本文關(guān)鍵詞： 空間信息多級網(wǎng)格 無縫空間數(shù)據(jù)組織 多尺度表達 電子海圖 電子海圖顯示與信息系統(tǒng)　出處：《武漢大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著電子海圖顯示與信息系統(tǒng)(ECDIS)的強制安裝、IMO e-Navigation戰(zhàn)略的實施以及海洋和海事地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的深入發(fā)展,海道測量最主要的成果電子海圖的應(yīng)用顯現(xiàn)了巨大的社會價值。但是,隨著電子海圖技術(shù)的廣泛應(yīng)用,現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的限制性也暴露無疑,難于滿足未來以提供地理信息服務(wù)為目的的應(yīng)用需求。為此,IHO于2010年頒布了S-100通用海道測量數(shù)據(jù)模型,以適應(yīng)海事和海洋領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔⒎⻊?wù)的新需求,也滿足下一代ECDIS的要求。針對這一即將到來的巨大變革,本文認為電子海圖技術(shù)的研究與應(yīng)用,應(yīng)從以“海圖”為中心向以“數(shù)據(jù)”為中心轉(zhuǎn)變,從根本上解決目前基于S-57的電子海圖技術(shù)對海事和海洋地理信息研究的束縛。本文從全球范圍電子海圖數(shù)據(jù)組織的角度,運用面向?qū)嶓w的思想方法,基于空間信息多級網(wǎng)格(SIMG)理論建立了統(tǒng)一的海事空間信息組織框架,對電子海圖數(shù)據(jù)實現(xiàn)橫向無縫與縱向多尺度的組織,以實現(xiàn)以空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的電子海圖應(yīng)用系統(tǒng)的友好的顯示用戶體驗。具體研究內(nèi)容包括： 1.深入研究了S-100通用海道測量數(shù)據(jù)模型和S-101電子海圖產(chǎn)品規(guī)范。著重分析了幾個與本文研究直接相關(guān)的內(nèi)容：框架結(jié)構(gòu)、通用要素模型、空間模式以及電子海圖的應(yīng)用模式、要素目錄、要素對象標(biāo)識、幾何要素和數(shù)據(jù)以及顯示比例尺等等。由于S-100是基于ISO19100地理信息系列標(biāo)準(zhǔn)的,可以使用傳統(tǒng)GIS領(lǐng)域成熟的理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法,并且可以為海道測量領(lǐng)域引入更多的空間信息數(shù)據(jù)源。S-100/S-101的三個新特性為本文研究提供了重要的理論基礎(chǔ)。其一是面向?qū)ο?關(guān)系的建模方法,S-100使用UML進行描述,定義了地理空間要素類以及類對象之間的關(guān)聯(lián)、聚合和組成等關(guān)系,便于要素對象的數(shù)據(jù)庫描述；其二是要素的依比例和不依比例分類,極大地方便了本文基于無比例尺概念的空間要素建模(要素實體在數(shù)據(jù)庫中只存儲一次,但可以多個尺度表達)；其三,使用顯示比例尺的概念替代了原有的編輯比例尺概念,使得多尺度表達(比例尺區(qū)間)可以從應(yīng)用需求出發(fā)進行劃分,而不是從數(shù)據(jù)角度劃分,并在此基礎(chǔ)上提出了依比例和不依比例數(shù)據(jù)集的概念。但是,基于S-100的S-101電子海圖并沒有使用空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行描述,仍然是基于海圖分幅的方法組織數(shù)據(jù),本文的研究內(nèi)容之一就是完成基于海圖分幅的ENC數(shù)據(jù)組織向無縫多尺度空間數(shù)據(jù)庫組織方式的轉(zhuǎn)換。 2.電子海圖分幅、分散和重疊的組織現(xiàn)狀,為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、海圖生產(chǎn)與管理帶來諸多的問題,難于滿足以“數(shù)據(jù)”為中心的地理信息服務(wù)的需求,本文把網(wǎng)格技術(shù)引入到海道測量領(lǐng)域的研究之中,基于我國學(xué)者李德仁院士提出的空間信息多級網(wǎng)絡(luò)(SIMG)建立海洋空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織框架,實現(xiàn)了電子海圖數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化管理,解決海圖分散、重疊的無序組織方式,提高數(shù)據(jù)的管理效率,并有利于空間數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn),解決電子海圖數(shù)據(jù)的全球共享問題。本文從分析電子海圖數(shù)據(jù)的特點入手,在充分理解SIMG的理論體系的基礎(chǔ)上,解決了電子海圖網(wǎng)格化的三個重要問題：網(wǎng)格的定義、空間要素的網(wǎng)格化和空間要素的拼合。實現(xiàn)了一種使用網(wǎng)格線作為切割線的復(fù)雜多邊形的切割算法,高效地實現(xiàn)了空間幾何要素的網(wǎng)格化和還原。 3.無縫電子海圖數(shù)據(jù)組織是海事空間信息統(tǒng)一組織框架的重要內(nèi)容之一。從電子海圖的縫隙產(chǎn)生原因及其在顯示用戶體驗上的不友好性入手,基于海事空間數(shù)據(jù)的無縫組織理論,使用空間數(shù)據(jù)庫技術(shù),對電子海圖數(shù)據(jù)實現(xiàn)管理,實現(xiàn)全球范圍的空間數(shù)據(jù)的組織與顯示。鑒于電子海圖數(shù)據(jù)來源都是分幅組織的,本文制定了電子海圖的無縫編輯規(guī)范,以保證編輯的數(shù)據(jù)能夠被很好地用于電子海圖數(shù)據(jù)庫的建庫工作。最后,基于SIMG理論,建立了要素實體的網(wǎng)格化無縫數(shù)據(jù)組織方法,在物理上保證數(shù)據(jù)存儲的高效性和快速的數(shù)據(jù)索引,同時保證在邏輯層面上網(wǎng)格化分割的透明性,即要素查詢結(jié)果和顯示是無縫的。 4.海事空間信息統(tǒng)一組織框架的另一個重要研究內(nèi)容是電子海圖的多尺度數(shù)據(jù)組織與表達。相比較傳統(tǒng)GIS空間數(shù)據(jù)而言,電子海圖數(shù)據(jù)差異性明顯：其一,電子海圖是自由分幅的、非全覆蓋的,有別于地圖的按方里網(wǎng)全覆蓋組織；其二,現(xiàn)有電子海圖數(shù)據(jù)尺度層次較少(6個航海用途,但是同一區(qū)域通常只有3到4個尺度的數(shù)據(jù)覆蓋),難于滿足自適應(yīng)、智能縮放的需要。本文采用面向?qū)嶓w的建模方法對空間要素建模,與S-100數(shù)據(jù)模型相適應(yīng),利于對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)。