CARISHPD技术浅析

CARIS HPD技术浅析

吴宇晓，张良

（上海海事局海测大队，上海 200090）

摘要：本文介绍了CARIS HPD的技术特点和功能特性，并对基于HPD海图生产机制的构建、维护、及其流程作了初步探究。

关键词：CARIS；HPD；空间数据库；源数据；产品数据

1 CARIS HPD总体介绍

CARIS公司成立于1979年，迄今已有25年的历史，在海事测绘资料处理方面拥有丰富经验，并发展了一系列的海事测绘资料处理软件用于处理航测资料、海图制作、资料管理与发布。CARIS 产品已具备海事资料处理的完整处理解决方案：海测资料处理：HIPS、SIPS、Notebook、BATHY Database；

产品制作系列：GIS、HOM、DOM、LOTS、BEAMS；

产品服务系列：HPD、Chart Server、BEAMS Web、Spatial Fusion。

2003年发布的CARIS HPD（Hydrographic Production Database）2.0版本是一套独立而完整的航测生产数据库解决方案。HPD对航测源数据和产品数据进行集中存储，提供了一系列航测数据的管理手段，并能够生产电子海图、纸海图、AML、DNC等海图产品。

完整的CARIS HPD解决方案包括以下几部分：源数据库、产品数据库、数据模型及相关程序（HPD Server、Administration Tools、Project Manager、DataLoader、Source Editor、S-57 ENCs Editor、Paper Charts Editor等）。

CARIS HPD数据库（HPD DataBase）：包括源数据库（Source Database）和产品数据库（Product Database）两部分。源数据库用于管理源数据，包括空间数据和非空间数据；产品数据库存储和管理产品定义数据，如图幅信息、海图图饰等。两个数据库集成在一起并相互关联，因此，

源数据库中特征对象的更改也会引起产品数据库的相应改变。此外，由于系统采用Oracle空间数据库（Oracle Spatial），CARIS HPD继承了Oracle Spatial在空间数据存储、管理上的强大优势。

HPD Server：用于在Oracle Spatial中创建和维护数据模型。利用无缝关系数据库消除数据冗余和有效跟踪源数据和产品数据的变化。按照S-57数据结构，HPD数据模型将物标对象存储为一个描述特性和空间特性的组合体。包括用户管理、用例（Uasage）管理、数据字典创建、项目（Project）管理、数据导入等功能。

HPD Source Editor：为HPD产品编辑器准备并提供源数据。有效的维护数据表现，通过一系列对数据几何和描述属性的有效性检查来确保数据质量。允许读取S-57、CARIS HOB、CARIS FILE、BSB、GeoTiFF、TFW、DGN、CRL和SHAPE 文件来创建和编辑特征对象。通过创建图层来组织和管理数据，并可以根据特征的几何、类型、属性、FOIDS或状态来选择。能够新增点、线、面、复杂的面和线、组合对象等特征，并自动创建物标主从关系。

HPD S-57 ENC Editor：提供了一套复杂的工具来支持由源数据生成S-57 ENC。也可以定制产品特征对象，但并不改变源数据。提供自动质量控制检查，以确保符合S-57标准。电子海图工作者可以从源数据中，截取特定区域范围的S-57 ENC，使用熟悉的HPD编辑工具来创建产品级特征。能够打开已有ENC，与数据源进行比较，并标识出新增、修改或被删除的特征。此外还能利

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用S-57 ENC输出向导，获得ENC基本单元、小改正、再版和新版。

HPD Paper Chart Editor：和创建S-57ENC一样，利用相同的源数据库创建纸海图，从而减少数据的复制和维护。HPD Paper Chart Editor创建基于IHO INT1和INT2规范的纸海图，同时也支持符合用户需求的自定义图示规范。

2 CARIS HPD与传统基于文件的海图生

产模式的区别

传统的海图生产模式是基于文件的，即所有的航测源数据、生产数据、产品数据都基于文件来存储。与基于文件的存储方式相比，CARIS HPD 基于数据库的存储方式有巨大的优势，优势如下： 客户端/服务器模式；

