电子海图数据转换装置和电子海图数据转换方法

摘要

本发明提供了一种电子海图数据转换装置和一种电子海图数据转换方法，其中，电子海图数据转换装置包括：数据读取单元，用于读取源文件中的原始电子海图数据；数据转换单元，用于对所述原始电子海图数据进行重构和投影处理；数据存储单元，将经过重构和投影处理后的电子海图数据存储为自定义格式的电子海图数据；显示单元，读取所述自定义格式的电子海图数据，并根据读取的电子海图数据进行海图绘制和显示。根据本发明的技术方案，可将重构和投影这两个消耗CPU的过程简化，从而减低了CPU占用和存储空间的使用，在最大程度保证海图数据的精度的基础上，海图显示稳定并且显示速度快。

说明书

技术领域

本发明属于计算机技术领域。具体而言，涉及一种电子海图数据转换装置和电子海图数据转换方法。

背景技术

纸质海图在航海中发挥巨大作用的同时，其信息单一、不易携带等缺点也显示出来。电子海图在一定程度上弥补了纸质海图的不足。

电子海图的发展大致经历了3个阶段：

(1)纸质海图的电子复制品阶段

人们把全世界的纸质海图经过数字化处理后，存储在磁盘上，然后借助显示装置和标绘仪器，像在纸质海图上一样进行海图作业。

(2)功能拓展阶段

通过数字化海图的使用，人们发现它具有很多潜在的功能，如在电子海图上显示船位，进行航线、航次计划设计，显示航速、航向等。于是各种确保航行安全、提高营运效率的功能开发形成了主流。

(3)航行信息系统阶段

本阶段主要特征是将电子海图作为航行信息的核心，进行组合式、集成式的开发研究，使船舶航行自动化迈上了新的台阶。在这个阶段，人们从各个侧面开展了对电子海图的系统化、一体化研究，开发与功能集成。

电子海图显示与信息系统（ECDIS）是随着航海事业及科技的发展而产生的一种集成式的实时导航信息系统，是继雷达/ARPA之后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命。按照国际海道测量组织（IHO）的定义：电子海图系统是一种将海图信息、定位信息、雷达信息、船舶动态参数集于一体的图文并茂的航海自动化系统。它由电子海图数据文件、控制显示设备、专用软件和外接传感器构成。因此如何有效的利用电子海图数据对其进行更好的显示显得尤为重要。

现有电子海图数据的存储格式主要是符合S-57（IHO水道测量数据交换标准）标准的。从严格意义上讲S-57所规定的数据格式是一个顺序读取的文件格式，将所有物标的信息全部放在一起，没有进行分类和关联处理，不可能实现数据的快速显示，因此任何一个生产系统和应用系统是不可能用它作为内部快速操纵数据的存储格式。但S-57所规定的数据模型和编码方式是各种应用电子海图系统所必须遵守的。S-57标准的关键点可归纳为以下几条：（1）S-57是面向海洋地理空间实体定义的，它不关心数据如何显示，只关心如何用编码数据把实体描述完整，定义清楚。面向海图的物标分类S-57仅用181个物标和195个属性把图式中近一千种符号所代表的地理实体定义清楚。（2）S-57对物标属性的处理采取变长数据，即每个物标的属性个数可以不同，属性分A、B、C三级，关系航海安全的强制属性必须赋值，其他属性可有可无，用户也可添加。（3）S-57的物标类可以对应不同的几何图元，点、线、面，或是非几何图元。（4）S-57主要为生产ENC制定，是涵盖整个海洋地理空间信息领域，从数据采集、数据制图、数据生产直到数据应用。（5）S-57是数据交换标准，是独立于机器构造的从一个计算机体系向另一个计算机体系传递数据的文件机制。（6）S-57的子集ENC包括两部分，新版电子航海图数据EN和海图改正数据ER。（7）同比例尺的各个ENC相互之间在地域上可以重叠，但重叠区的内容只能在一个数据集中出现。（8）ENC不是纸质海图的“数据影像”，制作ENC单靠纸质海图是不够的，必须补充其他资料入航标表、港口指南、航路指南等。

