引言
电子海图显示与信息系统（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｈａｒｔＤｉｓｐｌａｙａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，ＥＣＤＩＳ）是集导航计算、航线规化、航行告警、海图信息显示、船位信息、雷达信息、船舶运动参数实时计算等功能的综合海情自动化系统。
ＥＣＤＩＳ以计算机系统为核心，连接ＧＰＳ、雷达、测深等设备，集成电子海图数据库，通过不断采集船舶位置信息，动态计算航行线路，实时反映船舶行驶状态，保障船舶的安全航行。其中计算机系统是核心部分，它主要负责实时导航计算、碰撞检测和图形图像绘制计算。在ＥＣＤＩＳ中海图信息的存储与显示是相互独立的，信息的交换存储模型是基于Ｓ－５７标准，显示模型基于Ｓ－５２标准。这样为电子海图系统的设计提供了极大的灵活性，使得同一数据不需任何更改即可用于满足不同需求的显示，订制特定的显示功能。
电子海图通信态势软件，在电子海图背景上实时显示船用通信设备的通信覆盖区域，通信站点连通状态，通信质量等信息，为船用通信设备管理系统提供更加友好的态势监控界面，满足系统各种订制的通信态势显示需求。
２Ｓ－５７理论数据模型
Ｓ－５７（ＩＨＯＴｒａｎｓｆｅｒＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＤｉｇｉｔａｌＨｙ－ｄｒｏｇｒａｐｈｉｃＤａｔａ）标准是一个水文数据传输与交换的标准，其数据模型不包含用于海图图形化显示的规则，只提供描述显示世界的方法，信息的显示独立于其存储模型。Ｓ－５７标准最终目标是将对显示世界的描述转换成为可传输的文件，转换过程分为以下几个步骤：
在Ｓ５７标准的“模型概述”部分中，真实世界的实体是可以感知的对象，标准将对象抽象为数据模型，现实世界中的对象非常复杂，数据模型是对高度复杂世界的简化和抽象。根据物标的特性，数据模型将物标定义为描述特征和空间特征的组合；物标被定义为一组可标识的信息，由特征物标和空间物标组合而成。下一步将特征物标与空间物标转换为对应的数据结构，一个物标（Ｏｂｊｅｃｔ）对应一个记录（Ｒｅｃｏｒｄ），物标（Ｏｂｊｅｃｔ）中的属性（Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）对应于记录（Ｒｅｃｏｒｄ）中的域（Ｆｉｅｌｄ）。转换过程结束后，数据结构将以ＩＳＯ８２１１标准格式存储在文件中，即将Ｒｅｃｏｒｄ，Ｆｉｅｌｄ等数据结构最终存储到二进制文件中。
数据模型中物标分为特征物标和空间物标，特征物标只包含对象的基本描述信息，不包括地理信息，空间物标包含对象的地理信息（如经纬度、高度等信息）。
数据结构中最基本的单位是子域（ｓｕｂＦｉｅｌｄ），一或多个子字段组成字段；一个或多个域（Ｆｉｅｌｄ）组成记录（Ｒｅｃｏｒｄ）；一个或多个记录构成文件（Ｆｉｌｅ）；一个交换集（ＤａｔａＥｘｃｈａｎｇｅＳｅｔ）由一个或多个文件组成。记录分为五种：数据集描述（ＤａｔａＳｅｔＤｅ－ｓｃｒｉｐｔｉｖｅ）记录、目录（Ｃａｔａｌｏｇｕｅ）记录、数据字典（ＤａｔａＤｉｃｔｉｏｎａｒｙ）记录、特征（Ｆｅａｔｕｒｅ）记录、空间（Ｓｐａｔｉａｌ）记录。Ｓ－５７数据结构实现上采用树形结构。不同记录和字段中的信息由专门的指针字段关联。ＲＣＮＭ和ＲＩＣＤ子字段标识共同作为记录的标识。
