海洋劃界技術的發(fā)展與實踐

張建輝

（1．國家海洋信息中心，天津300171）

隨著1982年《聯(lián)合國海洋法公約》的生效以及世界各國對海洋資源爭奪的日益激烈，海域劃界問題業(yè)已成為當今時代的一種國家行為，其涉及的問題很多，包括政治、外交和技術等各個方面[1]。當前，我國海洋劃界任務也十分繁重，在黃海、東海和南海都存在著復雜的海洋劃界問題。因此，我們應當在加強《聯(lián)合國海洋法公約》與國際海洋劃界案分析研究的同時，也需重視加強對海洋劃界技術的研究。

1 海洋劃界的法律依據(jù)

《聯(lián)合國海洋法公約》是國家間開展海洋劃界工作最重要、最基本的法律依據(jù)。根據(jù)《公約》規(guī)定，海洋劃界主要包括單邊海洋外部界線和多邊海洋外部界線劃定。單邊海洋外部界線劃定包括領海、專屬經(jīng)濟區(qū)和大陸架界3種，多邊海洋界線劃定則包括有關國家海岸相鄰和相向2種情形的劃定。此外，海洋劃界的法律依據(jù)還包括劃界相關國家依據(jù)《公約》精神和各國實際情況制定的用于指導本國海洋劃界實踐的國內(nèi)法律法規(guī)。

2 海洋劃界的特點

海洋劃界不同于陸地邊界的勘定，有其自身的特點[2]：①海洋具有流動性，沒有山脈、河流等有形的地理標志可作參考，實地重復測量存在困難；②海洋劃界既涉及海面、海床和底土等空間劃分，又涉及其中的海洋資源劃分；③海洋劃界的結果無法像陸地勘界一樣實地設立邊界界標，劃界結果只能是將邊界位置繪制在一定比例尺的紙質(zhì)或電子海圖上；④海洋劃界所用技術方法涉及諸多學科，問題比較復雜。

3 海洋劃界技術的發(fā)展

海洋劃界技術早在20世紀30年代就開始研究,并隨著海洋劃界研究的深入和科技的進步而不斷改進完善，相繼經(jīng)歷了手工圖紙劃界、計算機輔助劃界、計算機地球橢球面劃界3個階段。而當前地圖代數(shù)理論的發(fā)展為開展高精度海洋劃界技術研究提供了條件，海洋劃界技術進入新階段。從海洋劃界技術的發(fā)展和實踐來看，最核心的就是解決基于領海基線緩沖區(qū)推算和等比例線（包括中間線/等距離線）界線生成問題。

3.1 手工圖紙劃界技術

海洋劃界技術早在20世紀30年代就開始研究。當時主要依靠制圖人員利用直尺、卡尺、圓規(guī)等工具，手工在紙質(zhì)海圖上完成各種界線的概略位置，其主要方法有用于劃定單邊海洋界線的弧線包絡法[3]、平行線法[4]以及用于劃定多邊海洋界線的等距離法[5]。這種手工劃界的作業(yè)方式一直延續(xù)到20世紀60、70年代。手工劃界技術受制圖人員技術熟練程度、量測工具精度、海圖圖紙精度等多種因素影響，存在技術粗糙，精度低、劃界速度慢的問題。

3.2 計算機輔助劃界技術

從20世紀70、80年代以來，更多國內(nèi)外學者開始采用計算機技術開展海洋劃界技術的研究，取得了很大進步，但這一時期劃界技術是在地圖投影面進行。1987年，加拿大學者Carrera G最早提出了“兩點法”和“三點法”（見圖1）[6]。自此之后，國內(nèi)外關于海洋劃界技術的研究主要針對Carrera G的“兩點法/三點法”和弧線包絡法進行改進。

“兩點法/三點法”存在的問題是劃界計算只利用選定的有限個數(shù)的基點數(shù)據(jù)，且在判斷大地線交叉線段時需大量的人機交互[7]，不適合各種單邊海洋劃界。對于單邊海洋劃界，主要運用弧線包絡法的改進算法。對此，美國Christensen提出了一種由手工描繪海域水線演變而成的新方法——水涯線法（見圖2），并在WL&MT軟件中實現(xiàn)工具化。此外，自1987年起，美國MRJ依托Arc/Info系統(tǒng)，利用等距離方位投影下的緩沖區(qū)概念，開發(fā)了生成大地線的各種單邊海洋界線以及中間線/等距離線軟件。

