DNC与ENC数据模型的转换方法

摘要

本发明涉及一种DNC与ENC数据模型的转换方法，包括以下步骤：(1)建立DNC与ENC数据模型之间的要素映射关系和属性映射关系，进行DNC和ENC数据模型之间要素和属性的映射转换；(2)建立DNC和ENC之间拓扑和空间数据的映射关系，进行DNC和ENC之间拓扑和空间数据的映射转换。本发明设计合理，通过建立DNC和ENC两者要素和属性的映射关系、拓扑和空间的映射关系，提出了一套DNC与ENC的完整映射模型，实现了DNC到ENC的高效、自动化、正确转换，进而为海图数据的生产和应用提供了重要的数据来源，也为不同类型海图数据的融合提供了基础，在转换率和转换效果方面有明显改善。

说明书

技术领域

本发明属于数字图形处理领域，尤其是一种DNC与ENC数据模型的转换方 法。

背景技术

DNC(Digital Nautical Chart)和ENC(Electronic Nautical Chart)是 描述矢量数字海图的两大数据模型，数据中都包含了为海上安全航行所必需的 各类要素。这两种数据模型主要存在以下差异：(1)数据用途：DNC是美军制 定的内部标准，主要面向北约；ENC则是国际海道测量组织(IHO)制定的国际 标准，面向各国船只的海上导航，倾向但不局限于商业用途；(2)数据标准： DNC数据存储遵照VPF标准，而ENC则遵照S-57标准；(3)编码体系：DNC和 ENC各自具有一套要素和属性的分类编码体系；(4)要素类型：DNC包含了点、 线、面、文本、复杂要素五种要素，而ENC中只有点、线、面三种；(5)拓扑 结构：DNC采用全拓扑结构，而ENC采用“点-链”拓扑；(6)数据组织：DNC 将单个海图数据及其索引分别存储在38类文件中，每个海图数据共分为12层， 而ENC数据则对应于一个单独的文件，并且没有分层。在海上船只导航过程中， 经常会同时使用两种数据模型，给应用带来不便，因此有必要进行数据模型的 转换。目前，通常使用Caris HPD方法进行DNC到ENC的转换，其存在的问题 是：转换率低、转换效果差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、转换率高且 转换效果佳的DNC与ENC数据模型的转换方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种DNC与ENC数据模型的转换方法，包括以下步骤：

(1)建立DNC与ENC数据模型之间的要素映射关系和属性映射关系，进行DNC 和ENC数据模型之间要素和属性的映射转换；

(2)建立DNC和ENC之间拓扑和空间数据的映射关系，进行DNC和ENC之间 拓扑和空间数据的映射转换。

而且，所述步骤(1)要素和属性的映射转换包括以下步骤：

(1)加载DNC数据；

(2)读取一个要素；

(3)根据要素类型获得相应的映射候选集；

(4)取一个映射方法；

(5)要素实例是否满足条件，是则执行转换操作，否则执行下一步；

(6)判断是否所有映射方法均已测试，是则执行步骤(7)，否则跳至步骤(4)；

(7)判断是否所有要素实例均已处理，是则处理结束，否则跳至步骤(2)。

而且，所述的DNC与ENC数据模型之间的要素映射关系包括：一对一的映 射、一对多的映射、多对一的映射和多对多的映射映射关系。

而且，所述的DNC与ENC数据模型之间的属性映射关系包括：要素无关的 映射和要素相关的映射关系。

而且，所述的步骤(2)DNC和ENC之间拓扑映射转换步骤包括：

(1)读取一个面要素，获取要素关系的瓦片以及面号FaceID以及面表中面号 为FaceID的所有环指针；

(2)读取一个环指针，从环表中获得起始边StartEdge，令CurEdge＝ StartEdge；

(3)如果CurEdge.RightFace＝Face且CurEdge.LeftFace≠Face，则CurEdge ∈Ring，且CurEdge为顺时针方向，令NextEdge＝CurEdge.RightEdge，跳转至 步骤(7)；

(4)如果CurEdge.RightFace＝Face且CurEdge.LeftFace≠Face，则CurEdge ∈Ring，且CurEdge为顺时针方向，令NextEdge＝CurEdge.RightEdge，跳转至 步骤(7)；

(5)如果CurEdge.LeftFace＝Face且CurEdge.RightFace＝Face，则CurEdge 为悬挂边，且其方向通过与上条边的连接位置判断， NextEdge∈{CurEdge.RightEdge，CurEdge.LeftEdge}，且NextEdge≠CurEdge， 跳转至步骤(7)；