Ｓ－５７格式文件使用ＩＳＯ／ＩＥＣ８２１１作为物理封装标准，ＩＳＯ／ＩＥＣ８２１１是基于文件的数据交换格式，实现不依赖具体计算机系统的数据交换。ＩＳＯ／ＩＥＣ８２１１是一个以文件为基础的交换格式，其基本结构是逻辑记录。
３Ｓ－５２显示标准
Ｓ－５２标准中电子海图的显示模式的规定分为两大部分，一是电子海图表示库，包括色彩编码表、符号库（点、线、面）、符号化指令集、物标—符号查找表以及条件符号化过程；二是显示生成器，在Ｓ－５２表示库的各项内容的基础上，把按Ｓ－５７标准结构化编码组织的数据以正确的形式显示。电子海图绘制算法，遍历Ｓ－５７数据中的物标对象，提取物标属性，在检索表中根据物标属性查找相应的符号化绘制指令，该绘制指令从符号库中载入符号，从颜色表中获取对应的颜色，进行绘制
Ｓ５２标准主要由三个部分构成，第一部分对电子海图的改正问题做出了详细的规定，给出了海图改正的方法和流程；第二部分描述了ＥＣＤＩＳ屏幕上电子海图的颜色及符号的使用细节；第三部分定义了ＥＣＤＩＳ的相关术语。其中，第二部分的《颜色和符号规范说明》是该标准的重要部分，它确定了ＥＣＤＩＳ表达ＳＥＮＣ信息的方法和意义。
此外，Ｓ－５２标准还包括两个附件和三个附录，分别如下：
１）附件ＡＳ－５２与ＩＭＯＥＣＤＩＳ性能标准参考
２）附件ＢＩＭＯＥＣＤＩＳ性能指标
３）附录１电子航海图更新指南
４）附录２ＥＣＤＩＳ色彩与符号详细规定
５）附录３ＥＣＤＩＳ技术相关术语集
４电子海图通信态势软件系统设计
本文研制开发了电子海图通信态势软件系统，系统模块图如图３所示。
主要分为地图控件模块、地图渲染模块、电子海图数据源、地图图层模块、Ｓ５２符号模块、通信态势绘制模块等几个模块。
地图控件模块封装了地图控件的基本功能、如漫游、缩放、标注、距离测量、加载地图文件等功能。地图渲染模块进行海图的绘制工作，将解析完的海图物标数据结构，绘制到地图控件上。海图数据源模块将Ｓ５７格式的海图文件解析为基于ＯＲＧ格式的标准图层数据结构，以供地图渲染模块进行绘制操作。由于Ｓ５７格式的海图数据是基于物标的文件格式，而ＯＲＧ库中的地图图层是基于地理位置属性的，地图图层模块是将ＯＲＧ库解析的Ｓ５７图
４．１地图控件模块
地图控件模块类ＭａｐＣａｎｖａｓ封装了地图控件的基本功能，如漫游、缩放、标注等功能。
基本接口函数如下：
ｓｅｔＥｘｔｅｎｔ：设置地图范围，在加载完海图数据后，计算出整张海图所包括的区域面积，调用该接口设置地图控件显示的海图区域；
ｚｏｏｍＩｎ：放大地图，当滚动鼠标时，进行地图放大操作；
ｚｏｏｍＯｕｔ：缩小地图，当滚动鼠标时，进行地图缩小操作；
ｐａｎ：地图漫游，拖动鼠标时，移动地图；
ｍａｐＴｏＳｃｒｅｅｎ：地图坐标转屏幕坐标，在进行地图绘制时，将地理位置坐标转换为屏幕坐标，进行绘制；
ｓｃｒｅｅｎＴｏＭａｐ：屏幕坐标转地图坐标，在进行地图交互操作，如实时显示鼠标当前经纬度时，将鼠标屏幕坐标转换为地理位置坐标；
ｓｅｔＶｉｅｗＰｏｒｔ：设置屏幕视图，屏幕视图以像素为单位。
４．２地图图层模块
电子海图系统将物标数据根据地理属性划分为不同的地图图层类Ｓ５７ＭａｐＬａｙｅｒ，Ｓ５７地图数据是基于物标，图层信息是基于特征的，Ｓ５７数据解析完成后生成的几何属性会加入到对应的图层中。
