基于AML的水文地理信息數(shù)據(jù)組織構(gòu)架研究與應(yīng)用

【摘要】隨著中國(guó)海軍的發(fā)展壯大，我們的發(fā)展策略已從近海型海軍轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域型海軍，針對(duì)海軍發(fā)展的要求和中國(guó)海戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，我們需要一種支持新型的電子信息環(huán)境的地理空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品，它將提供一個(gè)共享且最優(yōu)的矢量算法來滿足我們提出的對(duì)象、特征、比例尺和使用范圍的要求。針對(duì)這種要求，本文提出了基于AML的水文地理信息數(shù)據(jù)組織構(gòu)架，給出了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。最后軟件的運(yùn)行與調(diào)試，證明了數(shù)據(jù)產(chǎn)品滿足了海軍的戰(zhàn)略需求。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；水文地理信息；顯示標(biāo)準(zhǔn)；AML

Abstract：The simulative result describes seafloor terrain truly and acquires terrain information of local area accurately.With the development of the chinese navy，our develop strategy has been transformed from offshore navy for regional navy.Accoring to the characteristics of naval development requirements and environment model of geospatial data products.It will provide a shared vector algorithm and optimal to meet the object，we proposed feature，scale and scope of use requirements.This paper presents the GIS data organization frame based on AML ，gives the design scheme of data structure.Finally，runing and debugging software，proves that data products meet the strategic needs of the navy.

Key words：kriging interpolation；terrain reconstruction；variable function model；penetration geospatial space

在現(xiàn)代海軍在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的時(shí)候，需要經(jīng)常在重要海峽、海上主要通道、特殊海區(qū)等海域執(zhí)行任務(wù)，針對(duì)不同的作戰(zhàn)環(huán)境，需要提供更為全面的信息，因此如何提供更為全面的信息，成為目前作戰(zhàn)需要解決的關(guān)鍵問題。本文深入研究了水文地理信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和符號(hào)顯示標(biāo)準(zhǔn)，引入一個(gè)共享且最優(yōu)的矢量算法來滿足我們提出的對(duì)象、特征、比例尺和使用規(guī)范的要求。實(shí)現(xiàn)了信息顯示的全面性使用戶不必再去查閱過多的復(fù)雜的資料來獲取環(huán)境信息。

1.AML數(shù)據(jù)產(chǎn)品概述

AML是由英國(guó)承擔(dān)并開發(fā)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，AML的定義為：“AML是一個(gè)統(tǒng)一范圍內(nèi)的數(shù)字地理空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品，以滿足全部北約的非導(dǎo)航海上防衛(wèi)的需求?！边@里提到的全部信息包括除了通道和港口航行需要之外的水文地理數(shù)據(jù)，如同海洋和氣候數(shù)據(jù)一樣。目前，已有8種AML產(chǎn)品規(guī)格經(jīng)過北大西洋公約組織批準(zhǔn)，并有兩個(gè)正在籌備之中。其中包括6個(gè)矢量產(chǎn)品，4個(gè)柵格產(chǎn)品。矢量產(chǎn)品包括：（1）海洋等深線（CLB）。（2）環(huán)境，海床和海灘（ESB）。（3）海底大型目標(biāo)（LBO）。（4）海上基礎(chǔ)設(shè)施（MFF）。（5）路線、范圍（區(qū)域）和界限（RAL）。（6）海底小型目標(biāo)（SBO）。柵格產(chǎn)品包括：（1）大氣和氣象氣候（AMC）。（2）綜合水位柱（IWC）。（3）海洋網(wǎng)絡(luò)模型（NMB）。（4）海洋沉淀物（GS-ESB）每一種數(shù)據(jù)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)一種屬性集合，用于特定的軍事行動(dòng)中。

（1）海洋等深線（CLB）

CLB中包括等深線、偵察聲音和深度區(qū)域（深度在一個(gè)特定范圍的區(qū)域），在軍事上主要用于戰(zhàn)術(shù)操作、海洋操作、兩棲作戰(zhàn)等，如圖1所示。

（2）海底大型物標(biāo)（LBO）

這個(gè)產(chǎn)品包括所有的在海床上的，高度、寬度或長(zhǎng)度至少為5米的目標(biāo)。包括：失事船（或飛機(jī)）的殘骸、巖石、障礙物、海床上的設(shè)施。所有目標(biāo)都是用幾何形狀來表示其屬性的。LBO在潛深和反潛，兩棲作戰(zhàn)和魚雷作戰(zhàn)方面有著特殊的用途。如圖2所示。

（3）路線、區(qū)域和界限

RAL包含可以由點(diǎn)、線和面定義的概要特征。 RAL可以用于各種各樣的規(guī)劃和操作。具體包括以下信息：航海管理區(qū)域，軍事巡邏區(qū)域，水下運(yùn)輸航線，領(lǐng)海區(qū)域- EEZ（專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)）、漁場(chǎng)邊界區(qū)、毗鄰區(qū)，大陸架區(qū)域。如圖3所示。

2.改水文地理信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是標(biāo)準(zhǔn)制定中很重要的一部分，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定額數(shù)據(jù)對(duì)象之間的邏輯結(jié)構(gòu)以及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該在盡可能使用較少的時(shí)間與空間資源的前提下，為各種臨界狀態(tài)下的運(yùn)行提供支持。

2.1 S-57標(biāo)準(zhǔn)研究

目前，國(guó)際上通用的海圖標(biāo)準(zhǔn)是S-57標(biāo)準(zhǔn)，S-57是面向海洋地理空間實(shí)體定義的，其重點(diǎn)是利用編碼數(shù)據(jù)把實(shí)體描述完整，定義清楚。面向海圖的物標(biāo)分類，幾乎逐個(gè)對(duì)圖式的符號(hào)用物標(biāo)來定義。S-57是一個(gè)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)按ISO/IEC8211進(jìn)行封裝，8211提供了獨(dú)立于機(jī)器構(gòu)造的從一種計(jì)算機(jī)體系相另一種計(jì)算機(jī)體系傳遞數(shù)據(jù)的文件機(jī)制。一個(gè)數(shù)據(jù)交換文件由一個(gè)或多個(gè)邏輯記錄組成，每個(gè)邏輯記錄由頭標(biāo)區(qū)、目次區(qū)、字段區(qū)構(gòu)成。這種交換文件便于數(shù)據(jù)規(guī)范化傳輸，但不便于實(shí)時(shí)操作。因此任何數(shù)據(jù)生產(chǎn)或應(yīng)用系統(tǒng)都不能用它做系統(tǒng)操作內(nèi)碼。S-57的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.2 AML數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究

AML是基于已出版的和國(guó)際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，作為一種S-57結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC8211的封裝，它不會(huì)依賴于特定的軟件制造商或者交換標(biāo)準(zhǔn)，由國(guó)際水文組織制定的數(shù)字水文數(shù)據(jù)的5-57標(biāo)準(zhǔn)，用在了AML的矢量產(chǎn)品中。

3.水文地理信息符號(hào)顯示規(guī)則研究

S-57標(biāo)準(zhǔn)和AML所描述的數(shù)據(jù)模型未包含用于信息展示或顯示的任何規(guī)則，只提供了真實(shí)描述世界的方法。信息的顯示被認(rèn)為獨(dú)立于其存儲(chǔ)，所以不同的應(yīng)用必須提供其特定的顯示模式。一個(gè)表示模式通過一套表示規(guī)則定義了真實(shí)世界的信息應(yīng)當(dāng)如何在特定的應(yīng)用中加以顯示。

3.1 S- 52標(biāo)準(zhǔn)

S-52及其附錄是IHO為了確保海道測(cè)來你根據(jù)成員國(guó)提供的海道測(cè)量數(shù)據(jù)在適應(yīng)時(shí)能提高航行的安全性和有效性制定的。其結(jié)果生成了電子海圖顯示文件，即圖形顯示的命令集合。其中物標(biāo)的顯示依據(jù)特征和屬性狀態(tài)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)生成，其顯示命令的格式、參數(shù)是由圖形支持系統(tǒng)的算法所決定的。

