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,误差将随缩小倍数而缩小,不会超出规范规定的精度要求；但放大转换的,其图上误差也将随之变大，根据表6 可知,按照本文方案最大放大倍数是1.14倍,则：（1）点要素位置误差不超过0.17 mm，水深注记和线要素位置误差不超过0.2 6 mm，则放大1.14倍后，精度指标仍符合规范要求。(2)如果要求放大后误差仍满足规范要求,则75表5海图比例尺对照表现有海图S-101规定比例尺比例尺1:7 000 0001:10 000 0001:3 500 0001:3 500 000放大倍数1.1411.111.111.1411.041缩小倍数1.4311.511.41.41.21.51.1251.291.51.1251.511.11.471.21.07176要求转换的ENC全图点要素位置误差不得超过0.17mm，水深注记和线要素位置误差不得超过0.26 mm。这个位置误差指的是放大后ENC的点、线最大允许误差，而在目前ENC生产中，大部分要素的录人都是通过格式转换和坐标值输人的形式完成的，这种情况可以认为不存在误差。经统计分析放大1.14倍ENC资料采用和误差情况，结论如下：比例尺为1：8 0 0 0 0 0 的ENC共1幅,采用比例尺1：2 50 0 0 0 的ENC数据制作，其缩小比例远大于1.14倍，故其点、线和水深注记误差能够符合规范要求。比例尺为1：2 50 0 0 的ENC约6 0 幅，其资料来源主要为同比例尺或较大比例尺纸质海图，随机抽查6 幅，获取点、线及水深注记误差见表6。表6 海图要素误差统计分析对照表序号点误差/mm乡 线误差/mm水深注记误差/mm10.14220.12030.16640.06550.05760.115注：以上误差通过海图与编辑该图所用资料进行点、线要素和水深注记对比量算获得。通过以上数据分析，放大1.14倍后，点、线及水深注记位置精度能够满足规范中的精度要求。5.1.2密度指标影响分析海图中的密度指标主要涉及水深、底质、等深线、等高线等要素。（1)水深密度指标影响分析规范对水深的密度指标要求如下：浅于 2 0 m 的海区为10 15 mm;2 0 50 m 的海区为 12 2 0 mm;50 2 0 0 m的海区为18 35mm;深于2 0 0 m的海区为30 40 mm。下面以1：10 0 0 0 0 0 比例尺ENC为例,分析比例尺缩小和放大对图上水深密度指标的影响。表7为统计得到的水深密度。表7 1：10 0 0 0 0 0 比例尺图缩小和放大后的水深间距图上水深缩小1.5倍放大1.14倍深度区间平均间距后水深间距后水深间距/m/mm浅于2 01520501750 20033深于2 0 035海洋测绘从表7 可以看出,缩小1.5倍后,水深密度略高于规范要求,除深于2 0 0 m海区与规范相差较大外，其余基本符合规范要求。同时,S-65提出了高密度ENC产品的概念，也是希望在一些区域可以提供更高密度的水深数据,从这个角度讲,水深密度增加后是符合国际航海需要的14。放大1.14倍后，水深密度略低于规范，涉及的是比例尺1：8 0 0 0 0 0 和比例尺1：2 50 0 0 的ENC。其中，比例尺1：8 0 0 0 0 0 的ENC主要用于远洋航行，航行区域水深较深，密度略低于规范，影响不大；比例尺1：2 50 0 0 多为港湾图，水深密度大于图上水深平均间距，放大1.14倍后能够满足航海需要。（2）底质密度指标影响分析底质注记的间距为40 8 0 mm,区间范围很大，即密度要求不高,因此比例尺缩小和放大对底质密度指标影响不大,基本能够符合规范要求。5.2影响图幅数量分析0.2560.1980.2410.2360.2430.1760.1370.2120.1840.1410.1020.055/mm/mm1017.1011.319.392237.6223.339.90第43卷由于目前ENC比例尺已明确,转换中需要调整ENC比例尺的图幅数量,表8 进行了统计。表8 需调整比例尺图幅数量情况表缩放比例放大1.11倍放大1.14倍缩小1.5倍缩小1.47 倍缩小1.43倍缩小1.4倍缩小1.2 9 倍缩小1.2 倍缩小1.12 5倍缩小1.1倍缩小1.0 7 倍合计目前共有ENC600余幅，有影响的图幅42 4幅，占比约7 0%。从数据看影响还是比较大的，但基于两种标准的不同，无论何种方案,影响比例不会有太大的变化,因为现有ENC 比例尺和S-101标准规定比例尺的差异是现实存在的。6结束语本文在对照我国ENC比例尺系列和S-101标准规定比例尺系列的基础上,研究提出了两者对照转换方案，并结合规范要求对重要指标进行了验证。结论表明：缩小比例控制在1.5倍以内，放大比例图幅数量391766819518327312424第3期控制在1.14倍以内，ENC精度指标和密度指标基本能够满足规范要求。无论如何转换，在不改变现有ENC比例尺系列的情况下,7 0%以上的图幅都要进行放大或缩小处理，才能满足S-101标准规定的比例尺要求。由于涉及ENC图幅数量较多,本文在进行各项指标验证时，抽取的样本数量有限，对真实情况的反映程度,后续还需要进行大量的试验验证，同时有些特殊情况有可能未能体现。转换对照只是解决我国S-57标准ENC向S-101标准过渡期间的转换问题,海图改版过程中,需要根据S-101标准规定的比例尺情况调整我国ENC比例尺系列,从根本上解决比例尺不一致问题。参考文献：1李庆伟,杨永平，崔健禄.国际标准 S-101与 S-57数据生产要求对比分析研究J.