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IHOS－100系列标准研究现状、问题与建议

原文标题：海洋论坛▏陈长林：IHOS－100系列标准研究现状、问题与建议

一、引言

S－100标准，即通用海洋测绘数据模型，是一份框架文件，旨在提供一个现代化的海洋地理空间数据框架，为各种与海洋地理信息相关的数字产品和服务提供支持。它包括多个部分，这些部分基于国际标准化组织(ISO/TC211)制定的地理信息基础标准(即ISO19100系列标准)，并进行了适当裁剪，是一个用于海洋地理信息领域的专用标准。利用S－100标准可衍生出各类产品规范，统称为S－100系列标准。S－100系列标准通常使用通用地理信息结构，可为海洋地理信息的共享和互操作、集成应用与时空信息综合导航服务等应用提供基本框架。根据国际海道测量组织IHO工作计划，将于2024年批准发布S－101第二版并启用S－101电子海图数据生产，2030年完成S－57到S－100的过渡，两个节点之间为“双轨”兼容阶段。

本图来自海洋大数据中心

海洋测绘领域具有明显的国际化特征，体现在平台、设备、仪器、数据和技术等各个方面。我国是海洋大国和IHO创始成员国，但在主导海洋测绘国际标准制定方面存在较大差距，在相关标准推广应用方面存在滞后性。由于国内未深度参与S－100标准的制定，因而早期相关研究主要停留在框架和概念层次，主要为翻译出版和内容介绍分析，之后逐步开展了数据编码对照、格式转换、图示表达、符号构建等方向研究。正如“一流的企业做标准”，如果一个国家不能主导或积极参与到国际标准的制定，那么与大国或强国的地位是不相匹配的。因此，趁着国际标准升级换代之际，积极开展新一代国际标准跟踪分析研究，有助于缩小我国海洋地理信息技术水平与发达国家的差距，提高在国际海洋科技领域中的话语权，从而更好地融入国际海洋研究与开发的发展趋势与潮流，这也是响应我国“海洋强国”战略和“海上丝绸之路”倡议的重要举措。由于S－100系列标准相关资料分散、不易获取，限制了消化吸收和引进利用，迫切需要对S－100系列标准当前现状、存在问题和发展建议进行归纳总结。

二、当前现状

⒈体系组成

IHO于2001年正式把开发S－100标准纳入工作计划，于2008年1月由TSMAD(传输标准维护及应用开发工作组)制定出第一个版本，即0.0.0版，之后经过数次修改，于2010年1月形成1.0版本并作为新的国际标准；IHO于2013年4月发布了2.0版，最重要的变化是补充了第一版中未能及时完成的“图示表达”的内容，给出了实现产品数据可视化的通用框架；2017年4月发布了3.0版，增加了“图示表达注册表”“在线数据交换框架”和“HDF5结构”等内容；2018年12月发布了4.0版，增加了“加密和保护方法”“图示表达Lua实现”和“脚本语言”等内容。

截至目前，除了S－100标准本身外，S－100系列产品规范共有27个(已实质推进)，具体如下：

⑴IHO共16个，包括：S－101(电子航海图)、S－102(水深表面模型)、S－104(水面航行水位信息)、S－111(表层流)、S－121(海洋界线与边界)、S－122(海上保护区)、S－123(海上无线电服务)、S－124(航海警告)、S－125(海上导航服务)、S－126(海上物理环境)、S－127(海上交通环境)、S－128(航海产品交换目录)、S－129(富余水深管理)、S－130(海洋的多边形划分)、S－131(海洋港口基础设施)和S－164(电子海图显示系统测试数据集)。

⑵ALA(国际航标协会)共6个，包括：S－201(助航信息)、S－211(港口呼叫信号格式)、S－240(DGNSS站年历)、S－245(E罗兰增强数据)、S－246(E罗兰站年历)和S－247(E罗兰差分站年历)。

⑶IEHG(内河电子航道图协调小组)共2个，包括：S－401(内河电子航海图)和S－402(内河电子航海图等深线叠加层)。

⑷WMO(世界气象组织)/IOCJCOMM(海洋学和海洋气象学联合技术委员会)共2个，包括：S－411(海冰信息)和S－412(天气叠加层)。

⑸IEC－TC80(国际电工学会第80技术委员会)共1个，即S－421(航线规划)。

S－100系列标准目前主要特点为：

①S－100标准本身只具有通用框架，包括概念模型、数据结构、封装格式等，新增第15章“数据防护模式”，对应于S－57体系中的S－63标准，但是对于各类矢量产品数据都适用；