(6)如果CurEdge.RightEdge＝CurEdge.LeftEdge＝CurEdge，则CurEdge为 孤立边，执行步骤(8)；

(7)如果NextEdge＝StartEdge，执行步骤(8)；否则，令CurEdge＝NextEdge， 跳转至步骤(3)；

(8)判断环指针是否均已遍历，是则处理结束，否则跳转至步骤(2)。

而且，所述的步骤(2)DNC和ENC之间空间数据的映射转换步骤包括：

(1)加载DNC的一个数据子库；

(2)从数据子库中读取一个图层，判断是否为数据质量层，是则将其写入ENC 元数据中，否则执行步骤(3)；

(3)从图层中读取下一个地理要素；

(4)读取下一个要素实例，按照要素类型分别进行转换；

(5)判断所有要素实例是否均已遍历，是则执行步骤(6)，否则跳至步骤(4)；

(6)判断要素类型均是否已遍历，是则执行步骤(7)，否则跳至步骤(3)；

(7)判断所有图层是否均已遍历，处理结束，否则跳至步骤(2)。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，通过建立DNC和ENC两者要素和属性的映射关系、拓扑 和空间的映射关系，提出了一套DNC与ENC的完整映射模型，实现了DNC到ENC 的高效、自动化、正确转换，进而为海图数据的生产和应用提供了重要的数据 来源，也为不同类型海图数据的融合提供了基础，在转换率和转换效果方面有 明显改善。

附图说明

图1是DNC要素和属性的基本映射流程；

图2是基于翼边拓扑的面几何构造算法；

图3DNC空间数据的转换流程；

图4是DNC原始数据图；

图5是利用HPD方法进行DNC到ENC转换后的效果图；

图6是利用本方法进行DNC到ENC转换后的效果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种DNC与ENC数据模型的转换方法，包括如下步骤：

步骤1、进行DNC和ENC数据模型之间要素和属性的映射转换

在本步骤中，由于DNC和ENC中要素和属性的分类编码体系是不同的，因 此，在DNC向ENC的映射过程中，必须事先建立要素和属性的映射关系，然后 进行要素和属性的映射转换，具体包括以下处理过程：

1、建立DNC与ENC数据模型之间的要素映射关系，要素映射关系包括：

(1)一对一的映射

一个DNC要素，在ENC中存在一个同等意义的要素。例如，DNC的 Fortification(防御工事)对应于ENC的FORSTC(防御工事)。

(2)一对多的映射

一个DNC要素，在不同情况下对应于ENC中不同的要素。例如，DNC中的 FC021(海上限制区)，当其属性MAC(海上面区域分类)为55时，对应于ENC 中的FAIRWY(航道)，当MAC为29时，对应于ENC中的RESARE(受限区域)。

(3)多对一的映射

由于DNC使用瓦片对数据进行物理上的分块索引，可能会出现同一要素被 不同瓦片拆分成多个要素的不合理情况，因而在要素转换完毕之后应当进行几 何节点匹配，将不该断开的要素重新连接成完整的要素。

(4)多对多的映射

一个DNC要素，同时对应于ENC中多个要素。例如，DNC中的一个Beacon (固定的助航标志)，对应于ENC中的一个BCNSPP(专通用立标)或BCNLAT(侧 面立标)或BCNISD(独立危险立标)或BCNSAW(安全水域立标)或BCNCAR(方 位立标)，同时可能需要增加一个TOPMAR(顶标)、FOGSIG(雾标)、RDOSTA(无 线电站)和LIGHTS(灯标)。

2、建立DNC与ENC数据模型之间的属性映射关系，属性映射关系包括：

(1)要素无关的映射

一个DNC属性，在ENC中存在一个同等意义的属性。例如，DNC中的OBJNAM (要素名称)对应于ENC中的NAM(名称)，以及DNC中的CCC(颜色代码分类)、 USE(用途)和MVC(高度)，等等。

(2)要素相关的映射

由于编码体系的不同，DNC要素本身所隐含的信息可能无法通过对应的ENC 要素完全表示，需要通过ENC要素的若干属性进一步区分。例如，DNC中的Tank (罐)对应于ENC的SILTNK(筒仓罐)，但是ENC中缺少SILTNK中必备属性CATSIL (筒仓罐类)的对应属性；DNC中的要素BC080(树桩)对应于ENC中的要素OBSTRN (障碍物)，显然后者无法完全表达DNC要素的信息，应当进一步将OBSTRN中 的属性CATOBS(障碍物类型)设置为1(木桩)，将属性NATCON(构造性质)设 置为6(木质)。

