IHO S—100通用海道測量數據模型修訂關鍵內容研究

熊娥 鄔金

摘 ?要：IMO將IHOS-100標準作為其在SOLAS公約范圍內創建數據獲取框架和提供e-航海服務的基礎標準。IHO認為“S-100的成果實施對于IHO的未來成果是至關重要的”。“使IHO S-100框架成為現實”是實現數字海道測量信息的一致性和互操作性、通用海事數據結構、e-航海實施計劃、海事服務，乃至ECDIS S-模式的必然要求。盡管S-100已歷經10年4次大版本更新，S-100工作組仍在不斷修訂完善S-100通用海道測量數據模型，本文研究了S-1004.0.0版生效以來的修訂研討熱點，從S-100技術就緒水平、互操作性和基于S-100的產品規范合規級別等三方面解析了S-100關鍵修訂內容及努力方向。

關鍵詞：S-100;技術就緒水平;互操作性;合規級別

0 引 言

國際海道測量組織（IHO）是成立于1921年的政府間技術咨詢組織，其主要宗旨是協調各國海道測量機構的活動，促進航海資料統一，推廣可靠有效的海道測量方法，促進海道測量成果在航海中的應用。數字海道測量信息已是海事領域范圍內的最基本要素，最大限度實現數字海道測量信息的一致性和互操作性已成為IHO在海道測量數據標準化上的目標。

早在1999年，IHO就受國際標準化組織地理信息技術委員會（ISO/TC211）邀請，與數字地理信息工作組（DGIWG）共同開展ISO19100系列數字地理信息標準化研究工作，而ISO19100系列地理信息國際標準的廣泛應用也使IHO決定基于ISO19100系列標準制定新一代通用海道測量數據模型S-100。與傳統的海道測量數據傳輸標準（S-57）相比，S-100具有的數據與編碼分離，互操作性和注冊機制等開放靈活等新特征使其可以擴展到整個海事領域，國際海事組織（IMO），國際航標協會（IALA）均可通過S-100的注冊機制建立自己的管理域。因此（IMO）在第90次海安會（MSC90）上決定將IHOS-100標準作為其在《國際海上人命安全公約》（SOLAS公約）范圍內創建數據獲取框架和提供e-航海服務的基礎標準。IALA也將S-100作為實施e-航海的核心要素及七大支柱之一。IMO提出的通用海事數據結構（CMDS），E航海戰略實施計劃，海事服務（MS）等也進一步強化了S-100在IMO范圍內的推廣價值。

1 S-100發展

自2005年9月IHO第十七屆海道測量信息系統委員會（CHRIS17）會議上，S-100概念首次提出并被正式納入IHO工作計劃，到2019年10月的IHO第三次理事會（C3）上提出S-100的成果實施對于IHO的未來發展至關重要;從2014年11月28日成立S-100工作組專事維護、完善并擴展S-100（IHOCL 76/2014）到MSC98提出成立IMO/IHO 數據模型協調工作組（HGDM）工作組協調落實S-100在IMO范圍內的推廣應用事宜;通用海道測量數據模型S-100也從2010年1月1日生效的1.0.0版（IHO CL 83/2009）更新至2018年12月17日S-100 發布的4.0.0版（IHO CL 60/2018），基于S-100已發布7個管理域近40項的S-10X系列產品規范編制工作計劃，“使IHO S-100框架成為現實”已是IHO海道測量服務和標準委員會（HSSC）最重要的工作任務。

以IALA為例，2019年4月的e-航海服務初始運行能力（IOC）研討會認為，全球已建成多個有影響力的e-航海測試平臺，IMO已發布MS的正式文件，多個MS也陸續開發應用，e-航海已從概念逐步進入到具體實施階段，標志著e-航海發展已進入IOC階段。但修訂S-100產品規范準備概要（IALA G1088），實踐基于IP/Web服務的S-100數據交換等工作任務仍是e-航海戰略下實施MS的核心要素，IALA政策咨詢小組（PAP）于2019年2月和9月的第37和38次會議從原則和時間兩方面圍繞S-100開展了大量研討，航標需求與管理（ARM）委員會和e-航海信息服務與通信（ENAV）委員會也制定了大量S-100相關數據建模與MS服務相關工作任務，其中S-100 5.0.0版的發布生效更是對IHO的核心需求。

維護、完善并擴展S-100是IHO S-100工作組（S-100WG）的重要職責。盡管S-100已歷經10年4次大版本更新，S-100工作組仍在不斷修訂完善通用海道測量數據模型S-100，僅S-100 4.0.0版生效后的S-100WG4，WG5兩次會議就累計審議S-100修訂相關議題21項，形成相關修訂行動指南21項。