４．３电子海图数据源
电子海图数据源类Ｓ５７ＤａｔａＳｏｕｒｃｅ定义解析Ｓ５７海图文件，Ｓ５２表示库文件的方法和数据结构，解析后的数据结构。地图数据模型采用分层模型层数据结构ＯＲＧＭａｐＬａｙｅｒ转换为Ｓ５７物标图层数据结构Ｓ５７ＭａｐＬａｙｅｒ。Ｓ５２符号模块用于管理物标绘制时所需的样式信息。通信态势绘制模块用于在海图上绘制通信站点的连通状态，通信覆盖范围等信息。系统的ＵＭＬ类图如图４所示。
结构，物标的显示与地图的放大尺寸存在一定关系，物标在不同的地图放大级别上显示效果不一样，数据源中的ｓｃａｌｅＩｔｅｍＧｒｏｕｐｓ是根据物标显示阈值将相同显示阈值的物标进行归类；ｓｙｍｂｏｌｓ用于保存Ｓ５２解析后的样式名称与样式结构的映射关系，在绘制物标时，根据样式名称动态查找对应的样式结构进行绘制。
数据源类的基本接口函数如下：
ｐａｒｓｅＤｒａｗＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ：解析动态绘制指令；
ｐａｒｓｅＬｏｏｋｕｐＬｉｎｅ：解析检索表行；
ｐａｒｓｅＬｏｏｋｕｐｓ：解析检索表，创建检索表样式ＣｈａｒｔＳｔｙｌｅ；
ｐａｒｓｅＳ５２Ｓｙｍｂｏｌｓ：解析Ｓ５２样式文件Ｓ５２ＲＡＺＤＳ．ＲＬＥ，生成Ｓ５２显示结构Ｓ５２Ｓｙｍｂｏｌ；ｔｒａｎｓｌａｔｅＣｈａｒｔＳｔｙｌｅ：使用条件符号；
ｇｅｔＬａｙｅｒＳｔｙｌｅ：获取图层样式；
ｇｅｔＣｏｍｐｌｅｘＳｙｍｂｏｌ：拼接复杂符号，Ｓ５２的符号绘制指令非常复杂，该函数是根据Ｓ５２的绘制指令生成相应的图标文件，以便重复绘制，避免重复解析绘制指令的开销，提高绘制效率。Ｓ５７海图数据的加载流程如表１所示。
地图图元项类ＭａｐＣａｎｖａｓＩｔｅｍ定义地图图元的基本特性，包括画笔、画刷、颜色等信息，解析地图物标得到相应的样式信息，根据物标几何属性创建对应的地图图元，并将样式信息转换为绘制的笔画、填充、颜色等信息。海图图元分为以下几种：
１）图片图元：ＭａｐＣａｎｖａｓＩｍａｇｅＩｔｅｍ
２）线图元：ＭａｐＣａｎｖａｓＬｉｎｅＩｔｅｍ
３）多边形图元：ＭａｐＣａｎｖａｓＰｏｌｙｇｏｎＩｔｅｍ
４）多边线图元：ＭａｐＣａｎｖａｓＰｏｌｙｌｉｎｅＩｔｅｍ
５）文字图元：ＭａｐＣａｎｖａｓＴｅｘｔＩｔｅｍ
４．４电子海图渲染模块
海图渲染类ＭａｐＣａｎｖａｓＲｅｎｄｅｒｅｒ定义海图绘制方法和流程，自定义标识符的绘制方法，海图图片数据导出方法，是整个电子海图通信态势软件最核心的模块，其中海图绘制流程如下。
１）遍历图层Ｓ５７ＭａｐＬａｙｅｒ＊ｌａｙｅｒ；
２）遍历图层中的图元ＭａｐＣａｎｖａｓＩｔｅｍ＊ｃａｎ－ｖａｓＩｔｅｍ；
３）判断图元类型，如果为文字图元，进入４），如果为图片图元，进入５），如果为线型图元，进入６），如果为多边形图元，进入７）；
４）调用ｒｅｎｄｅｒＴｅｘｔＩｔｅｍ进行文字图元绘制；
５）调用ｒｅｎｄｅｒＩｍａｇｅＩｔｅｍ进行图片图元绘制；
６）调用ｒｅｎｄｅｒＬｉｎｅＩｔｅｍ进行线型图元绘制；
７）调用ｒｅｎｄｅｒＰｏｌｙｇｏｎＩｔｅｍ进行多边形图元绘制；
８）绘制自定义标识符ｃａｎｖａｓＭａｒｋｅｒ，绘制通信态势标识符，经纬度标识符。
４．５Ｓ－５２符号模块