基于以上技术背景，现有电子海图数据显示主要有以下几类方案：

（1）对电子海图数据不进行任何转换直接进行显示。其流程见图2所示。此种方案在显示电子海图之前直接读取电子海图源数据中的点、线、面等数据并进行重构，对重构后的点、线、面进行投影转换到屏幕坐标之后在显示终端上进行绘制海图并显示。此过程重构和投影转换的过程将占用大量的CPU。

（2）基于SENC（系统电子航海图）的电子海图数据转换是当前比较大众的处理方案。其流程见图3所示。此方案将电子海图数据进行处理，存储重构后的点、线、面信息。在显示电子海图之前对重构后的点、线、面信息进行投影，然后进行显示。此过程系统省去了重构的过程因此所占CPU有所降低，但是存储空间占有会增加近100%。

（3）半栅格半矢量的电子海图数据处理方案。

对于电子海图数据不进行任何转换而直接进行显示的方法其缺点：此种法案直接对电子海图数据中的点、线、面等数据进行重构然后对其进行投影转换到屏幕坐标之后在显示终端上进行绘制海图并显示。由于重构和投影的过程计算比较复杂，将会占用大量的CPU。这些弊端导致海图的切换显示速度慢，对海图进行操作极易引起系统瘫痪；对海图进行增加、删除、修改、查询等操作耗时长，且系统不稳定。

基于SENC的电子海图数据转换，此方案省去了重构的过程因此所占CPU有所降低，但是由于存储了重构后的点、线、面信息空间占有会增加近100%。

半栅格半矢量的海图数据处理方案由于栅格海图是对现有纸质海图进行扫描后存储的，所占空间大，无法对海图上的物标进行查询等操作。

因此，需要一种新的电子海图数据转换技术，可使显示速度更快，降低计算机存储空间和CPU的占用。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，提出了一种新的电子海图数据转换技术，可使显示速度更快，减低存储空间的使用和CPU的占用。

有鉴于此，根据本发明的一个方面，提供了一种电子海图数据转换装置，其特征在于，包括：数据读取单元，用于读取源文件中的原始电子海图数据；数据转换单元，用于对所述原始电子海图数据进行重构和投影处理；数据存储单元，将经过重构和投影处理后的电子海图数据存储为自定义格式的电子海图数据；显示单元，用于读取所述自定义格式的电子海图数据，并根据读取的电子海图数据进行海图绘制和显示。

通过上述技术方案，简化了对原始电子海图数据进行重构和投影的处理过程，从而降低了在处理电子海图数据的过程中的CPU占用，并且按照自定义格式保存的电子海图数据可使海图的显示速度更快，操作更流畅。

在上述技术方案中，优选的，所述数据转换单元包括：重构计算子单元，按照物标的几何类型（点、线、面）、坐标、空间、属性信息，对所述原始电子海图数据进行重构运算；投影计算子单元，将重构后的电子海图数据中物标的坐标数据代入墨卡托投影转换公式中，得到投影后的平面坐标数据。

通过上述技术方案，按照物标的几何类型、空间、属性信息对原始电子海图数据进行整理分类，并不是按照顺序将所有物标点的数据堆积在一起，并对海图物标的所有坐标进行了一次投影，无需在此之后每显示一次进行投影一次，大大加快了显示处理速度。

在上述技术方案中，优选的，在对所述原始电子海图数据进行重构时，将所述原始电子海图数据中的字符型或浮点型的原始坐标数据转换为24比特整型的坐标数据。一个字符型或double型的数据需要8到10个字节，因此，在考虑上物标的空间和属性等冗余数据后，平均存储一个字符型或double型数据由8到10个字节降低到5个字节，数据存储的压缩比例达到在百分之四十到百分之五十之间，从而有效减少了对存储空间的占用和CPU的占用。

在上述技术方案中，优选的，所述自定义格式的电子海图数据包括海图的基本信息以及经过重构和投影转换后的电子海图数据。

在上述技术方案中，优选的，所述海图的基本信息包括海图的名称、用途、版本、更新版本、出版日期、更新日期、投影方法、数据编辑比例尺、范围和/或基准面，所述经过重构和投影转换后的电子海图数据包括物标的坐标数据、属性信息和/或空间信息。在该技术方案中，在保存电子海图数据时，在最大程度保证海图数据的精度的基础上，增加了物标的空间、属性信息，可使显示的电子海图信息更完整。

