基于SLD 的IHO S-52 開(kāi)源解決方案

亢孟軍 吳雨錕 張開(kāi)碩 蘇世亮 翁 敏

1 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢，430079 2 城市空間信息工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100038 3 黑龍江地理信息工程院，黑龍江哈爾濱，150081

電子海圖是開(kāi)展各種海上航行活動(dòng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是極其重要的海洋信息及數(shù)據(jù)源。其圖示表達(dá)在行業(yè)和研究中具有重要意義。但電子海圖的發(fā)展與傳統(tǒng)GIS 的發(fā)展不相適應(yīng)，具體表現(xiàn)在：①現(xiàn)行電子海圖顯示標(biāo)準(zhǔn)—— 國(guó)際海道測(cè)量組織（International Hydrographic Organization，IHO）發(fā)布的S-52［1］只面向電子航海圖，缺乏一個(gè)面向海洋地理信息全域的顯示標(biāo)準(zhǔn)［2］；②S-52 符號(hào)化過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，難以集成在常規(guī)GIS 軟件中；③S-52 與S-57［3］的 耦 合 表 達(dá) 方式限制了其開(kāi)放性和可擴(kuò)展性。 構(gòu)建S-52 的開(kāi)放解決方案，使其便于被開(kāi)源GIS 軟件集成和渲染是一項(xiàng)亟待解決的工作。

當(dāng)前對(duì)S-52 渲染解決方案的研究主要集中在符號(hào)庫(kù)的設(shè)計(jì)和渲染引擎的開(kāi)發(fā)方面。其中，符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)的相關(guān)研究熱點(diǎn)在于選擇通用、便捷的符號(hào)組織載體存儲(chǔ)海圖符號(hào)，如PostScript、TrueType、可縮放矢量圖形（scalable vector graphics，SVG ）以及在ArcGIS 符號(hào)體系基礎(chǔ)上的擴(kuò)展［4-8］，采用柵格圖片存儲(chǔ)符號(hào)也是一種備選方法，但是局限性大，僅適用于靜態(tài)的點(diǎn)狀符號(hào)［9］。SVG 作為一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的矢量圖形語(yǔ)言，具有良好的交互功能，非常適用于表達(dá)電子海圖符號(hào)［10］，本文選擇此方式組織圖元。

S-52 渲染引擎主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式：①底層開(kāi)發(fā)。解析S-57 數(shù)據(jù)，依照S-52 符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)現(xiàn)及優(yōu)化改造［11，12］，并設(shè)計(jì)渲染算法［13］及其他多種功能，集成構(gòu)建海圖綜合顯示平臺(tái)［14，15］。②開(kāi)源渲染解決思路。主要基于XML 構(gòu)建開(kāi)放式海圖符號(hào)的表達(dá)規(guī)則，并通過(guò)OpenLayers、Canvas 等開(kāi)源類庫(kù)在開(kāi)源WebGIS 軟件上搭建相關(guān)功能模塊［16］，運(yùn)用矢量瓦片提高渲染速度。底層開(kāi)發(fā)的渲染引擎通常內(nèi)嵌于系統(tǒng)，不具備良好的開(kāi)放性、共享性和數(shù)據(jù)的互操作性。而目前的開(kāi)源解決方案注重總體設(shè)計(jì)思路，對(duì)符號(hào)化規(guī)則的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)不足，并且其與現(xiàn)有開(kāi)源GIS 軟件結(jié)合不夠，技術(shù)落地仍有差距。

本文提供了一種基于開(kāi)放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會(huì)（Open GIS Consortium，OGC）定義的圖層樣式描述規(guī)范（styled layer descriptor，SLD）的S-52 開(kāi)源解決方案，通過(guò)建立S-52 與SLD 的映射及符號(hào)轉(zhuǎn)換規(guī)則，實(shí)現(xiàn)開(kāi)源GIS 軟件對(duì)S-52 符號(hào)的規(guī)則的渲染。同時(shí)，采用一張海圖配合一份SLD 配置文件的思路，在uDig 中實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)電子海圖的集成顯示。

1 SLD 與S-52 的 映 射 關(guān) 系

IHO S-52 規(guī)范符號(hào)演示庫(kù)中的復(fù)雜符號(hào)主要有4 種：①點(diǎn)符號(hào)或者是以面狀圖形中心點(diǎn)渲染的點(diǎn)符號(hào)；②復(fù)雜線型符號(hào)，線由兩個(gè)或多個(gè)不同圖元構(gòu)成；③復(fù)雜面型，以特定條紋或者圖像填充整個(gè)面狀區(qū)域；④注記符號(hào)。

SLD 是一種基于XML 的樣式描述語(yǔ)言，具有豐富的擴(kuò)展性和良好的開(kāi)放性，是一種重要的GIS符號(hào)共享方法，適用于描述復(fù)雜S-52 顯示規(guī)范符號(hào)庫(kù)［17］中的復(fù)雜符號(hào)樣式，能實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的調(diào)用渲染。SLD 定義的渲染規(guī)則均包含在標(biāo)簽下，利用其子標(biāo)簽 分別實(shí)現(xiàn)點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)、面狀符號(hào)及注記符號(hào)的渲染。其相關(guān)標(biāo)簽與屬性對(duì)應(yīng)情況如表1 所示。

