近年来，船舶的智能导航已成为航运界的发展趋势^{[1, 2]}。电子航海图(electronic navigational chart，ENC)在通用空间信息平台下的转换与共享是实现船舶智能航行的关键技术之一^[3]。在通用空间信息平台下以ENC为底层，整合多源船舶航行环境信息是船舶智能导航的首要待突破问题。

目前，国内外均有针对船舶导航数据分析与转换的研究。美国ESRI公司的Nautical模型提供了ENC数据生产、转换和数据服务发布的研究方案，使用ArcGIS中的S-57海图模块能够直接显示.000格式的ENC，但是只提供显示功能，不便于后续进行数据整合与空间分析研究。美国MapInfo公司在ENC平台与船舶自动识别系统(automatic identification system，AIS)上进行多源数据空间分析尝试；意大利海洋科学院研究了船载雷达与多源传感器的数据融合技术。电子海图显示与信息系统(electronic chart display and information system，ECDIS)能够显示不同比例尺下的ENC，从而完成航线设计与航路监视，保证船舶安全航行。然而，ECDIS无法在通用地理信息环境下整合海上航行空间信息。有学者从航海物标源数据库和文件数据存储结构出发，提出了航行物标空间数据从海道测量产品数据库(hydrographic production database，HPD)转换至地理信息文件的转换技术^{[4, 5]}；也有学者通过S-100建模框架及产品规范制定流程^[6]，解析了图像和网格各类型的空间模式；还有学者基于网格覆盖的空间模式分析了S-102水深属性网格数据的组成^[7]，并取得了初步研究成果。海上多源航行信息的融合与集成技术正在逐步提升^{[8, 9]}，地理信息技术也在持续为航海领域提供数据服务^[10]。但是ENC信息的数据模型、数据结构、表示形式等有所不同^{[11, 12]}，因此，解决ENC在通用空间信息平台下的共享问题，是实现多源航行环境信息整合的关键。

本文研究了ENC的数据结构与数据模型，对ENC数据进行解析，并在此基础上实现了ENC数据的读取与转换及其在通用空间信息平台下的转换与共享。

1) 结构解析。ENC数据按字串式存储，图 1展示了其基本数据结构。该数据的属性表中存储了通用信息记录、空间参考等信息，但缺少比例尺、范围等。ENC数据主要有ENC、IENC、IENC Overlay等类型。

图 1(Fig.1)

图 1 ENC数据的基本数据结构 Fig.1 Basic Data Structure of ENC Data

物标信息是ENC数据的重要组成，ENC数据中的物标存储结构包括属性、综合、属性验证、表示验证、编辑历史等。其物标存储结构见图 2。ENC中的物标按照点、线、水深等进行存储，采用的是非面向对象的方式。不同的ENC数据中，物标的表示信息存储在不同前缀的表中。

图 2(Fig.2)

图 2 ENC产品数据物标存储结构 Fig.2 Object Storage Structure of ENC Product Data

2) 模型解析。ENC数据的专题库按字串式存储，通过专题库对制作过程导出的ENC数据进行保存。其具体数据模型见图 3。

图 3(Fig.3)

图 3 ENC专题数据模型 Fig.3 Model of ENC Thematic Data

根据ENC专题数据模型，每条ENC数据有对应的完整物标内容，物标中包含了完整的矢量信息，如坐标、属性等。

按照ENC专题数据模型，设计了ENC数据的专题属性表，进一步保存ENC数据中的属性内容，主要包括ENC数据的基本信息、物标信息、数据拓扑线表和导出文件表，具体如表 1和表 2所示。

表 1(Tab.1)

表 1 ENC基本信息与数据物标信息 Tab.1 Basic Information of ENC and Information of Data Object

表 1 ENC基本信息与数据物标信息 Tab.1 Basic Information of ENC and Information of Data Object ENC数据基本名称 ENC数据基本内容 数据物标名称 数据物标内容 PRODUCT_ID ENC产品编号 PRODUCTVERSION_ID ENC产品版本编号 PRODUCTVERSION_ID ENC产品版本编号 SOURCE_AGENCY 数据生产机构 SOURCE_AGENCY 数据生产机构 FOID 目标唯一ID值 NAME 名称 FOID_STR 解码 SCALE 比例尺 OBJECTCLASS 物标类缩写 COORDSYS 坐标系统 OBJECTCLASS_ID 物标类缩写ID COMPLETE_DATE 完成日期 SPA_TYPE 空间属性类型 EDITION 版本/版次、更新应用日期 GEOM_ID 坐标ID UPDATENUMBER 更新次数 PRODUCTOBJECT_ID ENC产品物标ID UPDATEDATE 更新应用日期、更新次数 DELETEFLAG 删除标志 ISSUEDDATE 发布日期 OBJ_DATE 日期 AGENCY_CODE 生产机构代码 PRODVERSIONOBJECT_ID ENC产品版本物标ID GEOM 范围 PRVOBJ BASEPRODUCTO-BJECT_ID 基本ENC产品物标ID,与HPD表列对应 TYPE 类型，IENC、ENC等 DEPTH 水深 SOUNDINGROUND 水深舍入方式 GEOM 坐标 DATASETFILENAME 数据集名称,无后缀 GEOM_EDGES 边坐标 NAVIGATIONPURPOSE_ID 航海用途ID ATTVALUE 物标属性 NAVIGATIONPURPOSE 航海用途 TOPO 拓扑信息 PRODUCTCOMT 产品备注 DSPMCOMT 备注 ENC_EXPORT_FILE_ID 输出ENC文件ID ENC_EXPORT_FILE_NAME 输出ENC文件名