與國外情況類似，我國早期的海洋劃界作業(yè)也是以手工方式在圖紙上實施的。計算機輔助下的海洋劃界技術研究開始在國內(nèi)起步。我國學者賴寶珍、費立凡最早介紹了一種基于“彈性圓”的等距線計算機生成方法及實現(xiàn)程序[8]。海洋劃界研究人員元哲起則基于幾何學分析了等比例界線生成原理，利用迭代逼近法實現(xiàn)了不同岸線類型的等比例界線生成功能[9]。

3.3 計算機地球橢球面劃界技術

早在1951年國際法院關于英挪漁業(yè)案的判決中，就已描述了一種地球橢球面上的劃界技術——平行線追蹤法，即先用大地線連接基點得到直線基線，再推求與該直線基線平行的大地線。Murphy等對該方法進行了完善，通過插值方法減小計算誤差以滿足要求。但該方法依舊沒有解決在幾何學中橢球面無法定義一條與大地線平行的大地線的問題。1997年，美國Ball提出將投影平面上的基點圓弧交點和基線切線計算擴展到橢球面上進行，并用于美國聯(lián)邦礦產(chǎn)管理局提交的外大陸架報告[10]。加拿大CARIS LOTS劃界軟件以實現(xiàn)地球參考橢球體上的弧線包絡法計算為核心功能，被稱為“具備精確的大地線緩沖區(qū)生成能力”[11],能夠處理海洋劃界中復雜的大地線計算[12]。對此，2001年，澳大利亞Leahy等提出一種推求正常基線下單邊海洋界線的新方法。該方法的特點是沿基線“滾動球”取得基線的“平行線”，并在MarZone軟件中實現(xiàn)（見圖3）[13]。

同一時期，國內(nèi)相關單位和學者也開展了基于地球橢球體的海洋劃界技術的研究和應用。國家海洋局開發(fā)的基于GIS的海洋劃界系統(tǒng)，將所有與精度有關的計算都歸化到大地橢球面上，以保證所求的關鍵結果與所采用的海圖數(shù)學基礎正確。該系統(tǒng)在國際劃界談判中得到了實際應用，取得了良好的效果[14]。彭認燦等人引用和發(fā)展了Carrera G的“兩點法/三點法”，并用于開發(fā)“九五”國家重大科技專項中的海域劃界智能可視系統(tǒng)[15]。其后，又基于Christensen水涯線法思想，提出了橢球面距離等比例水線法海洋劃界模型[16]。

3.4 地圖代數(shù)法海洋劃界技術

20世紀80年代后期，美國學者Tomlin最早提出地圖代數(shù)概念。同時，國內(nèi)學者胡鵬教授也提出利用地圖代數(shù)來進行地理信息圖形符號的可視化和空間分析，并取得一系列重要成果[17]。

基于地圖代數(shù)理論的海洋劃界技術是以等距線或等比線例線結合一定寬度的緩沖區(qū)線技術為基礎，是地球橢球面上測地變換和Voronoi圖生成的典型問題。該技術不僅適合單邊劃界、雙邊劃界以及多邊劃界的情形，而且適合復雜地理狀況下的劃界問題，解決了矢量劃界技術存在概念不嚴密、算法復雜、數(shù)據(jù)結構不統(tǒng)一及缺乏誤差討論和分析等問題。圖4為地圖代數(shù)方法求得的200海里線示意圖。

4 結 語

海洋劃界技術作為解決海域歸屬爭端的大區(qū)域地理空間劃分問題，關鍵是改進劃界算法，提高劃界精度，使劃界結果最終體現(xiàn)《公約》關于公平的這一最高原則。從國內(nèi)外看，海洋劃界技術是不斷演進的。因此，應當在重視海洋劃界法律、政治問題研究的同時，進一步加強多學科、跨領域聯(lián)合，積極采用計算機、地理信息、地圖代數(shù)等先進技術和方法，開展海洋劃界技術的研究和應用。

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