遥感溢油识别的电子海图设计与功能实现_王志雄

第33卷第5期2013年9月海洋测绘HYDＲOGＲAPHIC SUＲVEYING AND CHAＲTINGVol.33，No.5Sep．，2013收稿日期：2012-11-02；修回日期：2013-04-19作者简介：王志雄（1987-），男，陕西榆林人，硕士研究生，主要从事海洋遥感研究。

DOI ：10．3969/j．issn．1671－3044．2013．05．010遥感溢油识别的电子海图设计与功能实现王志雄，赵朝方，刘元廷，马佑军（中国海洋大学海洋遥感研究所，山东青岛266100）摘要：针对遥感溢油识别的电子海图显示应用系统的开发，进行功能需求分析并提出系统设计方案。

在分析了几种常见的电子海图显示平台开发模式的基础上，基于MapObjects 组件开发实现了电子海图显示应用平台，具备海图显示、数据叠加、海图分析、添加标注、地图输出等功能。

关键词：电子海图；遥感溢油识别；需求分析；MapObjects 中图分类号：P208文献标志码：B文章编号：1671-3044（2013）05-0038-041引言在遥感海上溢油监测信息系统的开发过程中，充分利用电子海图的信息，可以有助于遥感图像的解译和海上溢油事故的判定。

因此，把遥感图像的海上溢油信息电子海图相结合，对于业务化遥感海上溢油监测十分重要。

目前，电子海图的主要应用是航海电子海图显示信息系统（electronic chart display and information system ，ECDIS ），该系统采用数字海道测量数据传输标准（IHO S －57）［1］以及ECDIS 内容和显示规范（IHO S －52）［2］等标准，其电子海图数据库是官方电子航海图（electronicnautical chart ，ENC ），也是唯一可以合法用于ECDIS的数据库［3］。

ECDIS 主要服务于航海，其电子海图数据ENC 按照ISO /IEC 8211标准进行封装，虽然有利于数据规范化传输，但不便于操作，也为应用系统开发增加了难度。

因此，对于非航海用的电子海图显示平台的海图数据一般不采用ENC 格式，而采用通过海图矢量化的电子海图，亦即矢量海图格式（vector chart format ，VCF ），这种电子海图一般由海军海洋测绘主管部门提供。

海上遥感溢油识别信息系统中的电子海图，一般要求提供的信息主要包括石油平台、油田信息、海底石油管线等感兴趣海上目标、以及水深、海底障碍物、暗流等海洋地理信息。

因此，如何把电子海图的显示、综合分析与遥感图像及处理的专题图相结合，是本文的主要研究内容。

以下将主要从电子海图显示与应用系统的系统需求、目前常用的电子海图开发模式、基于MapObjects 的电子海图应用显示系统的软件实现等几方面介绍。

2电子海图应用系统的设计及开发模式对比电子海图显示应用系统应以电子海图显示平台为基础。

首先，该应用系统需要具备海图显示、浏览功能，电子海图的浏览功能包括海图的放大、缩小、全景、漫游以及导航器等，还有必要的图层操作功能；其次，应具备海图分析功能，如距离测量、面积测量等；第三，该系统应可以实现海图数据与其他数据的叠加显示，如卫星遥感数据、专题图数据等；第四，能实现电子海图的文字和符号标注功能，其中文字标注应当可以自由设置颜色和字体等；符号标注应当可以选择形状、符号类型，同时也可以设置颜色等；第五，该系统应具备地图输出功能，输出客户区浏览范围的海图并可以导出用户添加的文字和符号记录等。

此外，还应具备海图数据的校错功能。

在海图数据加载出错的情况下，能够根据数据的物理存储结构，判断数据是否存在错误并输出错误报告。

最后系统应当为功能扩展预留接口。

综上所述，电子海图显示与应用系统的功能框架设计见图1。

图1海图显示应用系统结构设计图第5期王志雄，等：遥感溢油识别的电子海图设计与功能实现随着电子海图的广泛应用，很多学者针对不同系统需求提出了一些电子海图显示平台的开发模型，主要包括基于COM（component object model）的组件化开发；基于开源库的开发；基于MapX的开发和基于MapObjects的开发。

（1）基于COM的组件化开发：COM是一个和语言无关的软件组件模型，该模型定义了一个对象必须支持的二进制接口。

刘厂等人（2010）［5］运用COM组件技术完成电子海图显示和各基本功能模块组件的结构设计，实现了显示平台组件，并验证了组件化开发的可行性。

组件化开发模式与系统开发环境无关，可以降低开发成本。

基于COM组件化的开发模式实现功能灵活，开发思路清晰，接口系统功能容易扩展，因此可以开发出满足不同需求的专业型电子海图应用系统。

但是开发一套完整的组件本身需要从底层入手编写代码、编程工作量大，对程序员要求较高。

（2）基于开源库的开发：针对VCF格式数据的读取，可以使用开源函数库，如GDAL/OGＲ、Shapefile C Library等。

GDAL（geospatial data abstraction library）是一个在X/MIT许可协议下的开源栅格空间数据转换库，其中OGＲ是GDAL的一个分支，其支持的文件格式包括ESＲI Shapefile、S－57等。

Shapefile C Library［6］是针对ESＲI Shapefile格式文件读写操作的开源库；大量物标的快速渲染显示是电子海图显示系统的另一个关键技术。

