第３７卷第５期 船海工程 ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖ０１．３７ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２００８ ２００８年１Ｏ月 文章编号：１６７１—７９５３（２００８）０５—０１２７—０４ 基于ＭａｐＸ的电子海图显示系统开发 朱恩亮，王勇，王光耀。都广斌 （西安电子科技大学电子工程学院，西安７１００７１） 摘要：提出一种新的面向Ｓ－５７国际标准电子海图的显示方案。在分析Ｓ－５７等标准的基础上，对电子 海图进行解封装，建立一种Ａｃｃｅｓｓ数据库与空间二进制文件相结合的数据结构，结合ＭａｐＸ控件，在Ｄｅｌｐｈｉ 平台上实现电子海图的绘制、显示与操作。该方案成功地应用于某船舶监测系统，具有良好的显示和操作效 果，达到了预期的性能指标。 关键词：ＩＳＯ／ＩＥＣ ８２１１；解封装；电子海图；ＭａｐＸ 中图分类号：Ｕ６７５．８１ 文献标志码：Ａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｈａｒｔ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭａｐＸ ＺＩｔＵ Ｅｎ－ｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｇｕａｎｇ－ｙａｏ，ＤＵ Ｇｕａｎｇ－ｂｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｃｅｎａｒｉｏ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｈａｒｔ ｏｒｉｅｎｔｉｎｇ Ｓ－５７ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｗａｓ ｂｒｏｕｇｈｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｈａｒｔ’Ｓ ｄｅ－ｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ａｎｄ ａ ｄａｔａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ａｃｃｅｓｓ ｄａｔａｂａｓｅ ｗｉｔｈ ｂｉｎａｒｙ ｆｉｌｅ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ．Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ＭａｐＸ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｈａｒｔ’Ｓ ｐｒｏｔｒａｃｔｉｏｎ，ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｏｎ Ｄｅｌｐｈｉ ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅ ｓｃｅｎａｒｉｏ ｈａｄ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａ ｓｈｉｐ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ａｎｄ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ，ｉｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃ— ｔｉｖｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｍａｋｅｓ ａ ｐｒｏｆｏｕｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｈａｒｔ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＳＯ／ＩＥＣ ８２１１；ｄ ｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｈａｒｔ；ＭａｐＸ 随着航海技术的发展，电子海图正逐渐取代 传统的纸质海图，得到愈加广泛的应用。ＩＨＯ Ｓ－ ５７是国际海道测量组织颁布的数字化海道测量 数据传输标准，已在世界范围内得到广泛认可和 应用。为加快我国对 ５７国际标准电子海图的 应用和普及，开发符合Ｓ－５７标准的电子海图显示 系统是当务之急。 法，本设计中利用了Ｄｅｌｐｈｉ强大的数据库功能。 首先对ＩＳＯ／ＩＥＣ ８２１ １进行解封装并建立Ａｃｃｅｓｓ 数据库和空间信息文件，以提高查询和显示速度； 然后逐条访问数据库中的记录，利用集成的 ＭａｐＸ控件逐层绘制电子海图，完成显示，并实现 了放大、缩小、漫游等基本功能。 ＥＮＣ中海图信息的描述采用Ｓ－５７中给出的 物标分类编码系统，数据文件逻辑格式采用Ｓ－５７ 格式，物理存储和传输格式采用ＩＳＯ／ＩＥＣ ８２１１。 而Ｓ－５７格式涉及到比较复杂的数据模型和结构， １ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８２１ １解封装和数据库 的建立 １．１ Ｓ－５７标准的数据结构 对海图文件进行解封装，首先必须了解其封 装结构。Ｓ－５７电子海图使用ＩＳＯ／ＩＥＣ ８２１１作为 其数据封装标准。ＩＳＯ／ＩＥＣ ８２１１文件的基本成 分是逻辑记录（ＬＲ），ＩＳＯ／ＩＥＣ ８２１１文件的第一 个逻辑记录叫做“数据描述记录”（ＤＤＲ），它包含 该文件中实际数据的描述和逻辑结构。ＩＳＯ／ＩＥＣ 因此，对其进行解析并建立海图数据库，完整地导 人海图数据，是电子海图显示的重要步骤＿１］。 不同于以往海图显示中建立单一数据库的方 收稿日期：２００８—０５—３０ 修回日期：２００８—０６—２５ ８２１１文件中的其他部分则称为“数据记录 （ＤＲ）”，其中包含了所有交换文件中的实际数据。 每一个逻辑记录（包含ＤＤＲ和ＤＲ）有３个 作者简介：朱恩亮（１９８３一），男，硕士生。 研究方向：信号与信息处理。 Ｅ－ｍａｉｌ：Ｅｎｌｉａｎｇｚｈｕ＠１ ６３．ｔｏｍ 基本元素：头标区、目次区和字段区。头标区包括 １ ２７ 第５期 船海工程 第３７卷 读取记录分解到每个实体的所需参数，而对于 ＤＤＲ来说还包括了用于整个文件的一些描述参 数；目次区包含了确定每一个字段在字段区的标 识和定位参数。目次区由重复的目次项目组成， 包括字段标记、字段长度、字段位置等；字段区是 要解析的逻辑记录的主体。 １．２ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８２１１解封装 本设计中利用Ｄｅｌｐｈｉ编程，对ＩＳＯ／ＩＥＣ ８２１１进行解封装。解读时必须按照前序遍历的 顺序，从ＤＤＲ中得到能解开ＤＲ数据所需的描述 信息，ＤＲ的字段区包含需转换的具体数据。其 中，固定位长的子字段按规范指定的格式以字节 单位读取，变长字段在数据结构中由无范围限定 的格式指示符规定。 矢量电子海图中图元分为３种基本类型：点、 线和面。常见的点状物标有标志地物、居民地；线 状物有河流、街道、行政界限、等高物等；面状物有 植被、街区、行政区域等。点状物用（Ｘ，Ｙ）一对坐 标来表示；线状物用（Ｘ。，Ｙ ）、…、（Ｘ ， ）一系列 坐标表示；而面状物则用（ｘ ，Ｙ１）、（Ｘ ，Ｙ２）、…、 （Ｘ ， ）、…，等一系列坐标表示。