3.2 AML符號(hào)顯示規(guī)則

在AML中，相應(yīng)的符號(hào)規(guī)則以S-52標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，MIL-PRF-89045、MIL-STD-2525B標(biāo)準(zhǔn)作為補(bǔ)充，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)共同決定了AML產(chǎn)品中的符號(hào)顯示，其流程圖如圖5所示。

3.3 MIL-PRF-89045標(biāo)準(zhǔn)

MIL-PRF-89045標(biāo)準(zhǔn)也被稱為數(shù)字顯示器的性能規(guī)格地理空間符號(hào)（GeoSym）。該標(biāo)準(zhǔn)列出了所有當(dāng)前在VPF產(chǎn)品使用指定的符號(hào)。在一些情況下，一個(gè)以上的符號(hào)表示對(duì)跨越兩個(gè)或兩個(gè)以上的產(chǎn)品相同的功能。如果是這種情況下，優(yōu)先級(jí)被賦予給在數(shù)字海圖（DNC）中使用的功能。

3.4 MIL-STD-2525B標(biāo)準(zhǔn)

MIL-STD-2525B提供了一系列的C4I符號(hào)，符號(hào)自動(dòng)化和信息傳輸?shù)木幋a方案，信息層次結(jié)構(gòu)和分類，以及技術(shù)細(xì)節(jié)，以支持系統(tǒng)。 MIL-STD-2525B是美國(guó)國(guó)防部采用標(biāo)準(zhǔn)化作戰(zhàn)符號(hào)的主要參考。

4.基于AML的水文地理信息數(shù)據(jù)的應(yīng)用

在本文中，針對(duì)不同的軍事需求，設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，并應(yīng)用在了海圖中。該數(shù)據(jù)產(chǎn)品具有以下優(yōu)勢(shì)：

⑴通過信息優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)作戰(zhàn)效能

⑵支持規(guī)劃和決策的過程

⑶提供一個(gè)戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)，能更好的利用環(huán)境

⑷提供大量可搜索的海事數(shù)據(jù)

⑸提供可與導(dǎo)航數(shù)據(jù)等用戶數(shù)據(jù)集進(jìn)行快速顯示選定的數(shù)據(jù)

⑹允許環(huán)境海事信息（地理，氣象的融合， 海洋學(xué)）與操作信息，以提供增值信息，支持戰(zhàn)術(shù)決策

下面以氣象信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品為例，介紹氣象信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，和其符號(hào)的顯示規(guī)則。

4.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

氣象信息基本單元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6所示。

4.2 符號(hào)設(shè)計(jì)

符號(hào)規(guī)則以S-52標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，對(duì)特殊的屬性信息設(shè)計(jì)了單獨(dú)的顯示符號(hào)。

圖7所顯示的是，氣壓、風(fēng)向、降水和海浪信息。圖7顯示的是氣壓信息和風(fēng)向信息，這兩種符號(hào)都屬于線狀符號(hào)，線狀符號(hào)的表達(dá)由空間物標(biāo)位置和線型決定，線型分為兩種：簡(jiǎn)單線型和復(fù)雜線型。

圖8顯示的是溫度信息和海浪信息，這兩種符號(hào)都屬于面狀符號(hào)。主要特點(diǎn)是：有自己的封閉輪廓線，含洞的多邊形有自己的內(nèi)部封閉輪廓線，面符大小按比例表示，隨顯示比例尺變化而變化。如圖8所示。

5.結(jié)論

本文分析了現(xiàn)代海軍軍事需求，分析了S-57標(biāo)準(zhǔn)和S-52標(biāo)準(zhǔn)，介紹了AML數(shù)據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和符號(hào)顯示規(guī)則，提出了制作適應(yīng)于現(xiàn)代海軍作戰(zhàn)需求的數(shù)據(jù)產(chǎn)品的理念，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。最后把該數(shù)據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用于海圖中，實(shí)現(xiàn)基于AML的水文地理信息數(shù)據(jù)解析、顯示與航海應(yīng)用。

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