3、在建立DNC与ENC数据模型之间的要素映射关系和属性映射关系后，进 行DNC与ENC数据模型之间要素和属性的映射转换，在进行要素和属性的映射 转换过程中，主要考虑以下几点：

(1)在确定DNC与ENC要素之间的映射关系之后，按照要素、要素无关属 性、要素相关属性的顺序，实现要素和属性的映射。

(2)对于一个DNC要素，如助航标志，可能同时存在对应于ENC中多个不 同要素类型的映射方法，而且对应于同一个要素类型的映射方法也可能因为条 件不同而存在多个映射方法，那么应当按照要素类型进行分组处理。

(3)对于一个要素实例，映射到ENC中同一要素类型的不同映射方法中只 可能有一个满足条件。如果这些映射方法中存在默认(映射条件为空)的映射 方法，那么该默认方法只有在其它映射方法都不满足条件的情况下才能使用。

(4)对于DNC的助航标志(要素编码为Beacon或Buoy或Light  Vessel/Lightship)，DNC中一个要素可能对应ENC中多个要素，如果目标要素 中存在立标或浮标，那么必须建立立标或浮标与其它要素之间的主从关系。

如图1所示，要素和属性的映射步骤包括：

(1)加载DNC数据；

(2)读取一个要素；

(3)根据要素类型获得相应的映射候选集；

(4)取一个映射方法；

(5)要素实例是否满足条件，是则执行转换操作，否则执行下一步；

(6)判断是否所有映射方法均已测试，是则执行步骤(7)，否则跳至步骤 (4)；

(7)判断是否所有要素实例均已处理，是则处理结束，否则循环执行步骤 (2)至(7)。

步骤2、进行DNC和ENC之间拓扑和空间数据的映射转换

在本步骤中，首先需要需要对DNC和ENC的拓扑结构和数据存储模型进行 分析，然后建立DNC和ENC之间拓扑和空间数据的映射转换，具体包括以下步 骤：

1、建立DNC和ENC之间拓扑和空间数据的映射关系

由于DNC和ENC数据的拓扑结构和存储模型是不同的，因而形成了不同的 映射关系：

(1)DNC中的几何数据是分开存储的，不仅进行了分层，而且每一图层中 所有的几何数据按照地理范围放在相应的瓦片目录下，并按照点、边、面、环、 文本五种类型分开存储；而在ENC中，所有的几何数据按照点、边统一进行存 储，因此，应当对DNC数据以库为单位进行统一组织、加载。

(2)ENC中不存在文本要素和复杂要素，文本要素无法转换，而复杂要素 则需要递归分解子要素，直到所有子要素都是简单要素；

(3)面由若干个环构成，而DNC中的环只存储了起始边，环所包含的所有 组成边都隐含在边表中；而ENC中需要显式存储每个环所包含的边，为此，需 要重构DNC的面几何数据。

(4)由于一个DNC库文件是由若干幅比例尺可能不相等的海图数据组成， 比例尺差异较大的甚至相差5倍，而ENC数据要求只能使用一个比例尺。由于 DNC中DQY(数据质量)层中存储了每个图幅的范围和图名，因而应当按照图幅 范围对ENC数据进行裁切，并以相应图名命名。

(5)灯标的辐射范围在DNC中是作为一个独立的面要素，而在ENC是通过 SECTR1(光弧角度1)、SECTR2(光弧角度2)和VALNMR(理论射程)三个属性 来表示的，因而在空间数据转换完毕之后，需要利用几何匹配找到灯标辐射范 围所属的灯标要素，并将辐射范围的几何信息等价转换为灯标属性值。

2、DNC拓扑面几何的重构过程：

由于DNC使用的是翼边拓扑，与ENC的拓扑组织存在一些差异，主要体现 在环的构造方法上：

(1)每个面(Face)由若干个环构成，而每个环(Ring)由若干个边(Edge) 组成，但是这些边不仅包含正常的环组成边，还可能包含悬挂边(悬挂边被当 作内环的一部分)和孤立边(被当作独立内环)；

(2)环表(RNG)没有给出环的所有组成边，而只给出环上的任一条边(称 为起始边，记为StartEdge)，其它边通过边表(FAC)中每条边的左边(以起点 为中心，逆时针找到的第一条边，记为LeftEdge)和右边(以终点为中心，逆 时针找到的第一条边，记为RightEdge)、左面(记为LeftFace)和右面(记为 RightFace)隐式给出。