因此，解读后 的文件分为属性数据和空间信息数据两部分。 Ａｃｃｅｓｓ数据库文件见图１。 图１ 由原始海图文件转化来的数据库 其中包含文件头信息、点状要素、线划、拓扑 区、水深５个数据表，分别存储文件头、点状物标、 线状物标、面状物标和水深属性信息，以及点和水 深数据的空间坐标信息，而线和面的空间坐标信息 则包含在另外一个后缀名为．ｘｙ的二进制文件＿２］ 中，例如ＣＮ４４０４０１长江口及附近．Ｘｙ，其数据结构 为ｓｔｒｕｃｔ（１ａｔ ａｓ ｄｏｕｂｌｅ，ｌｏｇ ａｓ ｄｏｕｂｌｅ，ｐｅｎ ａｓ ｉｎｔ）。 ｌａｔ为纬度信息；ｌｏｇ为经度信息；ｐｅｎ为抬笔信息， 如果该点为起点，则ｐｅｎ定义为１，否则为０，这样 定义是为方便绘图时使用。这样，面向数据传输和 】２８ 数据交换的原电子海图数据就被转换成了能够有 效支持电子海图显示、存储和操纵的数据。 ２ 电子海图的绘制、显示与操作 ２．１ ＭａｐＸ ＭａｐＸ是一个基于ＡｃｔｉｖｅＸ（ＯＣＸ）技术的可 编程控件。它使用与Ｍａｐｌｎｆｏ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ一致 的地图数据格式，并实现了大多数Ｍａｐｌｎｆｏ Ｐｒｏ— ｆｅｓｓｉｏｎａｌ的功能。在ＶＢ，Ｄｅｌｐｈｉ，ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ， ＶＣ等可视化开发环境中，只需在设计阶段将 ＭａｐＸ控件放人窗体中，并对其进行编程，设置属 性或调用方法或相应事件，即可实现数据可视化， 专题分析，地理查询，地理编码等丰富的地图信息 系统功能。ＭａｐＸ定义了一个类体系，以有效地 组织地图图形元素、图层、属性数据等对象。 ２．２电子海图的绘制 根据Ｓ－５２等相关标准建立查找表（描述电子 海图中图元样式的文件，例如描述海岸线的线型、 线宽、线色等）。并通过访问数据库记录，调用空 间信息文件与查找表，利用ＭａｐＸ控件的Ｃｒｅａｔｅ— Ｌａｙｅｒ、ＣｒｅａｔｅＲｅｇｉｏｎ ＥｒａｓｅＦｅａｔｕｒｅ１ ＣｒｅａｔｅＩ。ｉｎｅ、 ＣｒｅａｔｅＳｙｍｂｏｌ、ＡｄｄＦｅａｔｕｒｅ等方法来逐层绘制电 子海图，以完成电子海图的显示。 ２．３区域图元的绘制 绘制区域图元，需要利用ＭａｐＸ的Ｆｅａ— ｔｕｒｅＦａｃｔｏｒｙ．ＣｒｅａｔｅＲｅｇｉｏｎ方法，对复杂的区域图 元（区域轮廓非一笔所能画成的）还需要用到 ＦｅａｔｕｒｅＦａｃｔｏｒｙ．ＥｒａｓｅＦｅａｔｕｒｅ方法。区域图元的 绘制思想是先绘制最大的区域，然后再在此基础 上逐个擦除其所包含的各个小的区域。例如： Ｏｂｊｅｃｔ．ＣｒｅａｔｅＲｅｇｉｏｎ（［Ｐｏｉｎｔｓ］，ＥＳｔｙｌｅ￣）／／绘制 最大的区域 其中，Ｏｂｊｅｃｔ为ＦｅａｔｕｒｅＦａｃｔｏｒｙ对象；Ｐｏｉｎｔｓ 为表示用于定义区域或Ｒｅｃｔａｎｇｌｅ对象的经纬度 点的集合；Ｓｔｙｌｅ为定义图元外观的对象（例如：区 域边框的线型，线宽、线的颜色、区域的填充颜色 及填充样式等）。此方法返回的Ｆｅａｔｕｒｅ对 象。这个的Ｆｅａｔｕｒｅ对象就是所要绘制的简 单区域图元。 Ｏｂｊｅｃｔ．ＥｒａｓｅＦｅａｔｕｒｅ（ＳｏｕｒｃｅＦｅａｔｕｒｅ，Ｅｒａｓｅｒ— Ｆｅａｔｕｒｅ）／／擦除各个小的区域 其中，Ｏｂｊｅｃｔ为ＦｅａｔｕｒｅＦａｃｔｏｒｙ对象；ＳｏｕｒｃｅＦｅａ— ｔｕｒｅ为一个Ｆｅａｔｕｒｅ对象，表示需要擦除的源图元； 基于ＭａｐＸ的电子海图显示系统开发——朱恩亮，王勇，王光耀，都广斌 同样，ＥｒａｓｅｒＦｅａｔｕｒｅ也为一个Ｆｅａｔｕｒｅ对象，其表 示要从ＳｏｕｒｃｅＦｅａｔｕｒｅ中擦除的那部分小的区 域。此方法通过从一图元“消除”另一个图元面 积，返回的Ｆｅａｔｕｒｅ对象，这个的Ｆｅａ— ２．６数据绑定 如果仅仅用上面的方法，最后得到的将是一 些不包含任何属性信息的海图，这不是用户所期 望的。