CN101908202B - 一种电子海图的快速显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种电子海图的快速显示方法。第一步，海图初始化设置；第二步，建立海图文件管理类；第三步，内存位图绘制；第四步，用双缓冲池将拼图时会出现的海图数据文件预先读入内存，对调入的海图设定权值，根据权值删除文件，更新缓冲区，查找内存中海图顺序。本发明采取内存位图策略，避免了移动过程中持续重绘，加快了海图移动速度；基于双缓冲池策略，在海图缩放操作过程中，可快速调用新海图，提高显示速度；支持国际标准S-57格式电子海图的快速显示，具有较强的实用性。

Description

一种电子海图的快速显示方法

技术领域

本发明涉及的是一种地理信息的显示方法，特别涉及一种国际标准S-57格式电子海图快速显示方法。

背景技术

电子海图系统(Electronic Chart System，ECS)是随着航海事业及科技的发展而产生的一种集成式的实时导航信息系统，被认为是继雷达/ARPA之后近10年来在航海领域又一项伟大的技术革命。按照国际海道测量组织(IHO)的定义：电子海图系统是一种将海图信息、定位信息、雷达信息、船舶动态参数集于一体的图文并茂的航海自动化系统。它由电子海图数据文件、控制显示设备、专用软件和外接传感器构成。国内各个厂商也推出了许多ECDIS系统，但这些ECDIS采用的电子海图数据均采用自己的格式，导致各个厂商之间的ECDIS系统的电子数据无法通用，降低了系统的通用性和兼容性。为此国际海道测量组织(IHO)于1992年通过了《S-57篇IHO数字测量数据传输标准》，该标准旨在对各国海道部门之间用于交换数字化海道数据以及将这些数据传递给生产厂商、航海者和其它数据用户的标准加以说明。

电子海图系统作为海洋信息的显示平台，可以详尽的描述指定海域的实际地物特征信息。随着电子海图技术的日益发展，其应用领域不断扩大。电子海图是以地图数据为基础，通过一定的硬件和软件在电子屏幕上显示可视的地图，电子海图是反映空间信息特征的一种有效方式，与数据库技术、多媒体技术、超文本技术等相结合，得到了广泛的应用，电子海图的显示速度直接影响着用户对相关开发软件的信任程度，快速显示能给用户带来良好的效果。

在电子海图快速显示方法研究方面，CNKI数据库中收录的张勇刚的论文《电子海图快速拼图显示技术研究》中，提出电子海图快速拼图原理和方法。主要针对影响海图调图速度的瓶颈——读文件操作和画图操作，提出了解决方法。首先采用文件索引管理，减少对硬盘的读写操作；其次采用内存位图拷贝方法，减少海图实时更新过程中重画海图的次数。

然而该论文中并没有针对海图缩放过程中快速读取文件提出改进，当缩放到要更换图时才开始重新搜索海图，产生延时现象。另外，论文解决的不是国际标准S-57海图快速显示问题，因此实用性较弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能加快了海图移动速度，提高显示速度，支持国际标准S-57格式电子海图，具有较强实用性的电子海图的快速显示方法。

本发明的目的是这样实现的：具体实施步骤包括：

步骤1：海图初始化设置

在更换海图的前提下，以海图初始显示比例为当前基准，每次缩放以1.5倍为单位，最大放大4倍，缩小最小为0.5倍，超出如上所述范围，则搜索下一比例尺海图；

步骤2：建立海图文件管理类

(1)创建海图索引文件：通过读取海图文件的文件头，得到海图的基本要素值，建立一个海图索引文件，将读取的数据以结构体的方式存入索引文件中，结构体要素包括：图ID号、图名、南北西东坐标、比例尺、坐标乘数因子、3D水深乘数因子；

(2)建立比例尺链表结构体ScaleNode：将按照比例尺从大到小建立十字链表，对海图索引文件进行遍历，排序生成最终的海图索引文件，结构体MapNode包含海图基本数据结构体和preNode、nextNode指针；