支持多用户并发，在修改数据时采用特征对象锁定来避免数据冲突；

提供特征数据的认证和跟踪机制；

特征只有被认证，才能用于海图生产；

支持数据历史版本存储和管理；

单一特征只存储一次，减少数据冗余；

特征修改会对所有比例尺下的数据产生影响，包括海图产品；

强大的数据备份、恢复、一致性检查功能。

3 CARIS HPD满足未来航测生产的需求3.1 对整体需求的满足

数据导入能力：HPD提供两种数据导入程序，可以导入HOB文件

（.cel，.des，.dta，.hob等）和S-57电子

海图（.000）文件；

支持多用户操作：任何对象在被编辑时都将处于锁定状态，此时其他用户不能

修改该对象；

能够对物标对象进行唯一标示；

能够对特征物标进行文字和图形注记，便于生产人员的沟通；

能够存储所有的S-57 3.1版本的特征物

标和属性，以及纸海图制图符号和修饰；

提供强大的航测源数据、纸海图、电子海图编辑工具。

3.2对工作流程管理需求的满足

提供创建系统用户的需求，并对用户的数据访问和修改权限进行限定；

提供完整的数据确认系统，保证数据的质检流程。无论是源数据、电子海图产

品数据还是纸海图产品数据的新增、修

改和删除，都需要经过确认才能正式使

用；

自动记录数据的修改状况和报告；

自动存储数据的不同历史版本，并能恢复历史版本为当前版本。

3.3 对数据编辑需求的满足

对数据库进行图形显示；

支持以多种方式对特征对象进行选取；

拥有强大的创建、删除、修改特征和空间对象的工具；

允许多用户编辑同一个大型空间对象的不同部分；

向其他用户报告对象的编辑锁定状态；

能以不同的地图投影显示数据库数据；

能够建立IHO S-57中规定的对象关系，如主从物标关系；

能够选择不同版本操作；

能够选择IHO S-52或纸海图表现对象；

支持所有的GIS图形操作功能；

允许用户改变坐标系统和投影方式。

4 HPD航测生产系统的构建和维护

CARIS HPD的生产工作是在基于网络和数据库的分布式环境下进行的。制图人员、质检人员可以在不同的计算机上，对分布于网络中的HPD数据库进行数据整理和海图生产。

以C/S的模式来划分的话，HPD数据库、HPD Server位于服务器端，而Source Editor、S-57 ENCs Editor、Paper Charts Editor则位于客户端。无论是服务器还是客户端都需要由专业的IT人员（数据库管理员、网络管理员、系统管理员）来初期架

构和日常维护。

4.1 HPD系统前期规划

CARIS HPD的建立是个系统的工程，并不是单纯的安装软件就能完成的。在安装HPD前，航测部门的技术管理人员和IT人员必须根据实际情况对系统进行整体规划。规划内容包括：

（1）数据字典：源数据以S-57标准存储，但也允许自定义物标、属性类型。

（2）用例（Usage）：主要是比例尺范围界定。纸海图和电子海图都由同一个源数据库生成，因此在划分比例尺范围时必须考虑到纸海图和电子海图生产两方面的需求。

（3）用户权限：HPD的可以对不同的用户设定不同的权限，比如制图、质检等；同时，也能设定不同用户所能涉及的数据范围。

（4）工程（Project）：HPD有类似工作流管理的概念，即通过工程来对一个测绘项目（比如一幅图）进行管理。

（5）规范、标准：HPD改变了传统的航测生产模式，所以必须根据HPD的工作流程对现有制图、检验规范进行修改。这也是HPD建设前期最为关键的步骤。

（6）HPD系统硬件规划：包括网络、数据库、服务器、各类生产客户端的空间布局。

（7）培训：虽然海事测绘系统早已引进并使用CARIS相关产品，但HPD毕竟是新的生产工具，它对人员素质及其操作技能的要求比现有的单机版CARIS软件要高，所以需要对生产人员进行必要的上岗培训。

4.2 HPD航测生产系统的建立

整套系统的建立需要依次安装Oracle数据库、Oracle Spatial模块、HPD Server，以及各客户端编辑器。

CARIS HPD的整套解决方案的数据库都建立在Oracle空间数据库（Oracle Spatial）基础上，目前HPD 2.3版本需要Oracle 9.2.0.4以上版本的支持。HPD逻辑上包括两个数据库：源数据库（Source Database）用于管理源数据，包括空间数据和非空间数据；产品数据库（Product Database）存储和管理产品定义数据，如图幅信息、海图图饰等。两个数据库集成在一起并相互关联，因此，源数据库中特征对象的更改也会引起产品数据库的相应改变。