本文整理了S-1004.0.0版發布生效以來的修訂熱點，從S-100技術就緒水平，互操作性和基于S-100的產品規范合規級別等三方面解析了S-100的關鍵修訂內容及努力方向。

2 關鍵修訂內容及努力方向

2.1S-100技術就緒水平

技術就緒水平（Technology Readiness Level簡稱TRL）最初由美國航空航天局（NASA）于1995年提出，2001年6月美國國防部正式使用，并于2002年4月5日頒發軍事條例將其法律化。在我國TRL也被作為科研項目的基本指標之一被納入國標GB/T22900-2009《科學技術研究項目通則》。該國標將工作分解結構和技術就緒水平聯合應用，用于改良我國科研項目管理方法。

技術就緒水平評價方法根據應用研究項目的研發規律，把發現基本原理到實現產業化應用的研發過程劃分為9個標準化等級，見表1。

2019年的S-100WG4首次建議采用S-100技術就緒水平的概念，客觀評價各S-100產品規范的操作成熟能力。經審議，同年的HSSC11同意將相關內容納入S-97《S-100產品規范開發指南》2.0.0版。

2020年的S-100WG5對HSSC11提出的產品規范13個必要組成部分的技術就緒水平評價進行確認，并認定除ECDIS外均已達到TRL9等級。

S-100 TRL評價表明S-100重心已從開發轉向測試階段，以驗證S-10X產品規范的一致性與可靠性IHO秘書處在S-100WG4上發布了S-100測試平臺報告模板，并已累計召開7次測試戰略會議（TSM）研討解決S-100修訂的具體技術問題。

2.2 S-100互操作性

S-100ECDIS或者其他岸基應用系統需同時顯示和操作基于S-100的不同數據產品和雷達信息等數據，因此易出現要素冗余、不一致、圖示重復等互操作性問題。

2016年S-100WG1上首次討論互操作性問題，提出了基于規則的互操作目錄的解決思路。2017年8月在韓國海洋工程研究所（KRISO）召開的S-100互操作研討會上首次明確互操作概念、互操作目錄以及驗證程序，并形成S-100互操作規范0.1版。2017年11月的HSSC9為S-100互操作規范分配官方產品規范號S-98，修訂形成0.2版并被納入S-100工作組重點工作計劃。2018年S-100WG3修訂形成0.3版，并將標準改名為《S-100導航系統數據產品互操作規范》（Specification for Data Product Interoperability in S-100 Navigation），2019年S-100WG4基于S-1004.0.0版再次修訂，審議并采納了來自丹麥、瑞典及美國等提交等百余條30余頁修訂意見并形成紅線版文件。2019年的HSSC11同意與IEC聯合召開S-100測試戰略會議（TSM）聯合開發S-98。2020年，S-100WG5考慮到互操作性的分階段實施對已有海上終端系統進行軟件更新可能造成的負面影響，審議了TSM為簡化互操作性機制的所有修訂建議，最終決定將S-98的抽象部分移至S-100（第16部分）并重新調整S-98的內容，以實現互操作性。

綜合考慮數據用途、重要性、質量精度等因素，S-100共定義0～4等5個互操作級別，具體如下：

級別0-無互操作性：所有的互操作均關閉。

級別1-交錯處理：不同產品規范（包括S-101）的要素類型，通過顯示界面交錯指定顯示，優先顯示信息級別包含在互操作目錄中。

級別2-基于類型的選擇性和要素類替換處理：級別2支持級別1的所有功能，S-101作為基礎數據層，當其他產品中的要素包含更詳細、精度更高的數據時，則該要素類型的優先級可高于ENC 要素類型，并將ENC 要素進行替換或全覆蓋處理，被覆蓋或替換的ENC 要素不再顯示。該級別下，替換處理僅適用于要素類型信息，不考慮空間屬性。

級別3-混合處理：級別3支持級別2和1的所有功能，S-101作為S-100產品數據堆棧的一個組成部分，其他產品規范中的要素實例優于或增強ENC 要素實例內容。該等級下，其他產品規范中的要素實例的空間屬性必須與ENC 要素實例相同。混合處理能夠產生新的要素實例，它不僅包含ENC與其他產品要素實例的主題特性，還可從源屬性中獲取部分值作為新要素實例的附加屬性內容。對于新的要素實例，應構建對應的要素目錄和圖示表達目錄，定義其要素類型和圖示信息。