Ｓ５２符号表示文件Ｓ５２ＲＡＺＤＳ．ＲＬＥ中定义了每个物标对应的Ｓ５２绘图指令；条件符号化的指令将物标的绘制操作定义为简短的绘制指令，渲染模块在绘制时，动态解析该指令为基本绘制命令，转移到相应的基本绘制回调函数中绘制，该文件中大致包含如下几项：
１）Ｃｏｌｏｒ－ｔａｂｌｅｓ：记录的是Ｓ５２标准下各种显示模式的基准色；
２）Ｌｏｏｋｕｐｓ：记录的是各种类型Ｓ５２标准的点线面绘制；
３）Ｌｉｎｅ－ｓｔｙｌｅｓ：记录的是各种线型；
４）Ｐａｔｔｅｒｎｓ：记录的是各种类型图案的绘制；
５）Ｓｙｍｂｏｌｓ：记录的是各种类型符号的绘制；
这几部分的关系是：Ｌｏｏｋｕｐｓ提供总体绘制方法，在绘制方法中调用其它部分的定义实现最终的绘制。也就是说，一个ｏｂｊ对象的绘制，首先需要定位到它属于Ｌｏｏｋｕｐｓ中的哪一类，再根据Ｌｏｏｋ－ｕｐｓ的记录查找线、图案、符号和颜色完成绘制和填充。
４．６通信态势模块
通信态势软件一般需要绘制通信站点标识，通信链路状态，通信区域范围等信息，在传统海图软件刷新界面性能较慢，而通信态势的变化频繁，要求软件必须迅速绘制通信状态，因此软件设计了地图标识符类ＭａｐＣａｎｖａｓＭａｒｋｅｒ，用户可以自定义通信标识符，在海图界面不变化时，程序直接绘制缓存的海图图片，在图片上绘制地图标识符，这样绘制速度会得到极大提升。
ＭａｐＣａｎｖａｓＭａｒｋｅｒ的定义如下：
ｃｌａｓｓＭａｐＣａｎｖａｓＭａｒｋｅｒ｛
ＱＬｉｓｔ＜ＱＰｏｉｎｔＦ＞ｐｏｉｎｔｓ；／／点
ＱＬｉｓｔ＜ＱＬｉｎｅＦ＞ｌｉｎｅｓ；／／线
ＱＬｉｓｔ＜ＱＰｏｌｙｇｏｎＦ＞ｐｏｌｙｌｉｎｅｓ；／／多边线
ＱＬｉｓｔ＜ＱＰｏｌｙｇｏｎＦ＞ｐｏｌｙｇｏｎｓ；／／多边形
ＱＬｉｓｔ＜ＱＲｅｃｔＦ＞ｃｉｒｃｌｅｓ；／／圆形
ＱＬｉｓｔ＜ＱＲｅｃｔＦ＞ｒｉｎｇｓ；／／圆环｝；
基本接口函数如下：
ｓｅｔＡｌｐｈａ：设置透明度；
ｓｅｔＬｉｎｅＷｉｄｔｈ：设置线宽度；
ｓｅｔＰｏｉｎｔＳｉｚｅ：设置点符号大小；
ｓｅｔＯｕｔｌｉｎｅＣｏｌｏｒ：设置轮廓颜色；
ｓｅｔＦｉｌｌＣｏｌｏｒ：设置填充颜色；
屏幕标识符类ＭａｐＳｃｒｅｅｎＭａｒｋｅｒ区别于地图标识符，屏幕标识符是基于屏幕坐标，的标识符，例如经纬度的显示，比例尺、导航条等控件的绘制，都是基于屏幕坐标，用户以底图为背景，添加其它需要前置显示的内容，如雷达扫描图、战场态势、告警信息等。
ＭａｐＳｃｒｅｅｎＭａｒｋｅｒ定义：
ｃｌａｓｓＭａｐＳｃｒｅｅｎＭａｒｋｅｒ｛
ＱＬｉｓｔ＜ＱＰｏｉｎｔＦ＞ｐｏｉｎｔｓ；／／点
ＱＬｉｓｔ＜ＱＬｉｎｅＦ＞ｌｉｎｅｓ；／／线
ＱＬｉｓｔ＜ＱＰｏｌｙｇｏｎＦ＞ｐｏｌｙｌｉｎｅｓ；／／多边线
ＱＬｉｓｔ＜ＱＰｏｌｙｇｏｎＦ＞ｐｏｌｙｇｏｎｓ；／／多边形
ＱＬｉｓｔ＜ＳｃｒｅｅｎＴｅｘｔ＞ｔｅｘｔｓ；／／文字｝；
屏幕标识符类的基本接口函数与标识符类一致。
电子海图通信态势软件的实际效果图如图５。
５结语
本文结合Ｓ－５７，Ｓ－５２标准，采用ＧＤＡＬ，ＯＧＲ库读取标准的Ｓ５７格式文件，自主开发了基于Ｓ５２标准的海图渲染控件，不足之处在于，海图Ｓ５２的符号化指令过于复杂，可读性差，不利于订制个性化的显示方案，后期考虑将Ｓ５２的符号绘制指令ＸＭＬ格式化，便于修改。另外对于电子海图格式目前只支持Ｓ－５７格式的数据，对基于ＣＭ９３等其余格式的支持不够