通过上述技术方案，可以实现一种更加完善的电子海图数据转换装置，可减低占用的存储空间和CPU内存，实现数据快速显示。对海图的增加、删除、修改、查询等操作更流畅，系统更稳定。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种电子海图数据转换方法，包括：读取源文件中的原始电子海图数据；对所述原始电子海图数据进行重构和投影处理；将经过重构和投影处理后的电子海图数据存储为自定义格式的电子海图数据；读取所述自定义格式的电子海图数据，并根据读取的电子海图数据进行海图绘制和显示。

通过上述技术方案，简化了对原始电子海图数据进行重构和投影的处理过程，从而降低了在处理电子海图数据的过程中的CPU占用，并且按照自定义格式保存的电子海图数据可使海图的显示速度更快，操作更流畅。

在上述技术方案中，优选的，对所述原始电子海图数据进行重构和投影处理的步骤具体包括：按照物标的几何类型、坐标、空间、属性信息，对所述原始电子海图数据进行重构运算；将重构后的电子海图数据中物标的坐标数据代入墨卡托投影转换公式中，得到投影后的平面坐标信息。

通过该技术方案，按照物标的几何类型、空间属性信息对原始电子海图数据进行整理分类，并不是按照顺序将所有物标点的数据堆积在一起，并对海图物标的所有坐标进行了一次投影，在此之后，无需每显示一次进行投影一次，大大加快了显示处理速度。

在上述技术方案中，优选的，在对所述原始电子海图数据进行重构时，将所述原始电子海图数据中的字符型或浮点型的原始坐标数据转换为24比特整型的坐标数据。一个字符型或double型的数据需要8到10个字节，因此，在考虑上物标的空间和属性等冗余数据后，平均存储一个字符型或double型数据由8到10个字节降低到5个字节，数据存储的压缩比例达到在百分之四十到百分之五十之间，从而有效减少了对存储空间的占用和CPU的占用。

在上述技术方案中，优选的，所述自定义格式的电子海图数据包括海图的基本信息和经过重构和投影转换后的电子海图数据。

在上述技术方案中，优选的，所述海图的基本信息包括海图的名称、用途、版本、更新版本、出版日期、更新日期、投影方法、数据编辑比例尺、范围和/或基准面，所述经过重构和投影转换后的电子海图数据包括物标的坐标数据、属性信息和/或空间信息。在该技术方案中，在保存电子海图数据时，在最大程度保证海图数据的精度的基础上，增加了物标的空间属性信息，可使显示的电子海图信息更完整。

通过上述技术方案，实现了一种主要针对电子海图数据的新的数据转换方法。与原有技术相比在保证数据的完整性和正确性的前提下，空间占有率更低，海图显示速度更快，海图显示更稳定，降低了海图数据所占空间、提高了海图的显示速度。实现了将矢量电子海图应用到之前无法应用的设备上（例如平板电脑、手机等设备）。

附图说明

图1示出了相关技术中电子海图数据处理流程图；

图2示出了相关技术中基于SENC的电子海图数据转换流程图；

图3示出了根据本发明的实施例的电子海图数据转换装置的框图；

图4示出了根据本发明的实施例的电子海图数据转换方法的流程图；

图5示出了根据本发明的实施例的电子海图数据转换示意图；

图6示出了根据本发明的实施例的电子海图数据转换方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图3示出了根据本发明的实施例的基于电子海图数据转换装置的框图。

如图3所示，根据本发明的实施例的基于电子海图数据转换装置400，可以包括：数据读取单元402，用于读取源文件中的原始电子海图数据；数据转换单元404，用于对所述原始电子海图数据进行重构和投影处理；数据存储单元406，将经过重构和投影处理后的电子海图数据存储为自定义格式的电子海图数据；显示单元408，读取所述自定义格式的电子海图数据，并根据读取的电子海图数据进行海图绘制和显示。