海洋测绘，2 0 2 0,40(4):52-54.2International Hydrographic Organization.IHO TransferStandard for Digital Hydrographic Data Edition 3.1 S.Monaco:International Hydrographic Bureau,2000.3刘力，程为平,冯新强,等.新一代ENC数据标准S-101与S-57的对比分析J.科技资讯,2 0 14(17）：34-37.4International Hydrographic Organization.S-100-UNIVERSALHYDROGRAPHICDATAMODELEdition 4.0.0 S.Monaco:International Hydrographic李庆伟，等：S-57标准电子航海图比例尺向S-101标准转换研究大连：大连海事大学,2 0 17.8Roadmap for the S-100 Implementation Decade(20202030)SJ.Monaco:International HydrographicBureau,2020.9S-101 Value Added Roadmap Draft S.Monaco:International Hydrographic Bureau,2021.10 中国航海图编绘规范：GB123201998S.北京：中国标准出版社，1999.11】周程熹，赵德鹏.IHO数字海道测量数据传输标准（S-57 篇）M.大连：大连海事大学出版社，1999.12】中华人民共和国海事局.IHO电子海图产品规范M.北京：人民交通出版社股份有限公司，2 0 15.13 International Hydrographic Organization.Specificationsfor Chart Content and Display Aspects of ECDIS(Edition 6.1)S.Monaco:International HydrographicBureau,2014.14 International Hydrographic Organization.S-65 Annex AHigh Density（H D）ENC Pr o d u c t i o n a n d M a i n t e n a n c eGuidance S.Monaco:International HydrographicOrganization,2020.77Bureau,2018.5 陈长林，翟京生，陆毅.IHO海洋测绘地理空间数据新标准分析与思考J.测绘科学技术学报,2 0 11,2 8(4):300-303.6International Hydrographic Organization.IHO ELECTRONICNAVIGATIONAL CHART PRODUCTION SPECIFICATIONEdition 1.0.0 S.Monaco:International HydrographicBureau,2018.7胡维鑫.S-57向S-101电子海图数据转换研究D.Research on conversion from S-57 standard electronic chart scaleto S-101 standard display scaleLI Qingwei,LI Chunju,GAO Wangjun(Chart Information Center,Tianjin 300450,China)Abstract:Aiming at S-101 standard ENC data is about to be released officially to the users,the new standardhas mandatory requirement for the display scale of the ENCs,but the scale of the S-57 standard ENC producedby our county has big difference with this.By comparative analyzing the application condition of our S-57standard ENC scale and the mandatory requirement for S-101 standard ENC scale,this paper puts forward thescheme of transforming our S-57 standard ENC scale to S-101 standard ENC required scale,which couldensure the density index and accuracy index of important features on the transformed chart and conform to therequirement of national mandatory Specifications for Chinese Nautical Charts.The method can help to offer away to solve the scale correspondence problem when transforming our ENCs from S-57 standard to S-101standard.Key words:electronic chart number;scale;transformation;S-57;S-101