②根据不同用途制定相应产品规范，各产品规范以S－100为基础，约束了数据内容和表达方式，即分类编码和符号库。

③产品规范以行业应用作为编号划分，例如S－10X为航海应用，S－11X为潮汐潮流，S－12X为航海信息服务，S－2XX为航标服务，S－40X为内河ENC，S－501－S－525属北约军事应用。

⒉配套资源

配套资源主要是用于数据生产和测试验证所需的各类文档、数据及软件系统。

目前IHO主要依托美国NOAA(美国国家海洋和大气管理局)和韩国KHOA(韩国海道测量局)，开发了“S－100地理空间注册系统”，构建了要素目录编辑器、图示表达目录编辑器、符号编辑器等软件模块，初步验证了S－100体系框架的可行性，但是除了注册系统外，其他软件模块需要IHO提供账号并联网下载数据后方可使用，即不对外开放；美国ESRI公司历经多年研发，在2018年才正式研发出S－57电子航海图数据的升级转换软件“S－101Converter”，可免费下载，但是与S－101最新版要素目录不同步；加拿大Caris公司对其海图生产软件进行了扩展，支持S－101格式并初步符合S－100图示表达要求，但是在对S－52条件符号化改造方面还不完善。

⒊应用系统

应用系统是面向用户提供的信息系统，主要实现数据加载、可视化与空间分析等功能。

美国SPAWAR(美国海军太空与海战司令部)开发了S－100Viewer，可用于S－101测试数据的加载、可视化与查询，未来将集成到美军现役导航系统COGENT(公用地理空间可扩展导航工具包)中，并替代现有的全球海图数据库，进而减轻美军数据维护成本；德国Sevencs公司于2016年发布了S－102数据加载与可视化软件；IHO潮汐潮流工作组已经发布了S－111显示系统和多个版本的测试数据集；WMO/IOCJCOMM提供了大量S－411测试数据集，并且设计了SLD(风格化图层描述器)符号规则，可在QGIS中进行显示；此外，IMO(国际海事组织)认识到S－100作为地理空间基础框架的重要性，将S－100作为其“E航海”发展战略的重要组成内容，开展了部分应用系统集成验证。

三、存在问题

⒈推进效率需提升

标准规范需要兼顾先进性和通用性，需要各相关方经过反复协商和修订，周期较长，对于国际标准而言，更是如此。S－100从2010年正式发布第一版以来，到目前已有10余年，该通用框架已经成熟，但是产品规范推进效率有待提升。

⑴数据内容有待完善。目前24个产品规范中，已经发布1.0版以上的包括S－101、S－102、S－111、S－121、S－122、S－123和S－129等，但是发布1.0并不代表完全可用。矢量数据的代表性产品规范S－101，是IHO发布S－1001.0之后9年才完成的，目前已经稳定可用，但是还未实现大规模数据生产验证；栅格数据的代表性产品规范S－102，虽然早在2012年就已经颁布了1.0版，但是其内容比较粗略，难以指导生产与应用，虽然2019年又发布了2.0版，但是要素目录和图示表达等相关附录尚未完成。S－101和S－102是目前所有产品规范中最具有代表性、最为复杂、目前各方投入也最大的，其他产品规范仍有待完善与验证。

⑵生产规定有待更新。目前的产品规范主要对数据内容和显示方法进行了规定，但是要实现数据生产，仍然需要补充相关规定。在过去S－57体系框架下，配套有专门的S－58数据检核、S－63数据防护、S－65电子航海图生产指南等规范。在新的S－100体系框架下，目前各个产品规范的附录并不完备，例如对于S－101而言，由于数据模型和分类编码已经发生改变，直接沿用S－58、S－63、S－65等规范中的条款已经不合适。虽然各个厂家可以自行改造并实施应用，但是容易带来重复投入和质量不统一的问题。

⒉配套资源需完善

S－100系列标准的建立是为了建立一个强大、开放、易用的生态体系，引入了诸多先进理念和创新技术，但是由于参与群体并不多，且牵涉跨国协调，主要工作围绕在标准规范本身的完善中，在配套资源上存在短板。

⑴缺乏详实文献。关于S－100最新进展和成果，绝大多数只在IHO官方网站会议文档中，这些文档通常是以提案、意见建议、汇报PPT等形式存在，非常零碎，不成体系，公开出版的文献寥寥无几，中文文献也只有少数几篇，导致外行难以全面理解S－100系列标准的核心内容。