通过上述技术方案，简化了对原始电子海图数据进行重构和投影的处理过程，从而降低了在处理电子海图数据的过程中的CPU占用，并且按照自定义格式保存的电子海图数据可使海图的显示速度更快，操作更流畅。

在上述技术方案中，优选的，所述数据转换单元404包括：重构计算子单元4042，按照物标的几何类型、坐标、空间、属性信息，对所述原始电子海图数据进行重构运算；投影计算子单元4044，将重构后的电子海图数据中物标的坐标数据代入墨卡托投影转换公式中，得到投影后的平面坐标数据。

通过上述技术方案，按照物标的几何类型、坐标、空间、属性信息对原始电子海图数据进行整理分类，并不是按照顺序将所有物标点的数据堆积在一起，并对海图物标的所有坐标进行了一次投影，在此之后，无需每显示一次进行投影一次，大大加快了显示处理速度。

在上述技术方案中，优选的，在对所述原始电子海图数据进行重构时，将所述原始电子海图数据中的字符型或浮点型的原始坐标数据转换为24比特整型的坐标数据。一个字符型或double型的数据需要8到10个字节，因此，在考虑上物标的空间和属性等冗余数据后，平均存储一个字符型或double型数据由8到10个字节降低到5个字节，数据存储的压缩比例达到在百分之四十到百分之五十之间，从而有效减少了对存储空间的占用和CPU的占用。

在上述技术方案中，优选的，所述自定义格式的电子海图数据包括海图的基本信息以及经过重构和投影转换后的电子海图数据。

在上述技术方案中，优选的，所述海图的基本信息包括海图的名称、用途、版本、更新版本、出版日期、更新日期、投影方法、数据编辑比例尺、范围和/或基准面，所述经过重构和投影转换后的电子海图数据包括物标的坐标数据、属性信息和/或空间信息。在该技术方案中，在保存电子海图数据时，在最大程度保证海图数据的精度的基础上，增加了物标的空间属性信息，可使显示的电子海图信息更完整。

通过上述技术方案，可以实现一种更加完善的电子海图数据转换装置，可减低占用的存储空间和CPU内存，实现数据快速显示。对海图的增加、删除、修改、查询等操作更流畅，系统更稳定。

上述技术方案中，采用了一种新的数据转换方法，在保证数据的完整性和正确性的前提下，尽可能地消除数据冗余，降低了海图所占空间、提高了海图的显示速度。

接下来结合图4和图5来详细说明根据本发明的电子海图数据转换方法。

如图4所示，在步骤502，读取源文件中的原始电子海图数据，写入内存504。

在步骤506，将经过步骤514重构和步骤516投影处理后的电子海图数据存储为自定义格式的电子海图数据。

关于步骤514的数据重构过程，S-57标准格式的海图数据格式是一个顺序读取的文件格式，对数据，按物标的几何类型、坐标、空间、属性信息空间信息和属性信息进行重构运算。在重构过程中，在保证精准度的前提下，将原始坐标点数据（文本格式，一个字符型或double型的数据需要8到10个字节），转换3字节格式的坐标数据。考虑重构后需要的一些其他信息（属性、空间结构等）的存储，平均存储一个字符型或double型数据的信息由8~10个字节降低到5个字节，数据存储空间节约了近40%-50%，实现了在保证海图数据精度的前提下的有损压缩（参照图6）。

关于步骤516的投影转换过程。将内存中的电子海图数据中物标的坐标点数据代入墨卡托投影转换公式中，得到投影后的平面坐标点信息（每一个平面坐标信息的大小为24bit）。

在步骤506储存的自定义格式的电子海图数据为：海图的基本信息（名称、用途、版本、更新版本、出版日期、更新日期、投影方法、数据编辑比例尺、范围、基准面等）和经过重构投影转换后（步骤514、516）的电子海图数据信息（点、线、面物标的平面坐标点信息（24bit）、属性信息、空间信息等）。