本文實現(xiàn)了一種面向?qū)嶓w無比例尺思想的多尺度數(shù)據(jù)組織方法,把電子海圖按用途分成6層骨架數(shù)據(jù),海圖要素統(tǒng)一存儲表達(要素只存儲一次),在實體存儲要素的多尺度幾何形狀數(shù)據(jù),依據(jù)行為多態(tài)表達其幾何形態(tài),并建立要素實體間的空間關(guān)系,以優(yōu)化要素實體的圖示表達。組織方法克服了一庫多版本多尺度建模方法數(shù)據(jù)建庫工作量大、數(shù)據(jù)冗余大和一致性維護困難的缺點,也解決了一庫一版本多尺度建模方法受地圖綜合自動化技術(shù)的限制。 5.無縫多尺度電子海圖數(shù)據(jù)的組織解決了電子海圖應(yīng)用系統(tǒng)全球數(shù)據(jù)管理與顯示的橫向和縱向連續(xù)問題,提供極佳的顯示用戶體驗。本文針對構(gòu)建這樣一種電子海圖應(yīng)用系統(tǒng)探討了一種通用的設(shè)計框架,并對其涉及的關(guān)鍵問題：網(wǎng)格數(shù)據(jù)的快速提取與輸出、經(jīng)度方向連續(xù)漫游和自適應(yīng)多尺度表達提供了設(shè)計和實現(xiàn)方法。并在我們實施的多個工程項目中使用,獲得極佳的顯示用戶體驗。
[Abstract]:With the extensive application of the electronic chart technology , the research and application of the electronic chart technology in the world has shown great social value . However , with the wide application of the electronic chart technology , the research and application of the electronic chart technology in the world is difficult to meet the requirements of the next generation ECDIS . In order to meet the demands of the next generation of ECDIS , IHO has established the unified maritime space information organization framework from the angle of the electronic chart data organization in the world , and realizes the friendly display user experience of the electronic chart application system based on the spatial database . 1 . The data model of S - 100 and the specification of S - 101 electronic chart are studied in depth . The paper focuses on the analysis of several aspects directly related to this paper : frame structure , universal element model , space model and application mode of electronic chart , element catalogue , element object identification , geometric elements and data , and display scale . Based on the analysis of the characteristics of electronic chart data , this paper puts forward three important problems of electronic nautical chart data : the definition of grid , the meshing of spatial elements and the combination of space elements . 3 . The seamless electronic chart data organization is one of the important contents of the unified organization frame of maritime space information . Based on the seamless organization theory of maritime space data , the seamless editing specification of electronic chart is established based on the seamless organization theory of maritime space data . 4 . Another important research content of the framework of the unified organization of maritime space information is the multi - scale data organization and expression of the electronic chart . 5 . The organization of seamless multi - scale electronic chart data solves the horizontal and vertical continuous problems of electronic chart application system global data management and display , and provides an excellent display user experience . In this paper , a general design framework is provided for the construction of such an electronic chart application system , and the key problems related to it are provided : the rapid extraction and output of grid data , continuous roaming of longitude direction and adaptive multi - scale expression provide design and implementation methods .

【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P208

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