步骤3：内存位图绘制

现有系统中的海图显示视口为1024*768像素大小，视口在x，y方向上的宽和高分别为length_x、width_y，首先在内存中开辟一块大小为屏幕4倍大小矩形区域的即宽高分别为2*length_x，2*width_y，面积为(2*length_x)*(2*width_y)，海图移动时，并不重绘屏幕，而只将内存位图移动到当前屏幕视口，在鼠标移动海图完成后，更新位图；

步骤4：双缓冲池

在内存中构造两个缓冲池：移动缓冲池和缩放缓冲池，用来将拼图时会出现的海图数据文件预先读入内存，对调入的海图设定权值，根据权值删除文件，更新缓冲区，查找内存中海图顺序，先从移动缓冲池中查找，其次在从缩放缓冲池中查找，若不在读入相应内存；

1、针对移动海图缓冲池管理方法如下：

建立一个大小为5的指针数组，作为内存海图文件的索引表，由海图索引文件管理类将需要拼图的进行计算，判断相交区域，确定需要拼图，将其放入内存海图文件索引表中，拼图方法为：

(1)根据当前显示海图的比例尺，从海图索引文件管理类中索引该比例尺链表的表头查找，读出海图基本信息，得到海图边界南北西东的大地坐标，构成包含此海图区域的最小矩形；

(2)拼图策略将使用内存位图进行判断，将内存位图矩形坐标转换为同一坐标系下的坐标，这里统一转换为大地坐标，判断两矩形是否相交，相交则将其读入缓冲池海图索引文件的索引表中；

(3)对每一幅海图设置一个优先权值，优先级取决于此海图在绘制中被调用的次数，优先级的取值范围为{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9}，每次更新绘图时，首先将内存中所有海图的优先权值减1，然后在绘图过程中将用到的每一幅海图由显示的优先级设为9，每次读入时的优先权值初值赋为5，若优先权值＜0，则赋予优先权值＝0；

2、针对缩放海图缓冲池管理方法如下：

(1)以海图放大情况考虑，相对初始显示海图，第一次点击为1.5倍，第二次为2.25倍，第三次为3.375倍，第四次为5.0625倍，将被强制赋值为4倍，否则搜索更大比例尺海图，设置一个哨兵，用于判定是否超过该值，设为3.3；

(2)以海图缩小情况考虑，相对初始显示海图，第一次点击为0.67倍，下一次点击为0.44倍，将被强制赋值为0.5倍，若图形已放大至4倍大小，第一次为2.67倍，第二次为1.78倍，第三次为1.18倍，第四次为0.79倍，第五次为0.53倍，第六次点击为0.35倍，将被强制赋值为0.5倍，否则搜索更大比例尺海图，设置一个哨兵，用于判定是否小于该值，设为0.7；

(3)对每一幅海图设置一个优先权值，优先级的取值范围为{0，1，2，3，4，5}，每次和哨兵值进行判断，需要读入数据时，首先将内存中所有海图的优先权值减1，然后在绘图过程中将用到的每一幅海图由显示的优先级设为5，每次读入时的优先权值初值赋为3，若优先权值＜0，则赋予优先权值＝0。

本发明的要点主要体现在：

1、设计了海图数据文件管理类。该海图文件管理类，可以更方便地进行文件查找，在拼图时快速遍历海图文件；针对不同比例尺海图，建立了双向十字链表索引结构对不同比例尺海图进行管理。

2、内存位图策略。内存位图策略主要是为加快海图移动速度设计的，设置一个4倍屏幕大小的位图，将所画的海图显示在位图中心。在海图移动的过程中并不重绘，待移动完成后再重绘，可避免移动过程中持续重绘。

3、双缓冲池策略。双缓冲池策略是为加快缩小和放大海图的显示速度，将所需要的海图进行预先读取，分别放入不同的内存缓冲池中。一个缓冲池用于存放当前比例尺的海图，便于海图在移动后直接从内存中读取海图数据，以便快速拼图显示；另一个用于存放海图缩放后要用到的海图，便于快速调用显示。