这就需要利用ＭａｐＸ的Ｄａｔａｓｅｔｓ．Ａｄｄ方 ｔｕｒｅ对象就是要绘制的复杂区域图元。 ２．４线图元的绘制 可以利用ＭａｐＸ的ＦｅａｔｕｒｅＦａｃｔｏｒｙ．Ｃｒｅａｔｅ— 法（数据绑定方法）来使海图中的每个图元与数据 库中的一条记录相对应，以便用户查询图元的相 关属性信息。 Ｌｉｎｅ方法来绘制线图元。例如： Ｏｂｊｅｃｔ．ＣｒｅａｔｅＩ ｉｎｅ（ＥＰｏｉｎｔｓ］，］－Ｓｔｙｌｅ－］）／／绘 制线图元 其中：Ｏｂｊｅｃｔ为ＦｅａｔｕｒｅＦａｃｔｏｒｙ对象；Ｐｏｉｎｔｓ集 合，为用于定义线的经纬度点的集合；Ｓｔｙｌｅ为用 于定义图元的外观（包括线型、线宽、线的颜色 等）。对于特殊的线型，本文通过利用Ｍａｐｌｎｆｏ Ｌｉｎｅ Ｓｔｙｌｅ Ｅｄｉｔｏｒ ２．０来编辑ＭａｐＸ．ｐｅｎ文件，实 现起来比较简单，这里不再赘述。 ２．５点图元的绘制 电子海图中点图元（例如：灯标、沉船、障碍物 等）的样式非常复杂，如何绘制这些复杂的点图元 是必须解决的难题，在开发过程中发现利用Ｔｒｕ— ｅＴｙｐｅ制作符号库可以非常有效地解决这一问 题。ＴｒｕｅＴｙｐｅ是由Ａｐｐｌｅ公司最早为解决图形 系统下字体显示问题而提出的新技术，是一种矢 量化符号的描述。字体文件是整个电子海图符号 库的载体，为避免单个文件过于庞大，影响系统执 行速度，在制作字体时需要将符号分类存储＿３］。 基于ＴｒｕｅＴｙｐｅ的文本只支持单色输出，为了显 示一个有多种颜色的复杂符号，例如：一个灯标， 则至少要用到黑色和另外一种颜色（红色、绿色、 黄色等），那么就需要把黑色部分和另外一种颜色 的部分分别制作成两个的符号，并且这两个 符号要中心对准。在绘图的时候，需要分别绘制 这两个的符号以构成完整的灯标符号。为了 不影响绘图速度，需要把构成一个完整符号的所 有符号置于同一个字体文件中。而许多复杂 的符号又具有相同的部分，因此把这些相同部分 提取出来，可以大大减少制作的工作量。在使用 字体编辑工具（例如Ｆｏｎｔ Ｃｒｅａｔｏｒ ５．０）来制作符 号时还需要考虑符号的相对大小及每个符号相对 于中心的偏移量等。将字体文件（＊．ｔｔｆ）安装 后，ＭａｐＸ就可以通过调用字体文件，结合查找 表，并利用ＦｅａｔｕｒｅＦａｃｔｏｒｙ．ＣｒｅａｔｅＳｙｍｂｏｌ方法来 绘制各种各样的点图元。 ２．７电子海图的海量存储、无缝拼接与多比例尺 显示 在利用ＭａｐＸ进行海图显示时，为了能够正 确显示各幅海图间的上下叠加关系，需要事先将 所有需要显示的海图的所有图层加入到一个Ｇｅ— ｏｓｅｔ数据集中（＊．ｇｓｔ文件）。由于海图数据量很 大，一次载入过多图层不仅使载人速度变慢，而且 会造成电子海图对用户操作的响应变得迟缓，从 而大大了其灵活性。ＭａｐＸ是按地图分层的 方式进行空间数据的组织，因此，可根据当前的船 位，通过程序搜索所有海图的覆盖范围来判断是 否加载或卸载某幅海图，利用Ｌａｙｅｒｓ．Ａｄｄ／Ｌａｙ— ｅｒｓ．Ｒｅｍｏｖｅ方法可逐层加载或卸载海图图层，并 设置图层的最大最小显示尺度，以达到减少数据 量的目的，同时还能实现多幅海图的无缝拼接与 多比例尺显示。当然，在加载图层的过程中，需要 根据比例尺来调整正在加载的图层与已加载图层 的上下叠加关系。 ２．８电子海图的操作 通过设置ＭａｐＸ的ＣｕｒｒｅｎｔＴｏｏｌ属性可轻松 实现电子海图的放大、缩小、漫游等功能。例如： Ｍａｐ１．ＣｕｒｒｅｎｔＴｏｏｌ：一ｍｉＺｏｏｍＩｎ；／／放大海图。 在没有可被直接调用的工具时，可以使用 ＣｒｅａｔｅＣｕｓｔｏｍＴｏｏｌ方法来创建自定义工具，并在 ＴｏｏｌＵｓｅｄ等事件中编写对应工具的功能代码，然 后通过设置ＣｕｒｒｅｎｔＴｏｏｌ属性来调用该工具 Ｊ。 ３ 结果及分析 图２所示的是利用本方案开发的电子海图显 示软件界面。基于全国海区电子海图，显示了长 江口及附近的电子海图。