⑵缺乏软件工具。目前对公众开放的软件工具只有ESRI公司的S－101数据转换器，NOAA和KHOA研制的多个编辑器和显示系统未对外开放，其他软件工具绝大多数为商业软件，需要购买才能使用相应功能。总体而言，参与软件工具相关工作的队伍非常少，在某种程度上不利于标准规范的推进与测试完善。

(3)缺乏测试数据。除S－101外，绝大多数产品规范仍未完善或固化，期间需要IHO各成员国海道测量局和利益相关方反复的协商讨论和修改，不定期发布新版本，带来数据内容的变化，导致官方测试数据迟迟无法推出或者版本不匹配，对于诸多感兴趣或者自愿提前投入的应用开发人员而言，有时难以判别或无从入手，在某种程度上限制了S－100系列标准的及早落地应用。

⒊宣传推广需加强

目前S－100系列标准的宣传推广主要依靠IHO官方网站，主要目的是提供各类标准规范文档下载和公布会议信息，网站功能十分有限，且部分内容不对外开放，访问人群主要为各国海道测量组织相关人员。

⑴宣传渠道有待加强。S－100系列标准的应用不只限于海洋测绘领域，而是作为海洋地理信息的统一框架，服务于众多领域，一方面需要IHO、IMO、IEC、WMO及其各成员组织加大宣传推广力度，让更多用户了解S－100系列标准的目标、内容和潜在应用，另一方面，IHO应与OGC加强合作，借助OGC在地理信息领域的研究能力和影响力，加快推进S－100系列标准的成熟和应用。

⑵交流互动有待加强。除了在IHO组织的会议上，各成员国对各项提案进行讨论和投票之外，在技术层面上交流互动较少。除美国、英国、韩国等国家的三家单位有密切合作外，其他成员国之间未建立固定或者开放的交流合作，既无论坛供留言讨论，也无即时通讯工作群供实时交流。

四、发展建议

S－100系列标准所代表的新一代海洋地理信息产品数据及应用时代即将到来，虽然还有一些工作未完成或者不完善，相关思路与方法已经确立；同时，当前海洋地理信息软硬件方面，国内产品与国外先进水平有较大差距，在当前标准体系更迭阶段，正是换道超车好时机。

⒈全局筹划

S－100系列标准是下一代海洋地理信息标准体系，初见雏形，尚未推广应用；S－57则是现行标准，较为成熟，应用广泛。对于国家有关主管部门而言，需要统筹规划好两种衔接关系。

⑴制定并颁布?国家海洋测绘标准体系?。近两年我国已初步完成新版海洋测绘标准体系框架的拟制，在此框架下有机融入S－100系列标准中相关内容，尽快颁布?国家海洋测绘标准体系?，作为今后我国海洋测绘国家标准/军用标准/行业标准的立项与编制指南，提升海洋测绘标准化工作的体系化、科学化和规范化。

⑵推动IHO标准规范的国内采用与发布。一方面，对已有IHO标准规范，应制定时间进度表，尽快完成中文版翻译和出版，并视情向IHO提交和公布，促进国内相关单位对于IHO国际标准的跟踪、研究和运用；另一方面，在国内标准制定过程中尽可能采用已有IHO标准规范，减少不必要的重复工作，避免闭门造车。

⑶梳理和规划国内现有标准规范。一方面，国内许多海洋测绘标准规范已经老旧，例如?电子海图技术规范?，应及时对现有标准规范进行更新甚至换代；另一方面，国内不同团队根据各自业务需求提出的相关标准规范申报需求，在必要性、合理性、逻辑性表述上有待提升，在进度上缺乏有效跟进，在体系上缺乏良好规划和约束。建议以S－100标准为体系框架，按照国际一流水准来开展国内标准的梳理与规划，对于国际上尚无规划的产品规范，例如重力、磁力、底质、渔业等专题，争取填补IHO标准体系空白。

⒉提前攻关

S－100系列标准代表着海洋信息共享与互操作领域的发展趋势，如果只是跟着国际趋势在跟踪学习，可能无法实现技术追赶，更别提国际领先，必须提前做好技术攻关。

⑴数据引擎研发。数据引擎是实现数据加载和显示的基本功能模块。为了构建开放兼容的软件生态，建议借助OpenGIS已有成果，特别是主流先进开源软件平台，例如可利用GDAL(地理空间数据抽象库)数据引擎进行扩展，实现S－100系列产品数据解析、查询和读写；可利用QGIS桌面地理信息系统进行扩展，实现各类产品的动态交互可视化。按照开源平台扩展模式，不仅有助于实现海陆地理信息的统一集成，也有利于海洋地理信息相关数据融入主流GIS应用体系。