本发明的有益效果为：采取内存位图策略，避免了移动过程中持续重绘，加快了海图移动速度；基于双缓冲池策略，在海图缩放操作过程中，可快速调用新海图，提高显示速度；支持国际标准S-57格式电子海图的快速显示，具有较强的实用性。

附图说明

图1为本发明所述的双向十字链表图。

图2为本发明所述的内存位图策略示意图。

图3为本发明所述的双缓冲池策略流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

步骤1：海图初始化设置

限制海图最小最大缩放范围，同一幅海图放大4倍后已显示该图所有要素，再放大已没有意义，若继续放大就得进行更大比例尺海图的搜索，这样显示才有意义；缩小同理，缩小两次至原始比例的0.5倍，就应搜索更小比例尺海图，所以对海图缩放给出限制，在更换海图的前提下，以海图初始显示比例为当前基准，每次缩放以1.5倍为单位，最大可放大4倍，缩小最小为0.5倍，超出如上所说范围，则搜索下一比例尺海图。

步骤2：建立海图文件管理类

建立海图文件管理类，主要是为了管理所有海图数据文件。需要读取每一幅海图的基本信息时，并不需每幅海图所有信息都读取一遍，这样非常耗时，并且在计算拼图时也没必要全部知道要素信息，仅需要知道几个关键信息就可以。

设计海图文件管理类，需要以下两个步骤：

(1)创建海图索引文件，通过读取海图文件的文件头，可得到海图的基本要素值。建立一个海图索引文件，将读取的数据以结构体的方式存入索引文件中，结构体要素：图ID号、图名、南北西东坐标(为大地坐标)、比例尺、坐标乘数因子、3D水深乘数因子。

(2)建立比例尺链表结构体ScaleNode，将按照比例尺从大到小建立十字链表，对海图索引文件进行遍历，排序生成最终的海图索引文件。结构体MapNode包含海图基本数据结构体和preNode、nextNode指针，可参见图1。

整个文件链表是从TopNode开始，TopNode指向的比例尺最大的ScaleNode结构变量。每一种比例尺的海图都对应一个Scalenode。ScaleNode通过保存MapNode的指针firstnode和TailNode来维持一个相应比例尺海图的双向链表。不同比例尺海图的ScaleNode也使用另一条双向链表连接在一起，并且按照比例尺大小排序。越靠近topNoded的ScaleNode对应的海图比例尺越大。根据已定义的结构和指针，就可以遍历所有文件，在有比例尺作为指导时，搜索速度也较快。

步骤3：内存位图绘制

现有系统中的海图显示视口为1024*768像素大小，设视口在x，y方向上的宽和高分别为length_x、width_y，首先在内存中开辟一块大小为屏幕4倍大小矩形区域的即宽高分别为2*length_x，2*width_y。面积为(2*length_x)*(2*width_y)，海图移动时，并不重绘屏幕，而只需将内存位图移动到当前屏幕视口，在鼠标移动海图完成后，更新位图。这样屏幕更新速度快而且后台内存位图的更新、重绘在移动图形后进行，用户感觉不到画图工作的存在，这就可以得到很好的调图速度和画图效果。设置内存作图面积大于显示窗口的大小，未更新内存位图与更新后内存位图有大量的重合。位图无需过大，4倍屏幕视口大小可限定鼠标每次最大移动限定为x方向512像素、y方向384像素。设为4倍屏幕大小，最大可进行半屏移动，移动图形时移动半屏，用户完全能接受，这样可以让拼图时减少拼图的数量，从而提升调图显示速度。

步骤4：双缓冲池策略

在内存中构造两个缓冲池：移动缓冲池和缩放缓冲池，用来将拼图时会出现的海图数据文件预先读入内存，对调入的海图设定权值，根据权值删除文件，更新缓冲区。查找内存中海图顺序，先从移动缓冲池中查找，其次在从缩放缓冲池中查找，若不在(平移、缩放方式)读入相应内存。