为了能够构造ENC面几何数据(不带有悬挂边和孤立边)，关键和难点是利 用已有信息得到环的组成。由于翼边拓扑按照顺时针构环，因而只要给定起始 边，即可按顺时针方向找到环的所有组成边。假定：①对任意给定的一条起始 边StartEdge，它所在的环为Ring，环所在的面为Face；②边表中任意一条边 CurEdge的下一条边为NextEdge。

如图2所示，DNC和ENC之间拓扑映射转换步骤如下：

(1)读取一个面要素，获取要素关系的瓦片以及面号FaceID以及面表中 面号为FaceID的所有环指针；

(2)读取一个环指针，从环表中获得起始边StartEdge，令CurEdge＝ StartEdge；

(3)如果CurEdge.RightFace＝Face且CurEdge.LeftFace≠Face，则 CurEdge∈Ring，且CurEdge为顺时针方向。令NextEdge＝CurEdge.RightEdge， 跳转至步骤(7)；

(4)如果CurEdge.RightFace＝Face且CurEdge.LeftFace≠Face，则 CurEdge∈Ring，且CurEdge为顺时针方向。令NextEdge＝CurEdge.RightEdge， 跳转至步骤(7)；

(5)如果CurEdge.LeftFace＝Face且CurEdge.RightFace＝Face，则CurEdge 为悬挂边，且其方向通过与上条边的连接位置判断， NextEdge∈{CurEdge.RightEdge，CurEdge.LeftEdge}，且NextEdge≠CurEdge。 跳转至步骤(7)。

(6)如果CurEdge.RightEdge＝CurEdge.LeftEdge＝CurEdge，则CurEdge 为孤立边，执行步骤(8)。

(7)如果NextEdge＝StartEdge，执行步骤(8)；否则，令CurEdge＝NextEdge。 跳转至步骤(3)。

(8)判断环指针是否均已遍历，是则处理结束，否则跳转至步骤(2)。

3、DNC和ENC空间数据的转换过程：

如图3所示，给出了空间数据转换的流程。由于DNC中存在着一些非地理 要素，例如瓦片边界、库边界、文本要素，因而不能把所有的空间数据转换至 ENC。水深要素在DNC是普通的二维点，深度值只作为其属性之一，并且每一个 水深点都是一个要素，而在ENC中，它是一个三维点，需要单独存放，并且相 同属性值的水深点群与同一个要素关联。

如图3所示，DNC和ENC空间数据的转换步骤如下：

(1)加载DNC的一个数据子库；

(2)从数据子库中读取一个图层，判断是否为数据质量层，是则将其写入 ENC元数据中，否则执行步骤(3)；

(3)从图层中读取下一个地理要素；

(4)读取下一个要素实例，按照要素类型(水深要素、复杂要素、文本要 素、点要素、面要素、线要素)分别进行转换；

(5)判断所有要素实例是否均已遍历，是则执行步骤(6)，否则跳至步骤 (4)；

(6)判断要素类型均是否已遍历，是则执行步骤(7)，否则跳至步骤(3)；

(7)判断所有图层是否均已遍历，处理结束，否则跳至步骤(2)。

下面对本发明的转换结果进行检验分析：

使用DNC数据进行转换测试，除了5个非地理要素外，Caris HPD的要素类 型转换率为80/176≈45％(实际转换类型/DNC要素类型总数)，而本方法能够达 到100％的转换率，由于DNC和ENC的显示标准略有不同，因而经过转换后的要 素显示可能有差异；同时，HPD只能支持DNC到ENC要素的一对一的映射，也不 支持复杂要素，并且在转换之后丢失了大部分属性。以助航标志为例，图4表 示原始的DNC数据，图5表示通过HPD转换得到的ENC数据，图6表示按照本 方法进行转换后的显示效果。图5与图4相比，存在雾号、顶标、灯标等要素 丢失的情况，同时由于浮标和立标的属性中缺失了表示形状的必备属性，导致 浮标和立标为未知类型，在图形上分别显示为和由于VPF的显示标准 是GeoSym，而DNC的显示标准是S-52，因而尽管属性值一样，也存在个别符号 不一致的情况，例如，在图4中的灯标都显示为而在图6中有的灯标显示 为绿色或黄色，图4中的浮标都不带灯标，而图6中的浮标都带有灯标，例如

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此 本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本 发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。