在步骤508，在海图显示单元需显示电子海图数据时，只需加载保存的电子海图数据并供显示单元进行显示。

在步骤510，由海图管理单元进行删除海图、更新海图的海图管理。

在步骤512，显示单元406，显示海图。加载转换后的海图数据文件进行显示。

通过上述处理过程，解决了至少以下技术问题：

1、对电子海图数据不进行任何转换直接进行显示，直接利用电子海图源数据中的点、线、面等数据进行重构，对重构后的点、线、面进行投影转换到屏幕坐标之后在显示终端上进行绘制海图并显示。此过程重构和投影转换的过程将占用大量的CPU。本发明基于电子海图数据转换装置和电子海图数据转换方法，可实现在重构和投影的过程中降低字节，减小对存储空间和CPU的占用，提高了海图的显示速度,增加了对海图增删改查时系统的稳定性。

2、解决了半栅格半矢量的海图数据处理方案中，由于栅格海图是对现有纸质海图进行扫描后存储的，所占空间大，无法对海图上的物标进行查询等操作的问题。

图6示出了根据本发明的实施例的电子海图数据转换方法的流程图。

如图6所示，根据本发明的实施例的电子海图数据转换方法，可以包括以下步骤：步骤702，读取源文件中的原始电子海图数据；对原始电子海图数据进行重构和投影处理；步骤704，将经过重构和投影处理后的电子海图数据存储为自定义格式的电子海图数据；步骤706，读取自定义格式的电子海图数据，并根据读取的电子海图数据进行海图绘制和显示。

通过上述技术方案，简化了对原始电子海图数据进行重构和投影的处理过程，从而降低了在处理电子海图数据的过程中的CPU占用，并且按照自定义格式保存的电子海图数据可使海图的显示速度更快，操作更流畅。

在上述技术方案中，优选的，对原始电子海图数据进行重构和投影处理的步骤具体包括：按照物标的几何类型、坐标、空间、属性信息空间信息和属性信息，对所述原始电子海图数据进行重构运算；将重构后的电子海图数据中物标的坐标数据代入墨卡托投影转换公式中，得到投影后的平面坐标信息。

通过该技术方案，按照物标的几何类型（点、线、面）、坐标、空间、属性信息保存控件信息和属性信息对原始电子海图数据进行整理分类，并不是按照顺序将所有物标点的数据堆积在一起，并对海图物标的所有坐标将所有坐标数据进行了一次投影，在此之后，无需每显示一次进行投影一次，大大加快了显示处理速度。

在上述技术方案中，优选的，在对所述原始电子海图数据进行重构时，将所述原始电子海图数据中的字符型或浮点型的原始坐标数据转换为24比特整型的坐标数据。一个字符型或double型的数据需要8到10个字节，因此，在考虑上物标的空间和属性等冗余数据后，存储一个字符型或double型数据由8到10个字节降低到5个字节，数据存储的压缩比例达到在百分之四十到百分之五十之间，从而有效减少了对存储空间的占用和CPU的占用。

在上述技术方案中，优选的，所述自定义格式的电子海图数据包括海图的基本信息和经过重构和投影转换后的电子海图数据。

在上述技术方案中，优选的，所述海图的基本信息包括海图的名称、版本和/或出版日期名称、用途、版本、更新版本、出版日期、更新日期、投影方法、数据编辑比例尺、范围、基准面等，所述经过重构和投影转换后的电子海图数据包括物标的坐标数据、属性信息和/或空间信息。在该技术方案中，在保存电子海图数据时，在最大程度保证海图数据的精度的基础上，增加了物标的空间属性信息，可使显示的电子海图信息更完整。通过该技术方案，实现了一种主要针对电子海图数据的一种新的数据转换方法。与原有技术相比在保证数据的完整性和正确性的前提下，空间占有率更低，海图显示速度更快，海图显示更稳定，降低了海图所占空间、提高了海图的显示速度。实现了将矢量电子海图应用到之前无法应用的设备上（例如平板电脑、手机等设备）。

以上结合附图详细说明了根据本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，实现一种针对电子海图数据的新的数据转换方法，丰富了电子海图存储信息，降低了海图数据所占空间、提高了海图的显示速度。在解决了电子海图存储和显示速度等技术难点之后，可将矢量电子海图应用到之前无法应用的设备上，在一定程度上降低了产品成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。