級別4-空間操作：級別4支持級別3，2和1的所有功能，同時允許使用適當的空間篩選規則進行空間查詢（確定相關子集）和操作（定義互操作結果）。

2.3 S-100合規級別

S-100WG3首次意識到存在因S-100合規性與ECDIS合規性差異而導致實施階段存在不確定性的可能，S-100WG4首次提出S-100合規性定義，并建議使用合規類別評價S-10X產品規范合規級別，S-100WG4還就“S-100合規性與ECDIS合規性不同”達成明確結論，并對S-100合規性提出四個級別原則。

S-100WG5提出不同系統在實現S-100應用時對S-10X的產品規范有不同的要求：例如ECDIS對S-100數據產品的合規性要求較高，需完全符合S-100規定的建模、交換、編碼和圖示表達要求，而有的系統則可能僅需較低程度的合規性，譬如不需要基于S-100的交換方法。因此，為更好地說明產品規范和數據產品的目的和用途，建議在S-10X產品規范中聲明S-100合規級別，并在S-100新版中對元數據和數據維護等部分內容進行相應修訂。

S-100WG5審議確定擬納入S-100新版的4級合規級別具體如下：

1級-符合S-100GFM模型：S-10X產品規范包含GFM模型，可從S-100 GI注冊表中獲取要素目錄，并符合S-100空間模型（第7部分和第8部分）。

2級-符合S-100非標準編碼：1級基礎上，S-10X產品規范符合S-100第11部分的最低要求。S-10X產品規范指定使用S-100第10部分中的編碼方法，或指定另一種編碼方法，包括如何映射到S-100 GFM。元數據符合S-100第4部分規則的擴展。

3級-符合S-100標準編碼：2類基礎上，產品規范僅使用S-100第10部分中指定的編碼方法。

4級-3級基礎上符合S-100和遵循IMO顯示一致性要求，此外還要求：

a.元數據符合S-100第4部分元數據的要求;

b.產品規范包括IHO S-100 GI注冊表提供的圖示表達目錄;

c.產品規范包括S-100網絡安全的定義方法（至少包括數字簽名和加密方法）;

d.測試數據集嵌入產品規范中，或將測試數據集單獨封裝。測試用例和相關材料至少與IHO S-64中的S-52/S-57/S62/S-63相當）;

e.產品規范使用大地測量參數注冊表中的坐標系統，符合S-100第6部分的要求;

f.產品規范包括IHO S-100 GI注冊表提供的警報和指示目錄;

g.產品規范符合IHO S-100 GI注冊表提供的互操作目錄。

3 結 語

“推進海道測量支持海上安全高效航行”是IHO 2021-2026戰略計劃的首要目標，該目標的“提供海道測量產品規范標準”等三項具體工作目標及“發布S-100產品成員國比例及交付能力評估和S-10X產品規范應用拓展”等五項對應戰略績效指標（SPI）都與S-100緊密關聯。

為實現“使IHO S-100框架成為現實”的工作任務，IHO計劃發布S-100實施戰略，IHO秘書處于2018年3月首次發布S-100實施戰略框架草案，并在最近連續兩次理事會會議（C2和C3）上均將S-100實施戰略作為重要研討事項。IHO秘書長和各成員國在支持S-100路線圖上做了“S-100的成果實施對于IHO的未來成果是至關重要的”的重要聲明，并建議IHO第二屆大會將S-100路線圖的維護作為重要優先工作事項。

IMO計劃2024年1月在新的ECDIS實施S-模式，迫切需要“使IHO S-100框架成為現實”。但從S-100的技術就緒水平及互操作性，基于S-100的產品規范合規級別等三大關鍵內容和努力方向看，S-100通用海道測量數據模型仍有大量重要且緊迫的修訂工作。建議以此為契機，密切加強S-100通用海道測量數據模型修訂追蹤研究與轉化工作，探索搭建S-100測試平臺，積極開展基于S-100的產品開發測試及和合規性評價，積累S-100標準的應用經驗，適時共享中國智慧。

參考文獻

[1] International Hydrographic Organization： S-100 4thEd，IHO Universal Hydrographic Data Model [S].2018.

[2] International Hydrographic Organization： https：//iho.int.

[3] International Maritime Organization： www.imo.org.

[4] the International Association of Lighthouse Authorities：www.iala-aism.org.

作者簡介：

熊娥，工程師，碩士，主要從事航海保障技術研究相關工作

鄔金，高級工程師，碩士，主要從事海洋測繪相關工作，（E-mail）13825086995@139.com