在该界面中，用户不仅 可以自由地对海图进行放大、缩小、漫游等操作， 而且也可根据实际需要，实现航线设定、偏航报 警、轨迹回放等功能。 （下转第１３３页） １２９ 面向大批量定制的船舶辅机设计制造一体化集成技术研究——陈超，唐文献 系统集成的主要任务是应用系统集成、异构 软件接口开发、ＰＤＭ产品定制等。 参考文献 ［１］吴锋，李怀祖，韩新民．关于大批量定制的思考 ］． ３ 结束语 本文以客户化需求为目标，结合船舶辅机的 多品种、小批量生产特点，通过面向大批量定制的 船舶辅机产品模型的建立，研究船舶辅机大批量 定制的配置设计技术和变型设计技术；构建基于 ＰＤＭ的船舶辅机大批量定制设计制造一体化集 成系统。基于知识驱动的船舶辅机快速配置设计 与仿真技术相结合，促进船舶辅机的仿真开发，提 工业工程与管理，２００１，６（２）：１８—２１． ［２］唐文献，李莉敏，方明伦，等．支持产品创新的协同开 发平台研究与实现［Ｊ］，南京理工大学学报，２００４，２８ （４）：４２１－４２６． ｒ ３］ＡＬＥＸＡＮＤＥＲ Ｆ，ＧＥＲＨＡＲＤ Ｆ，ＤＩＥＴＭＡＲ Ｊ． Ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｏｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｓｓ ＣＵＳ— ｔｏｍｉｚａｂｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ［，Ｊ］．Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｉｎ Ｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，１５（２）：１６５—１７６． Ｅ４］ＢＲＯＷＮ Ｄ Ｃ Ｄｅｆｉｎｉｎｇ ｃｏｎｆｉｇｕｒｉｎｇ［Ｊ］．Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎ— ｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｆｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ，Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｎｕ— 高船舶辅机关键技术的自主创新能力及国产化设 备装船率。 ｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＡＩＥＤＡＭ），１９９８，１２（４）：３０１—３０６． （上接第１２９页） 提出了一种电子海图的显示方案。在Ｄｅｌｐｈｉ平 台上嵌入ＭａｐＸ控件，开发出了具有较高显示速 度和较好显示效果的电子海图显示系统。并可在 此基础上实现后续开发，叠加ＡＩＳ信息、雷达信 息和实现导航功能等。 参考文献 ［１］孟婵媛，翟京生，陆 毅．８－５７数据的组织与实现 Ｉ－Ｊ］．测绘学院学报，２００３，２０（４）：２７５—２７８． 图２ 子海图显示软件界面 ［２］王俊玲．电子航海图二进制数据格式转换的实现 ［Ｊ］．集美大学学报，２００５，ｌＯ（１）：４２—４８． Ｅ３］谭晓智，赵德鹏，王德强．符合Ｓ－５２规范电子海图系 统的设计与实现［Ｊ］．大连海事大学学报，２００２，２８ （４）：５１—５４． 利用该方案开发的电子海图显示系统已被成 功应用于某船舶监测系统中，具有良好的显示效 果，达到了用户对系统性能指标的要求。 ４ 结束语 为加快电子海图在我国的应用与普及，本文 ［４］杨春金，潘玲．ＭａｐＸ在电子海图中的应用与实现 口］．船海工程，２００６，３５（６）：１１６—１１８． １３３
