dwg非标准海图数据向S-57标准格式转换的关键技术研究

艾 健，林 荣

(1.重庆交通大学 航海学院，重庆400074;2.重庆市港航管理局监控中心，重庆400013)

电子江图实质上是电子海图理论及其应用的一个分支，是电子海图技术在内河航运中的特殊应用［1］。与具有电子海图及其应用系统国际规范和标准的电子海图系统相比，电子江图目前只形成了区域性的标准，统一的国际规范尚未确立。电子江图的应用除可作为内河驾引替代纸质航行参考图外，还可用于内河航运管理部门进行船舶调度、安全、事故分析、营运的重要手段，电子江图强调的是内河航道的信息查询与显示。通常电子江图的数据库是基于不同河道的测量数据，由各国航道部门提供和更新，一般的都是dwg格式的平面图，需要经过相应的技术转换才能成为S-57标准的电子航道图的信息数据。

1 坐标转换

由于S-57标准下大地坐标采用1984年世界大地坐标系(WGS-84)，而我国采用的坐标系是BJ-54坐标系，这就使得同一点在不同的坐标系下有不同的坐标值。为了解决这个问题，在BJ-54坐标系下，利用高斯投影坐标反解公式，将矢量地图所采用的在BJ-54坐标系下的平面坐标(x，y)其中央子午线经度手动设置，即可实现BJ-54坐标转换为WGS-84坐标［2-3］。

其转换算法流程图见图1。

图1 转换算法流程

不同基准下不同坐标系之间的转换，(X，Y，Z)BJ-54到(X，Y，Z)WG-S84通常采用的是七参数法［4］。必须已知3个点在BJ-54坐标系下和在WGS-84坐标系下的空间直角坐标。七参数转换模式为

式中:△X，△Y，△Z——平移参数;

εX，εY，εZ——旋转参数;

k——尺度因子。

把dwg格式下的坐标转换完毕之后，便可以把dwg格式图纸通过D-kart软件导出来。其导出时需要遵循的法则此处不详细介绍。导出界面图见图2。

2 图形技术

图2 图像导出界面

电子江图的完成有数据采集和数据处理两步。数据采集，主要通过扫描仪将原来的纸质的图纸扫描成栅格江图，存进计算机。栅格化江图是不能进行空间分析和管理的，所以借助于扫描矢量化软件对其进行矢量化，并完成接边、坐标转换等工作，生成矢量江图。数据处理就是对矢量江图进行数据组织、管理以及空间数据库建立的过程。数据处理还包括对已有的各种航道资料及数据的分类与编码，设计符合电子江图应用系统需要的数据模型，建立相应的空间数据库和属性数据库，并且应符合S-57国际标准的要求。

图形处理技术包括了江图的矢量化，拼接校正、分层控制技术［5-6］。

2.1 分层控制

分层控制比较简单，结合CAD思想，就是把同一类(比如等高线、浮标、湖泊等)画在一张假设的透明纸上，再把画有不同类型的透明纸严格按照同一坐标系中的坐标精确地重叠在一起，当然这个重叠在CAD中可以完成。

2.2 图形矢量化

图形矢量化就是将纸质图上的地理要素变成计算机图形，作为图形和图像的最大区别。矢量化的方法很多，本研究借用常用的软件并结合CAD的要求进行矢量化。矢量化处理仅是地理信息系统的一个前端，而不是一个地理信息系统，它可以将数据输出成不同的格式，一般在各种地理信息系统中直接读入、使用这些数据。

矢量化后的图纸，还需进行一系列的处理，非常重要的一个关键技术是要运用CAD软件进行插入块操作，并且在插入块操作的选择中应当选择坐标(0，0，0)，否则其图层中的经纬度不一致，转换会出错。

2.3 图形拼接

图形拼接校正，在电子江图研制过程中非常必要。任何纸张总有其大小限制和变形，而实际地貌应该是连续真实的。两张相邻的江图对接，取决于相应的控制点和合理的校正方法，以克服地理要素的变形。

图3是平面坐标系下的DWG格式图纸，图4已经是符合国际标准S-57的电子江图，只是此图的制作还没有完工。

图3和图4是相对应图纸，里边包含了对应的三张小图。图4是否拼接好可以从图4下边的坐标看出来。现在把图4下边的坐标放大，见图5。

图3 拼接前的DWG格式图纸

图4 拼接完整的图纸

图5 拼接完整图纸的坐标

由图5看到，第一张图的“West”属性和第二张图的“East”属性值一致，均为“106°18/38.11//E”;第二张图的“West”属性值和第三张图的“East”属性值一致，均为“106°17/02.60//E”。可见，图纸拼接完整性良好。

3 标准电子江图制作

电子江图是按照统一的设计和要求编制的，其大致的步骤如下。

1)确定江图制作任务的目的和要求，电子江图中应包括哪些图组，比如海岸线、等深线、等高线、浮标、测深点，等。

2)根据要求确定江图图幅的大小和比例尺。本次的比例采用的是1∶100 000。

图幅比例尺不可能一次就选定，在初步确定比例尺系统之后，根据标准图幅面积计算出图幅的经度差和纬度差，进而确定出图幅的范围，也可首先大致确定制图区域范围，然后确定制图比例尺，经比例尺调整后，再精确计算出图廓的经度值和纬度值。

3)根据水深设置不同的水域，最后的电子江图中会根据不同水深显示出不同的颜色。

4)完成其他的批注。比如里程数的标注、各个地理名称以及测深点等。

5)图纸审核。对照原来的纸质图纸和目前的电子江图，选择性地查看一些关键点的地理坐标是否正确，各种江图的物标符号是否满足S-57国际标准的要求。

本课题主要针对嘉陵江渠河口至草街电站，该区域的坐标基准是1954年北京大地坐标系，6°带高斯-克吕格投影，比例尺为1∶100 000。制作过程中完全按照S-57国际标准进行绘制。

4 结论

坐标系的转换和图形矢量化是转换成S-57国际标准的基础，分层控制简化工作，图形的拼接是关键，处理过程中需要一些技巧。本文以嘉陵江渠河口至草街电站某一段航道的电子江图为例，验证了坐标转换的可行性，图形拼接的完整性。可为嘉陵江中AIS的应用、航行安全以及海事管理提供方便。

［1］陈 伟，齐传新.电子海图技术在内河电子江图制作中的应用［J］.航海技术，2002(1):25-26.

［2］孟婵媛.Shape格式海图数据向S257格式的转换［J］.海洋测绘，2004(9):54-57.

［3］严庆新，黄 洁.电子海图制作中坐标转换的应用与实现［J］.交通科技，2007(6):113-114.

［4］张英俊.电子海图的数学和算法基础［M］.大连:大连海事大学出版社，2001.

［5］张 辉.简易电子海图的实现算法［J］.船海工程，2007(5):73-77.

［6］汤 磊.基于Mapinfo电子海图和AIS的船舶导航系统［J］.中外船舶科技，2007(1):36-38.