖上的地理要素變成計(jì)算機(jī)圖形，作為圖形和圖像的最大區(qū)別。矢量化的方法很多，本研究借用常用的軟件并結(jié)合CAD的要求進(jìn)行矢量化。矢量化處理僅是地理信息系統(tǒng)的一個(gè)前端，而不是一個(gè)地理信息系統(tǒng)，它可以將數(shù)據(jù)輸出成不同的格式，一般在各種地理信息系統(tǒng)中直接讀入、使用這些數(shù)據(jù)。

矢量化后的圖紙，還需進(jìn)行一系列的處理，非常重要的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是要運(yùn)用CAD軟件進(jìn)行插入塊操作，并且在插入塊操作的選擇中應(yīng)當(dāng)選擇坐標(biāo)(0，0，0)，否則其圖層中的經(jīng)緯度不一致，轉(zhuǎn)換會(huì)出錯(cuò)。

2.3 圖形拼接

圖形拼接校正，在電子江圖研制過程中非常必要。任何紙張總有其大小限制和變形，而實(shí)際地貌應(yīng)該是連續(xù)真實(shí)的。兩張相鄰的江圖對(duì)接，取決于相應(yīng)的控制點(diǎn)和合理的校正方法，以克服地理要素的變形。

圖3是平面坐標(biāo)系下的DWG格式圖紙，圖4已經(jīng)是符合國際標(biāo)準(zhǔn)S-57的電子江圖，只是此圖的制作還沒有完工。

圖3和圖4是相對(duì)應(yīng)圖紙，里邊包含了對(duì)應(yīng)的三張小圖。圖4是否拼接好可以從圖4下邊的坐標(biāo)看出來?，F(xiàn)在把圖4下邊的坐標(biāo)放大，見圖5。

圖3 拼接前的DWG格式圖紙

圖4 拼接完整的圖紙

圖5 拼接完整圖紙的坐標(biāo)

由圖5看到，第一張圖的“West”屬性和第二張圖的“East”屬性值一致，均為“106°18/38.11//E”;第二張圖的“West”屬性值和第三張圖的“East”屬性值一致，均為“106°17/02.60//E”?？梢姡瑘D紙拼接完整性良好。

3 標(biāo)準(zhǔn)電子江圖制作

電子江圖是按照統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和要求編制的，其大致的步驟如下。

1)確定江圖制作任務(wù)的目的和要求，電子江圖中應(yīng)包括哪些圖組，比如海岸線、等深線、等高線、浮標(biāo)、測(cè)深點(diǎn)，等。

2)根據(jù)要求確定江圖圖幅的大小和比例尺。本次的比例采用的是1∶100 000。

圖幅比例尺不可能一次就選定，在初步確定比例尺系統(tǒng)之后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖幅面積計(jì)算出圖幅的經(jīng)度差和緯度差，進(jìn)而確定出圖幅的范圍，也可首先大致確定制圖區(qū)域范圍，然后確定制圖比例尺，經(jīng)比例尺調(diào)整后，再精確計(jì)算出圖廓的經(jīng)度值和緯度值。

3)根據(jù)水深設(shè)置不同的水域，最后的電子江圖中會(huì)根據(jù)不同水深顯示出不同的顏色。

4)完成其他的批注。比如里程數(shù)的標(biāo)注、各個(gè)地理名稱以及測(cè)深點(diǎn)等。

5)圖紙審核。對(duì)照原來的紙質(zhì)圖紙和目前的電子江圖，選擇性地查看一些關(guān)鍵點(diǎn)的地理坐標(biāo)是否正確，各種江圖的物標(biāo)符號(hào)是否滿足S-57國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。

本課題主要針對(duì)嘉陵江渠河口至草街電站，該區(qū)域的坐標(biāo)基準(zhǔn)是1954年北京大地坐標(biāo)系，6°帶高斯-克呂格投影，比例尺為1∶100 000。制作過程中完全按照S-57國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繪制。

4 結(jié)論

坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和圖形矢量化是轉(zhuǎn)換成S-57國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，分層控制簡化工作，圖形的拼接是關(guān)鍵，處理過程中需要一些技巧。本文以嘉陵江渠河口至草街電站某一段航道的電子江圖為例，驗(yàn)證了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的可行性，圖形拼接的完整性。可為嘉陵江中AIS的應(yīng)用、航行安全以及海事管理提供方便。

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