4.3 HPD航测生产系统的维护

由于HPD是建立在大型数据库和高速网络的基础之上的，所以为了保证测绘生产的正常有序进行，必须要由专门的IT人员和生产人员来对系统进行专职维护。维护工作主要有：网络、服务器、生产终端的日常维护；HPD系列软件的日常维护和配置；Oracle数据库的日常维护，包括数据的清理、备份、恢复等，这对于提高生产数据的安全性有着至关重要的作用。

5 基于HPD的航测生成流程

与目前海事测绘制图流程中先出纸海图再出电子海图不同，HPD提出了一个共用源数据的概念，即先有统一的基于S-57的源数据，再由源数据生产纸海图和电子海图。因此，基于HPD的内业生产流程分为两大块：源数据生产和海图产品生产。

5.1 源数据生产

源数据生产主要利用Source Editor来完成，为生产纸海图或电子海图准备基础数据。

源数据生产包括以下三个工序：原始数据导入、源数据制作、源数据质检。

5.1.1 原始数据导入

HPD能够获取多种原始数据，这些原始数据经过一定工序后就成为可供海图制作使用的源数据。HPD的数据导入方式主要有：

批量或选择性导入S-57电子海图文件（.000）或CARIS HOB文件（.hob）；

导入文本格式文件，如灯标、障碍物、助航标记的文本文件；

通过ODBC导入其他数据库的海图要素；

此外，还能从CARIS files（.des）、DGN （.dgn）、Shape文件（.shp）、AutoCAD

文件（.dwg，.dxf）文件中读取数据；

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5.1.2 源数据制作

HPD Source Editor提供了一整套便利的源数据显示、查询、编辑、校验、认证的工具： 编辑器通过创建图层来组织和管理数据，可以新增点、线、面、复杂面、复

杂线及组合几何体等特征物标，并能自

动创建物标主从关系。

可以通过使用文字或图形注记对物标进行变化跟踪，便于生产人员的信息提示。

一系列S-58电子海图数据有效性检验工具能够确保数据空间和描述属性的有效

性，从而提高生产质量。

HPD Source Editor的具体功能这儿不作赘述。源数据都是无缝存储的，没有图幅的概念。HPD支持多用户并发操作，但当一个物标在被编辑时，系统将对其进行锁定，其他用户无法对其进行编辑，这有效的保证了数据的一致性。

需要强调的是，HPD的源数据是基于S-57规范来制作和存储的，因此，标准电子数据制作在HPD整个生产流程中占据了重要的位置，负责源数据生产的工作人员既不是传统意义的纸海图生产者，也不是传统意义上的电子海图生产者。

5.1.3源数据质检

HPD拥有一套数据认证（Certification）机制，对源数据的制作流程进行跟踪和管理。物标一旦改变，都会处于待审核状态。只有检验合格的物标才能真正成为可用于生产的源数据。

该机制的目的就在于对源数据进行质量检查，以保证源数据的生成质量，从而也间接的控制了纸海图、电子海图产品的质量。

5.2海图产品生产

源数据的生产只是为航测生产提供了一个强大的航测要素的基础数据库，要将源数据变为产品必须进行纸海图生产和电子海图生产工序。HPD分别为纸海图、电子海图生产提供了Paper Chart Editor和S-57 ENC Editor编辑工具，生产人员可以从源数据库中调用相应图幅范围的源数据进行海图制作和打印。和Source Editor一样，两种产品编辑器提供了丰富的数据显示、查询、编辑、校验、认证的工具。海图生产人员可以对数据进行修改或图饰，但源数据并不会改变，所得海图数据会存储于HPD产品数据库中。

电子海图生产者可利用S-57 ENC Editor的S-57 ENC输出向导，获得ENC基本单元、小改正、再版和新版。由于源数据本身就是符合S-57规范的，所以相对于纸海图来说，电子海图生产要更为简便。Paper Chart Editor创建基于IHO INT1和INT2规范的纸海图，同时也支持符合用户需求的自定义图示规范。

与源数据生产环节一样，HPD也为纸海图和电子海图生产增加了“认证”环节。两种产品的质检人员可以通过该工作流程对海图产品进行检查。

6 结语

综上所述，基于HPD的海图生产机制可以节省大量人力物力，提高出图速度和精度，既符合生产实际，又具有前瞻性。同时，HPD解决方案也具有一定的复杂性。加拿大、美国、葡萄牙等国的一些航测部门是较早一批将HPD投入实际航测生产的机构，她们在正式启用HPD前，都进行了理论评估和实践试用评估，并制定出完整的生产、检验规范。