OpenGL（open graphics library）可以提供渲染功能，实现电子海图数据的显示和物标渲染。

邱晓淯等人（2010）［7］采用基于结构体形式的数据组织结构，通过合并屏幕坐标系和平面坐标系的方式优化屏幕坐标系统，通过使用OpenGL内建机制的图形绘制操作等三个途径研究了电子海图快速渲染方式。

由于该开发模式基于开源库，其代码编写工作量大，因此一般情况下开发难度也较大。

（3）基于MapX的开发：MapX是美国MapInfo 公司的产品，简单易用、功能全面。

叶安娜等人（2002）［8］提出利用MapX控件开发通用电子海图浏览软件的思路和设计方案，并进一步讨论了数据库访问、几何数据与属性数据关联等关键技术问题。

朱恩亮等人（2008）［9］对ISO/IEC8211标准封装的电子海图数据进行解封装，建立Access数据库和空间信息文件相结合的数据结构以提高电子海图的查询和显示速度，并结合MapX控件在Delphi平台上实现了电子海图的绘制、显示与操作。

MapX直接支持Tab数据格式，不支持基于Shapefile数据格式的VCF数据。

为使MapX支持VCF数据，解决方法之一是把Shapefile数据转化为mif格式，再通过MapInfo将mif文件转化为可用于MapX的数据，这种方法原理简单，但脱离不了人机交互处理，难于实现完全自动化，而且这种数据转换容易出现数据丢失、损坏和内容错误等情况。

（4）基于MapObjects组件的开发：MapObjects 是ESＲI公司专门为开发人员提供的制图与GIS组件，对VCF数据的容错处理、读写等操作十分理想。

刘厂等人（2008）［10］研究了利用MapObjects组件开发电子海图系统的可能性，并且设计开发了电子海图显示平台，实现了海图操作、图层管理、图层绘制、海图要素查询等功能，验证了基于MapObjects组件开发电子海图系统的可行性和优越性。

综上所述，不同电子海图显示系统的开发模式，对于开发者各有利弊。

在实际应用中，需要综合考虑用户需求、数据格式、研发基础、资金支持等因素，选择合适的开发模式。

本文讨论面向遥感溢油识别应用系统中的电子海图显示应用系统，海图数据以VCF格式为主，同时要求遥感数据以及专题图叠加显示，因此选用基于MapObjects的开发模式较为合适，把MapObjects应用到电子海图系统的开发中可以提高系统的开发效率。

3基于MapObjects实现电子海图显示系统的功能综合电子海图显示与应用系统的需求分析、数据格式等因素，系统开发中选用Visual C++2008 MFC平台开发环境以及组件MapObjects2.4版本。

本系统的开发中，探索性地研究了电子海图与遥感数据等的叠加显示并软件实现。

3.1海图数据校验与加载、图层管理、海图基本操作每幅VCF格式海图数据导入时，需对文件目录中的Shapefile文件逐个校验查错。

数据校验根据Shapefile文件的存储规则，首先从主文件的头文件中读取主文件的总长度（存储空间大小），在对应的索引文件的头文件里读取总的记录数，然后遍历每条记录；在主文件里读取该记录的长度，在索引文件里读取该记录的偏移量和长度。

根据读取的数据，可以从以下5个方面进行校验。

①Shapefile文件的物理存储总长度是否小于100字节；②记录的偏移量是否大于文件长度；③偏移量是否小于零；④主文件读取的记录长度是否不等于索引文件读取的该记录的长度；⑤索引文件读取的记录偏移量不等于由之前记录长度和偏移量累加得到的位置数。

只要读取到的数据满足以上5种情况之一，就可以判定电93海洋测绘第33卷子海图数据存在错误。

电子海图的通用管理主要由Map Control 控件完成。

在海图数据加载之前需要根据海区范围设定坐标系统。

用CMoGeoCoordSys 类实例化需要的空间参考坐标系统，通过Map Control 控件的SetCoordinateSystem （）设置。

系统将每个Shapefile 文件添加为一个图层，根据文件图层名称得到地物类名称，然后读取文件中的每条记录及编码属性，根据编码值确定渲染的符号及格式。

电子海图的渲染显示之前必须建立合理的符号系统。

张玉洁等人（2009）［11］进行了基于S －52标准电子海图的符号研究和张薇等人（2008）［12］进行了基础电子地图符号设计的研究与实践等，为本系统符号库建立提供了方法指导。

海图基本操作主要包括缩放和漫游。

其中缩放系数包括定点缩放和拉框缩放两种情况。

通过Map Control 控件的TrackＲectangle （）方法获取用户的拉框对象以及通过SetExtent 属性设定海图显示范围。

对于定点缩放的实现步骤为：获取当前显示范围；设定缩放系数；计算缩放后显示范围；设定显示范围。

3.2遥感数据的叠加遥感数据的叠加显示，应确保在相同的坐标系统下。

不同的电子海图初始化的坐标系统有所差别，主要是因为海图的比例尺、最小经度、最小纬度、最大经度、最大纬度等参数的不同。

系统重点实现了经过图像预处理的GeoTIFF 格式的SAＲ数据，以及溢油识别结果离散化导出的点数据集（如BLN 格式）。

叠加GeoTIFF 格式的遥感数据时，首先读取GeoTIFF 文件的投影信息。