表 2(Tab.2)

表 2 ENC导出文件与数据拓扑线段 Tab.2 Export Files and Data Topology Line Segments of ENC

表 2 ENC导出文件与数据拓扑线段 Tab.2 Export Files and Data Topology Line Segments of ENC ENC导出文件名称 ENC导出文件类型 数据拓扑 线段名称 数据拓扑 线段类型 PRODUCT VERSION_ID ENC产品版本编号 LINE_ID 线段ID值 SOURCE_AGENCY 数据生产机构 GEOM 坐标 FILENAME ENC文件名 FILEDATA ENC文件数据 ENC_EXPORT_FILE_ID 输出ENC文件ID

根据ENC数据的数据结构与数据模型，构建其读取与转换方法，从而完成ENC数据转换。通过解析ENC数据结构信息，设计ENC数据的专题属性表，在此基础上实现ENC数据读取与转换引擎技术。图 4展示了ENC数据的读取方式。先读取物标的空间信息，例如坐标系、比例尺、与线段的拓扑关系，再循环遍历所有物标的属性信息，达到读取的目的。

图 4(Fig.4)

图 4 ENC数据的读取方式 Fig.4 Reading Method of ENC Data

图 5展示了ENC数据的转换流程。首先读取ENC；然后导出数据结果，导出的结果包含4个文件，即ENC版次文件、ENC导出文件、拓扑线段输出文件、ENC基本信息文件；最后将结果在空间信息平台下进行显示。转换后的ENC文件编码中包含数据的生产机构、产品ID、产品版本ID、产品名称等信息，以LINE结束的为拓扑线段文件。

图 5(Fig.5)

图 5 ENC数据转换流程 Fig.5 Conversion Process of ENC Data

根据本文提出的ENC数据解析与转换技术，对大连部分海域进行解析与转换。本文基于OpenJUMP 1.8.0、Oracle11g、Java 7开发环境，结合空间信息平台ArcGIS进行设计与转换。图 6展示了大连部分海域的ENC数据，其中带有详细的海图信息。

图 6(Fig.6)

图 6 大连部分海域的ENC Fig.6 ENC of Partial Sea Area in Dalian

通过ENC数据解析与转换方法对海图中的各地理要素(点、线、面、水深)进行解析，并读取要素间的拓扑信息。循环遍历ENC中每个航海物标的坐标、水深值等属性信息，将其转换为ArcGIS所支持的.shp格式的文件。但是直接转换过来的海图丢失了很多信息，如符号显示和投影信息等重要信息。而海图位置信息及属性信息并没有丢失，存储于属性表中，每个物标或者区域所对应的属性表中的参数信息是按照S-57字串式记录的。属性表中数据的可读性不强，这是因为大多数ENC数据都是由英文缩写或者代表性数字存储的。例如，灯标颜色对应的属性字段为“COLOUR”，“1”代表其颜色为白色，“3”表示红色，“4”表示绿色，而“6”表示黄色；沉船的类别对应的属性字段为“CATWRK”，值为“1”代表该沉船为非危险沉船，值为“2”则代表该沉船为危险沉船，在其附近航行时需要注意不要与其距离过近。

为了提高数据的可读性，利用ArcGIS中的ArcCatalog将.shp格式的数据整理到空间数据库中，并给英文名称的图层赋上对应要素的中文名称。转换后的ENC数据保留原英文缩写名称，与S-52和S-57规范对应，而将中文名称设置为要素别名。

此外，本文综合考虑IHO的海图符号国际显示规范^[13]，利用ArcGIS下的.style格式符号库对丢失的空间视觉信息进行符号化显示，包括点状符号、线状符号、面状符号三大类。其中，面状符号又包括边线符号和内部填充符号。针对不同类型的要素(如航标、灯标等点状要素，等深线等线状要素，陆地、锚泊区等面状要素)，将符号化分为简单符号化、点状物符号化、线状物符号化和面状物符号化4类。为每一个要素编写一个函数，符号化函数个数在20~60之间。图 7为GIS平台下的ENC转换后的结果。此时，海图数据从数据转换到显示的处理基本完成。

图 7(Fig.7)

图 7 GIS平台下ENC数据的转换结果 Fig.7 Conversion Result of ENC Data Under GIS Platform

针对目前ENC数据无法在通用空间信息平台下进行读取与显示的局限性，本文对ENC的数据结构、数据模型进行了解析，研究了ENC数据的转换技术，实现了ENC数据的标准化显示及其在通用平台下的共享。该技术可应用于ENC数据在通用空间信息平台下的存储与显示，为未来智能航行提供底层信息支持，为建设以ENC为底层的智能航行电子矢量图打下了基础。