1、针对移动海图缓冲池管理方法如下：

建立一个大小为5的指针数组，作为内存海图文件的索引表，由海图索引文件管理类将需要拼图的进行计算，判断相交区域，确定需要拼图，将其放入内存海图文件索引表中，拼图算法如下：

(1)根据当前显示海图的比例尺，从海图索引文件管理类中索引该比例尺链表的表头查找，读出海图基本信息，得到海图边界南北西东的大地坐标，构成包含此海图区域的最小矩形。

(2)拼图策略将使用内存位图进行判断，将内存位图矩形坐标转换为同一坐标系下的坐标，这里统一转换为大地坐标，判断两矩形是否相交，相交则将其读入缓冲池海图索引文件的索引表中，可参见图2。

(3)对每一幅海图设置一个优先权值(priority)，优先级取决于此海图在绘制中被调用的次数，优先级的取值范围为{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9}，每次更新绘图时，首先将内存中所有海图的权值(priority)减1，然后在绘图过程中将用到的每一幅海图由显示的优先级设为9，每次读入时的权值(priority)初值赋为5，若priority＜0，则赋予priority＝0。这样确保当前最后用到的海图优先级最高。删除海图内存文件选择权值最小的进行淘汰。

2、针对缩放海图缓冲池管理方法如下：

无极缩放指的就是：比例尺越小，信息量越少；比例尺越大，信息量越多。通过不同比例尺地图自动的切换显示信息变化，通过缩放来调用下一层的。比例尺缩放的一个基本要求就是视口的中心地理位置不变化，例如：点击放大时，视口的地理范围变小，以当前点击点为中心，按放大系数放大，若显示比例尺超出限定的范围，则需要切换海图。针对海图缩放建立一个大小3指针数组，作为第二个内存海图文件的索引表，此时需要判断何时开始搜索海图数据文件，以确保比较有效的搜索。

(1)以海图放大情况考虑，相对初始显示海图，第一次点击为1.5倍，第二次为2.25倍，第三次为3.375倍，第四次为5.0625倍，将被强制赋值为4倍(若无更大比例尺海图)，否则搜索更大比例尺海图。设置一个哨兵，用于判定是否超过该值，设为3.3，连续三次点击放大就应该读取大比例尺海图，因为下一次操作是放大的操作的概率最大。搜索到第一幅包含鼠标点击点(将其转换为大地坐标)海图，避免重复出现同一比例尺，多重包含情况，更换海图。

(2)以海图缩小情况考虑，相对初始显示海图，第一次点击为0.67倍，下一次点击为0.44倍(若无更小比例尺)，将被强制赋值为0.5倍，若图形已放大至4倍大小，第一次为2.67倍，第二次为1.78倍，第三次为1.18倍，第四次为0.79倍，第五次为0.53倍，第六次点击为0.35倍(若无更小比例尺)，将被强制赋值为0.5倍，否则搜索更大比例尺海图。设置一个哨兵，用于判定是否小于该值，设为0.7，连续四次点击缩小就应该读取小比例尺海图，因为下一次操作是缩小的操作的概率最大，操作者意图很有可能时缩小海图选择小比例尺海图。搜索到第一幅包含鼠标点击点(将其转换为大地坐标)海图，避免重复出现同一比例尺，多重包含情况，以便按顺序缩小海图，更换海图。

(3)对每一幅海图设置一个优先权值，优先级的取值范围为{0，1，2，3，4，5}，每次和哨兵值进行判断，需要读入数据时，首先将内存中所有海图的权值(priority)减1，然后在绘图过程中将用到的每一幅海图由显示的优先级设为5，每次读入时的权值(priority)初值赋为3，若priority＜0，则赋予priority＝0。这样确保当前最后用到的海图优先级最高。删除海图内存文件选择权值最小的进行淘汰。

Claims (3)

1.一种电子海图的快速显示方法，其特征是具体实施步骤包括：

步骤1：海图初始化设置

在更换海图的前提下，以海图初始显示比例为当前基准，每次缩放以1.5倍为单位，最大放大为初始显示比例的4倍，缩小最小为初始显示比例的0.5倍，超出如上所述范围，则搜索下一比例尺海图；