表1 S-52 符號(hào)屬性與SLD 對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.1 Correspondence Between S-52 SymbolicProperties and SLD

S-52 中的復(fù)雜符號(hào)往往需要使用一個(gè)圖形或者圖形的有序組合來(lái)完成符號(hào)渲染，一個(gè)獨(dú)立的圖形稱為圖元。將S-52 轉(zhuǎn)換為SLD 并配置出電子海圖的技術(shù)流程，如圖1 所示。

圖1 S-52 與SLD 映射的技術(shù)流程Fig.1 Flow Chart of Mapping S-52 to SLD

2 關(guān)鍵S-52 符號(hào)的SLD 定義

1）簡(jiǎn)單類型。簡(jiǎn)單類型符號(hào)包括簡(jiǎn)單點(diǎn)符號(hào)、單色線符號(hào)、純色填充面符號(hào)。這些符號(hào)可使用簡(jiǎn)單的SLD 語(yǔ)句定義，它們分別由 標(biāo)簽完成渲染，并可以使用子標(biāo)簽等指定圖像及定位、虛線參數(shù)及拐角類型、填充顏色及透明度等屬性。

2）特殊點(diǎn)符號(hào)。特殊點(diǎn)符號(hào)是指將特定圖像渲染在某一點(diǎn)狀目標(biāo)上或其周圍的符號(hào)類型。S-52 主要通過(guò)符號(hào)樣式、錨點(diǎn)坐標(biāo)等屬性描述對(duì)其進(jìn)行定義?？墒褂肧LD 中的及其子標(biāo)簽通過(guò)加載 或 者 標(biāo) 簽 設(shè) 定 的 資源對(duì)象將符號(hào)渲染在指定位置，并可設(shè)置透明度、大小、旋轉(zhuǎn)角、錨點(diǎn)、偏移量以調(diào)整其顯示細(xì)節(jié)。

3）復(fù)雜線型符號(hào)。復(fù)雜線型符號(hào)是指用多個(gè)不同或同一圖元等間距沿線狀目標(biāo)渲染的符號(hào)類型。S-52主要通過(guò)符號(hào)樣式、線寬等屬性描述對(duì)其進(jìn)行定義。可使用SLD 中的多個(gè)標(biāo)簽完成渲染。其子標(biāo)簽通過(guò)標(biāo)簽指定標(biāo)簽加載圖元；通過(guò)標(biāo)簽設(shè)置起始顯示位置及顯示間隔。其中，使用設(shè)置當(dāng)前圖元寬度與該圖元渲染間隔寬度；使用設(shè)定當(dāng)前圖元的左偏移量大小。例如，ACHARES51符號(hào)由兩種圖元組合而成，其渲染效果見(jiàn)圖2。

圖2 復(fù)雜線型渲染對(duì)比（比例尺1∶25 000）Fig.2 Comparison of Complex Linestyles Rendering（Scale 1∶25 000）

4）復(fù)雜面狀符號(hào)。復(fù)雜面狀符號(hào)指邊界線是復(fù)雜線型或者需要填充點(diǎn)符號(hào)的符號(hào)類型。S-52主要通過(guò)圖元樣式、填充規(guī)則等屬性描述對(duì)其進(jìn)行定義?？墒褂肧LD 中的標(biāo)簽填充面狀符號(hào)，此時(shí)點(diǎn)狀符號(hào)會(huì)被渲染至中心點(diǎn)，通過(guò)標(biāo)簽設(shè)置圖片的偏移量；使用SLD中的標(biāo)簽渲染其邊界。例如，ENTRES51 符號(hào)由兩種圖元疊加的復(fù)雜線型符號(hào)和一個(gè)中心點(diǎn)符號(hào)疊加而成，其渲染效果見(jiàn)圖3。

圖3 復(fù)雜面型渲染對(duì)比（比例尺1∶50 000）Fig.3 Comparison of Complex Area Rendering（Scale 1∶50 000）

5）屬性依賴渲染。屬性依賴渲染是指各種符號(hào)類型需要根據(jù)物標(biāo)具體的屬性值指定不同渲染規(guī)則的渲染模式。在SLD 中控制符號(hào)渲染方式的所有標(biāo)簽需放置于一個(gè)標(biāo)簽下，標(biāo)簽可以指定標(biāo)簽，利用OGC 提供的3 種類型操作（空間操作、比較操作、邏輯操作）實(shí)現(xiàn)條件控制。可僅渲染滿足條件的目標(biāo)，因此，通過(guò)設(shè)定多個(gè)不同的標(biāo)簽，可實(shí)現(xiàn)按照屬性值渲染的目的。面狀水深渲染結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 面狀水深渲染結(jié)果對(duì)比（比例尺1∶250 000）Fig.4 Comparison of Area Water Depth Rendering（Scale 1∶250 000）

6）注記運(yùn)算渲染。注記運(yùn)算渲染是指直接渲染注記或根據(jù)屬性渲染注記的渲染模式。SLD 中包括OGC 標(biāo)準(zhǔn)提供的四則運(yùn)算和豐富的功能函數(shù)，四則運(yùn)算通過(guò)標(biāo)簽