面向陆图的矢量地图显示技术

1引言

在本公众号文章《EyeUVison电子海图为海上航行点亮行程》（2020年4月17日发布）中介绍了航海雷达显示终端基于S57标准实现的电子海图显示能力，但对于陆地岸基雷达终端，往往需要进行陆图的显示。本文将基于ShapeFile格式介绍陆地矢量地图文件的组成与显示。

2 ShapeFile 矢量文件格式

S-57是由海道信息系统条件委员会提出的海道数据传输标准，是目前最具权威性的海图数据标准，对于陆图，美国环境系统研究所提出了基于ShapeFile格式的矢量数据文件，用来储存陆地地理信息特征。

ShapeFile文件由主文件(*.shp)、索引文件（*.shx）、属性表文件（*.dbf）组成，其并不存储拓扑关系，而是通过点、线、多边形来存储特征形状。

主文件是整个 ShapeFile的核心。其数据结构由固定长度的文件头以及变长的记录构成,如表 1所示。

表1 SHP文件格式

主文件头
记录头（定长）	记录内容(变长)
记录头（定长）	记录内容(变长)
…

文件头存储了文件的长度、版本、几何形体类等基本信息。记录又由记录头与记录内容组成。记录头存储了本记录的索引号和内容长度；记录内容存储了该几何形体的形状类型、部件点以及顶点数据。

索引文件是存储图形要素与属性信息索引的文件，主要起到定位的作用，其 由文件头和记录两部分组成，文件头的内容和主文件的基本一致。

属性表文件是由头记录及数据记录组成。头记录定义了该表的结构并包含与表相关的其它信息，它主要对属性文件作一些概括性描述。

3 ShapeFile支持的几何类型

ShapeFile主文件的记录内容包括目标的几何类型( ShapeType) 和具体的坐标记录( X，Y) ，记录内容因要素几何类型的不同，其具体的内容及格式都有所不同。几何类型可以分为点 ( Point) 、线( PolyLine) 和面( Polygon) 3 种类型。

点类型存储的是一组坐标( X，Y) ，其记录结构如表 2所示。

表2点类型记录格式

记录项	数值	数据类型	个数
几何类型	1	int	1
X	X坐标值	double	1
Y	Y坐标值	double	1

线类型存储的是一系列的点坐标串( X1，Y1，X2，Y2 ) 。其记录结构如表 3所示。

表3线类型记录格式

记录项	数值	数据类型	个数
几何类型	3	int	1
坐标范围	当前线坐标范围	double	4
子线段个数	构成当前线目标的子线段个数	int	1
坐标点数	构成当前线目标所包含的坐标点数	int	1
Parts 数组	每个子线段的坐标在 Points 数组中的起始位置	int	Parts 数量
Points 数组	记录了所有的坐标信息	Parts	点数量

面类型存储的是一系列封闭的坐标串( X1，Y1，X2，Y2，…，X1，Y1 )。其记录结构如表 4所示。

表4面类型记录格式

记录项	数值	数据类型	个数
几何类型	5	int	1
坐标范围	当前线坐标范围	double	4
子线段个数	构成当前线目标的子线段个数	int	1
坐标点数	构成当前线目标所包含的坐标点数	int	1
Parts 数组	每个子线段的坐标在 Points 数组中的起始位置	int	Parts 数量
Points 数组	记录了所有的坐标信息	Parts	点数量

4 ShapeFile矢量地图文件的读取

根据ShapeFile 的数据格式，可以按 ShapeFile的几何类型来创建图层， 然后逐条解析并存储 ShapeFile的主文件和属性文件记录。ShapeFile矢量地图读取流程如图 1所示。

图1 ShapeFile矢量地图文件解析流程

雷海雷达显控终端已基于ShapeFile矢量地图文件实现了陆图的显示，如图 2所示。显示信息可以根据配置选择显示的内容，如是否显示城市、乡镇、名称以及水系、铁路、公路等。

图2基于ShapeFile的矢量地图显示效果

5总结

本文以 ShapeFile 数据为基础,介绍了ShapeFile文件的基本结构，通过对该结构的解析，实现基于ShapeFile的矢量地图的读取与显示。根据海图与陆图不同场景，可以灵活切换使用，进一步的，可在S57与ShapeFile数据共享方面进行深入研究，以增强水陆信息的一体化的管理能力。

6文献参考

a)  跨平台GIS在交通共享平台建设中的应用，李闻昊；

b)  ARC/VIEW中 Shapefile 数据结构剖析及格式转换，张新宇；

c)  矢量地图在浙江电力GIS中的应用研究，钟一俊；

d)  ShapeFile格式文件写入方法研究, 柳佳佳；

e)  常用GIS数据转换方式的比较研究，李红玥；

f)  ShapeFile格式电子海图数据集成存储研究，郝燕玲。