S-57标准电子航海图比例尺向S-101标准转换研究.pdf

第43卷第3期2023年5月引文格式：李庆伟，李春菊，高王军.S-57标准电子航海图比例尺向S-101标准转换研究J.海洋测绘，2 0 2 3,43（3）：7 3-7 7.D01:10.3969/j.issn.1671-3044.2023.03.016海洋测绘HYDROGRAPHIC SURVEYING AND CHARTINGVol.43,No.3May.,2023S-57标准电子航海图比例尺向S-101标准转换研究李庆伟,李春菊，高王军（海图信息中心，天津30 0 450）摘要：针对S-101标准电子航海图数据即将正式发布提供用户使用，新的标准对电子航海图显示比例尺进行了强制要求，而我国生产的S-57标准电子航海图比例尺与之相差较大的问题，通过对比分析我国S-57标准电子航海图比例尺采用情况和S-101标准对电子航海图比例尺的强制要求，研究提出了我国S-57标准电子航海图比例尺向S-101标准电子航海图规定比例尺转换的方案，可确保转换后海图上重要要素的密度指标和精度指标能够符合国家强制标准中国航海图编绘规范的要求，为解决我国电子航海图由S-57标准向S-101标准转换时的比例尺对应问题提供了一种可行的途径。关键词：电子航海图比例尺；显示比例尺；比例尺转换；S-57标准；S-101标准中图分类号：P281 引言自2 0 世纪8 0 年代以来，国际海道测量组织（I H O）和国际海事组织（IMO)共同商讨制定了电子海图显示与信息系统（ECDIS）、电子航海图（ENC）数据格式和电子海图显示标准等一系列标准,其中于19 9 2 年发布了针对ENC数据格式的第57 号特别出版物IHO数字海道测量数据传输标准（简称为 S-57 标准)1-2 S-57标准的制定和广泛应用在海道测量数据交换中发挥了重要作用，但在使用过程中也发现该标准存在较多局限性,如维护机制不灵活、数据交换的可用性与灵活性较低；数据结构无法支持未来发展需求,特别是无法满足数据融合与集成的需求；标准目前仅用于ENC数据的生产与交换,与国际主流地理信息标准不符，不利于全球空间数据共享等3。为此,IH0于2 0 0 0 年批准修订S-57标准,并于2 0 10 年1月正式颁布了S-100-UNIVERSALHYDROGRAPHIC DATA MODEL（简称 S-100标准)4-5。但S-100标准只提供了模型框架,具体的产品规范由一系列被命名为S-10X的标准组成,其中IHO ELECTRONIC NAVIGATIONAL CHARTPRODUCTION SPECIFICATION6 （简称S-101标准)就是基于S-100标准框架开发的新一代ENC 产品规范。由于国际上现有官方发布的ENC数据都收稿日期：2 0 2 2-0 7-2 5；修回日期：2 0 2 3-0 1-2 8作者简介：李庆伟（198 0-），男，河北滦南人，高级工程师,硕士，主要从事电子海图研究和质量管理工作。文献标志码：A文章编号：16 7 1-30 44(2 0 2 3)0 3-0 0 7 3-0 5是基于 S-57标准制作的,而将 S-57标准ENC数据转换到S-101标准ENC数据，既可减少重复制作ENC的成本,又符合未来发展的需求,因此具有重要的研究价值7 根据S-100标准实施十年（2 0 2 0-2 0 30）路线图和S-101标准增值路线图草案8-9,2 0 2 4年新的ECDIS将投人市场,S-101标准ENC 和S-57标准ENC同时提供用户使用。在此之前,需要我们完成前期数据转换的准备工作。目前各国在S-57标准向S-101标准转换研究中,主要集中在物标对照、系统转换研究等方面，关于比例尺转换的研究还比较少，因此,本文重点对海图比例尺的转换问题进行研究。2不同标准对比例尺的规定2.1我国海图比例尺划分规定在国家强制标准GB12320一19 9 8 中国航海图编绘规范【10 1（以下简称规范中,将航海图划分为总图、远洋航行图、近海航行图、沿岸航行图、港湾图等,对应比例尺见表1。表1规范中海图比例尺的划分航海用途编号图种1总图2远洋航行图1:1 000 000 1:2 990 0003近海航行图4沿岸航行图5港湾图比例尺1:3 000 0001:200 000 1:990 0001:100 000 1:190 0001:100 000742.2S-57标准中比例尺规定S-57 标准中,采用的是编辑比例尺的概念,相当于纸质海图中的比例尺,而且在S-57标准中没有强制规定不同航海用途数据的比例尺。我国ENC航海用途的划分见表2。表2 航海用途划分航海用途编号图种总图1(overview)分区总图2(general)沿海航行图3(coastal)近岸航行图4(approach)港湾图5(harbour)锚泊图6(berthing)在S-57标准中,只给出了推荐比例尺,但未强制,见表3。其中,NM是海里的英文简写。表 3S-57标准推荐比例尺雷达探测范围/NM可选比例尺2001:3 000 000961:1 500 000481:700 000241:350 000121:180 00061:90 00031:45 0001.51:22 0000.751:12 0000.51:8 0000.251:4 0002.3S-101标准中比例尺规定S-101标准中,比例尺是编图时采用的比例尺，并不存储在数据集中，只有最小和最大显示比例尺存储在数据集中,也就是说新的标准中已不再有编辑比例尺的概念，也没有航海用途的划分,整个数据的显示是通过最大显示比例尺maximumdisplayscale和最小显示比例尺minimumdisplay scale来控制的。