⑵数据生产试验。数据生产体系的建立需要巨大的投入，相关工具通常不会是免费。为发展国产自主信息系统，应提前论证评估并提前开展探索试验。由于目前各类数据生产大都使用了S－57技术体系，要升级到S－100技术体系，需要仔细评估存在的技术风险。在技术方面，需要对数据编辑、数据检核、数据防护和数据更新等方面进行关键技术攻关，使技术与最新标准保持同步，及时更新应用至生产体系中。

⑶门户网站建设。标准规范的作用在于对行业进行广泛指导和约束，如果资料难获取、工具不配套、知识不健全，那么标准规范就难以充分发挥作用，很容易被束之高阁。建议参考IHO注册系统的方式，将各类标准规范及配套资料进行公布，对于分类编码和语义概念应提供官方在线查询服务。这对于提高海洋测绘标准的影响力、促进行业发展，具有重大意义。

⒊加大宣传

国内对于新一代电子海图标准的认知普遍停留在S－57，对于S－100系列标准的全域性、先进性和紧迫性未有深刻全面认识。为尽快落实IHO要求的S－100系列标准落地节点，国内主管机关需进一步提高重视，加大宣传力度，及时将最新成果引入国内数据生产与应用体系。

⑴教学培训。面向海洋测绘、海事、海洋学等方向教育培训机构，从源头上提高各方对S－100系列标准的认识。在本科教学方向，教材或课堂上普及S－100相关内容，使学生对S－100有全面理解掌握；在研究生培养方向，以S－100系列标准为基础，结合专题应用，开展模型设计与技术方法研究；积极开办短期培训班，对S－100系列标准进行介绍，使学员对基本内容、现状与发展趋势有整体了解。

⑵产业跟进。根据国家测绘法及有关规定，海洋基础测绘由海军主管，然而，海洋测绘领域的发展建设离不开地方先进力量的投入。对于S－100系列标准而言，由于其技术体制与通用地理信息标准一脉相承，以往从事陆地地理信息数据生产与应用的相关软硬件厂家，以此为契机可以更容易进入海洋地理信息行业。通过大型商业地理信息系统公司的跟进和宣传，可以带动整个行业的蓬勃发展和充分竞争。

⑶公众普及。依托国家一级出版机构出版S－100系列标准中文译本，借助其宣传营销渠道，加大S－100系列标准的宣传推广；对于标准推进相关工作和重要进展，应及时面向全国发布新闻，营造正面利好氛围。

五、结束语

S－100系列标准将于2024年正式启用，对于海洋测绘，乃至整个海洋领域，将带来广泛、深刻、长远的影响，尤其是在信息应用领域。通过对标准体系组成、配套资源和应用系统等情况的梳理分析，可以发现：一方面，经过十余年的发展，S－100系列标准逐步在丰富完善，部分已基本具备应用条件，例如电子航海图和水深表面模型，已有若干演示验证原型系统；另一方面，国内未能实质参与标准制定工作，各方对于S－100系列标准内部资料获取存在一定难度，对于相关知识理解可能不够全面，虽然也取得了一些成果，但是在消化吸收和转化应用方面存在先天短板，必须及时跟踪学习、提前储备技术、积极探索应用。

通过一代代人的努力，国内海洋测绘事业发展不断走向更高层次。加快推进S－100系列标准落地应用，对于提高国内海洋测绘信息共享水平、体现海洋大国国际责任担当，具有重大意义。如果能够参与甚至主导国际标准的制定，更是国内海洋测绘领域迈向国际化水平的重要标志。为此，无论是主管机关，还是科研院所，或是产业界，都需要提高重视力度，加大投入，积极探索研究，为升级换代储备技术、知识和人才，在IHO框架下，不断提高我国海洋地理信息标准规范的研发水平和国际影响力。

转载自公众号 溪流之海洋人生

【作者简介】文/陈长林，男，1985出生，福建泉州人，高级工程师，博士，中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验和海军研究院，主要从事海洋地理信息共享与互操作、海洋地理信息系统等理论与方法研究。本文为基金项目，中国博士后科学基金(2017M620884；2019T120127)、国防预研基金(3020107040301)。文章来自《海洋测绘》（2022年第1期），参考文献略，用于学习与交流，编发时有所作者修改，版权归作者及出版社共同拥有，本文转载已取得了授权。