步骤2：建立海图文件管理类

(1)创建海图索引文件：通过读取海图文件的文件头，得到海图的基本要素值，建立一个海图索引文件，将读取的数据以结构体的方式存入索引文件中形成海图基本数据结构体，结构体要素包括：图ID号、图名、南北西东坐标、比例尺、坐标乘数因子、3D水深乘数因子；

(2)建立比例尺链表结构体ScaleNode：将按照比例尺从大到小建立十字链表，对海图索引文件进行遍历，排序生成最终的海图索引文件；结构体MapNode包含海图基本数据结构体和preNode、nextNode指针；比例尺链表结构体ScaleNode通过用于保存结构体MapNode的指针来维持一个相应比例尺海图的双向链表；

步骤3：内存位图绘制

现有系统中的海图显示视口为1024*768像素大小，视口在x，y方向上的宽和高分别为length_x、width_y，首先在内存中开辟一块大小为屏幕4倍大小的矩形区域，即宽高分别为2*length_x，2*width_y，面积为(2*length_x)*(2*width_y)，海图移动时，并不重绘屏幕，而只将内存位图移动到当前屏幕视口，在鼠标移动海图完成后，更新位图；

步骤4：构造双缓冲池

在内存中构造两个缓冲池：移动缓冲池和缩放缓冲池，用来将拼图时会出现的海图数据文件预先读入内存，对调入的海图设定权值，根据权值删除文件，更新缓冲区，查找内存中海图，顺序为先从移动缓冲池中查找，其次在从缩放缓冲池中查找，若不在读入相应内存。

2.根据权利要求1所述的一种电子海图的快速显示方法，其特征是：移动缓冲池管理方法为：建立一个大小为5的指针数组，作为内存海图文件的索引表，由海图索引 文件管理类将需要拼图的海图进行计算，判断相交区域，确定是否需要拼图，将其放入内存海图文件索引表中，拼图方法为：

(1)根据当前显示海图的比例尺，从海图索引文件管理类中索引该比例尺链表的表头并查找，读出海图基本信息，得到海图边界南北西东的大地坐标，构成包含此海图区域的最小矩形；

(2)拼图策略将使用内存位图进行判断，将内存位图矩形坐标转换为同一坐标系下的坐标，这里统一转换为大地坐标，判断两矩形是否相交，相交则将其读入缓冲池海图索引文件的索引表中；

(3)对每一幅海图设置一个优先权值，优先级取决于此海图在绘制中被调用的次数，优先级的取值范围为{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9}，每次更新绘图时，首先将内存中所有海图的优先权值减1，然后在绘图过程中将用到的每一幅海图显示的优先级设为9，每次读入时的优先权值初值赋为5，若优先权值＜0，则赋予优先权值＝0；

3.根据权利要求1或2所述的一种电子海图的快速显示方法，其特征是缩放缓冲池管理方法为：

(1)以海图放大情况考虑，相对初始显示海图，第一次点击为1.5倍，第二次为2.25倍，第三次为3.375倍，第四次为5.0625倍，将被强制赋值为4倍，否则搜索更大比例尺海图，设置一个哨兵值，用于判定是否超过值3.3；

(2)以海图缩小情况考虑，相对初始显示海图，第一次点击为0.67倍，下一次点击为0.44倍，将被强制赋值为0.5倍，若图形已放大至4倍大小，第一次为2.67倍，第二次为1.78倍，第三次为1.18倍，第四次为0.79倍，第五次为0.53倍，第六次点击为0.35倍，将被强制赋值为0.5倍，否则搜索更小比例尺海图，设置一个哨兵值，用于判定是否小于值0.7；

(3)对每一幅海图设置一个优先权值，优先级的取值范围为{0，1，2，3，4，5}，每次和哨兵值进行判断，需要读入数据时，首先将内存中所有海图的优先权值减1，然后在绘图过程中将用到的每一幅海图显示的优先级设为5，每次读入时的优先权值初值赋为3，若优先权值＜0，则赋予优先权值＝0。 

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