因此，标准中对最大显示比例尺maximumdisplay scale和最小显示比例尺minimum displayscale进行了要求：最大和最小显示比例尺必须从1:10 000 000,1:3 500 000,1:1 500 000,1:700 000、1:350 000、1:18 0 0 0 0、1:9 0 0 0 0、1:45 0 0 0、1:22 000,1:12 000、1:8 0 0 0、1:4 0 0 0、1:3 0 0 0、海洋测绘1：2 0 0 0、1：10 0 0 中取值12 。最大显示比例尺被认为与数据的编辑比例尺相等。3我国现行ENC 比例尺及其向S-101 转换存在的问题3.1我国现行ENC的比例尺经统计，我国民用航海图主要有以下比例尺：比例尺1:7 000 000、1:3 50 0 0 0 0、1:1 0 0 0 0 0 0、1:8 0 0 0 0 0、1:700 000、1:50 0 0 0 0、1:2 50 0 0 0、1:150 0 0 0、1:2 300 0001:120 000、1:10 0 0 0 0、1:8 0 0 0 0、1:7 0 0 0 0、1:1 000 000 1:60 000、1:50 0 0 0、1:40 0 0 0、1:30 0 0 0、1:1:2 300 000(不含)25 000、1:2 2 0 0 0、1:2 0 0 0 0、1:15 0 0 0、1:1:200 000 1:1 000 000(不含)1:100 000 1:200 000(不含)1:15 000 1:100 000(不含)1:15 000第43卷12 500、1:10 0 0 0、1:7 50 0、1:5 0 0 0、1:2 0 0 0。与表3及S-101标准规定的显示比例尺对比可以发现,我国海图比例尺和S-57标准中给出的推荐比例尺差别较大。见表4。表4国内海图比例尺与S-101规定显示比例尺对比表我国海图比例尺1:3 500 0001:1 000 0001:800 0001:700 0001:500 0001:250 0001:150 0001:120 0001:100 0001:80 0001:70 0001:60 0001:50 0001:40 0001:30 0001:25 0001:22 0001:20 0001:15 0001:12 5001:10 0001:7 5001:5 0001:2 000对应 S-101比例尺1:10 000 0001:3 500 0001:1 500 0001:700 0001:350 0001:180 0001:90 0001:45 0001:22 0001:12 0001:8 0001:4 0001:3 0001:2 000第3期3.2我国现行ENC比例尺向S-101转换存在的问题S-101中已明确规定,最大显示比例尺和最小显示比例尺必须从表4中取值。而根据3.1中的分析,我国ENC的比例尺与表4中要求的比例尺有很大的差别,如果将现有海图的比例尺从表4中找到对应的比例尺，存在3种情况。（1)ENC比例尺能够与表4中给出的比例尺完全对应；这种情况比较理想，可以直接对应。(2)ENC比例尺在向表4中给出的S-101标准比例尺对应时,选择大于ENC比例尺的给定比例尺。这种做法在两者比例尺比较接近时是可行的，但如果相差较大,就可能存在放大倍数过大的情况，即出现S-52标准中所要求的需提醒用户注意的超比例尺显示情况13。例如：比例尺为1：150 0 0 0 的ENC,按照这个原则,最大显示比例尺应为1：90 0 0 0,放大了将近1倍，符合S-52标准中的超比例尺显示提醒条件。但在S-101 标准中,该比例尺是在最大显示比例尺范围内，应该正常显示，这样显然不满足保证航行安全需要。(3)ENC比例尺在向表4中比例尺对应时,选择小于ENC比例尺的比例尺。但依据保安全的原则，数据只能缩小而不能放大使用，例如：比例尺为1：150 0 0 0 的ENC,其最大显示比例尺根据S-101标准规定应设定为1：18 0 0 0 0,这样ECDIS显示比例尺在1：150 0 0 0 到1：18 0 0 0 0 之间时该图将不被显示，这样严重影响了海图的使用效率。4解决方案以上分析表明，选择向大比例尺对应和向小比例尺对应,都存在不同程度的问题,对比我国现有ENC 比例尺和S-101标准推荐比例尺情况,研究给出了如下解决方案：（1)现有ENC 比例尺与S-101标准规定比例尺相同的，直接对照转换。(2)现有ENC 比例尺与S-101标准规定比例尺不相同的：当缩小比例不超过1.5倍时，现有ENC比例尺向S-101标准规定小一级的比例尺对应；当缩小比例超过1.5倍时，现有ENC比例尺向S-101标准规定大一级的比例尺对应，但放大比例不能超过1.14倍；不满足、条件的，建议对ENC进行改版。根据上述方案,得到如表5的对应关系。李庆伟，等：S-57标准电子航海图比例尺向S-101标准转换研究11:1 000 000 1:1 500 0001:800.0001:700 0001:700 0001:700 0001:500 0001:700 0001:2500001:3500001:150 0001:180 0001:120 0001:180 0001:100 0001:90 0001:80 0001:90 0001:70 0001:90 0001:60 0001:90 0001:500001:45 0001:40 0001:45 0001:300001:45 0001:25 0001:22.0001:22 0001:22 0001:20 0001:22 0001:15 0001:22.0001:12.5001:12 0001:10 0001:12 0001:75001:8 0001:5 0001:4 0001:3 0001:20001:2 0005影响分析5.1指标影响分析5.1.1位置精度影响分析ENC中记录的是点、线的经纬度坐标值，该数据不随比例尺的变化而变化，因此,不管比例尺放大还是缩小，位置都不会发生变化，但ENC生产过程中,规范是以图上位置偏差来控制位置精度的,因此,缩小转换的,误差将随缩小倍数