數(shù)字海圖的特點與制圖技術研究

彭冰

摘 要：本文基于筆者多年從事海圖制圖的相關工作經(jīng)驗，以海圖中的圖輻和符號編輯設計為研究對象，深度探討了海圖的定義和特性，海洋制圖編輯設計的技術內(nèi)容，海圖編輯設計的基本理論，圖幅設計的基本原理，海圖符號和要素表示方法等，全文是筆者長期工作實踐基礎上的技術總結，相信對從事相關工作的同行有著重要參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：海圖 定義 特性 編輯 設計 原理 方法 分幅

中圖分類號：P28 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0228-02

1 海圖的定義

海圖是海洋調(diào)查研究的成果，同時又是服務于海洋開發(fā)利用的工具。隨著人類對海洋認識的加深，海圖的品種越來越多，內(nèi)容越來越豐富。表示方法和編制手段隨著科技的進步，技術水平越來越高。

地圖的定義隨著地圖歷史的發(fā)展過程而不斷變化，一般地講應定義為：按照一定的數(shù)學法則根據(jù)各自的具體用途，經(jīng)過選擇和概括，并用符號將地球表面上的各種或某一種自然現(xiàn)象和社會現(xiàn)象的分布，狀況和聯(lián)系縮小表示在平面上的圖形。地圖就是運用簡化和概括，以可視形式表示這一客觀實際的某些方面的結構。海圖是地圖的一個類型，亦稱海洋地圖，是以海洋及其毗鄰的陸地為描繪對象的地圖。信息論引入地圖學領域后，人們進一步認識到地圖還是處理、提供和分析空間信息的一種特殊形式。

2 海圖的特性

海圖和地圖的主要特點有；一是有特定的數(shù)學基礎；二是利用特殊的符號系統(tǒng)；三是對制圖對象的取舍和概括。海圖所描繪的海洋區(qū)域，有露出水面、高低不平的岸灘、島嶼，有深入水中、上下起伏的海底。就是海面，除起伏的因素外，由于潮汐、重力等多種因素的影響，也不是規(guī)則的。選擇不同的投影，或說是具有特定的數(shù)學基礎，是地圖和海圖區(qū)別于其它圖形的共同特點。符號的使用，使地球表面的圖形可以用任何比例尺表示在平面上；地圖能表示出地表的形狀；不僅能表示現(xiàn)象的外貌，還能表示出事物內(nèi)在的根本本質(zhì)等等，即是利用符號語言表示出制圖現(xiàn)象的時空變化。對制圖對象進行取舍和概括，正是為了著力表現(xiàn)那些與用途有關的，尤其是重要的現(xiàn)象，并表現(xiàn)其有典型意義的特征和有決定意義的特點，提高圖的使用價值。

海圖的特點存在于它的特殊用途和所表現(xiàn)的制圖對象中。海圖的描繪對象是海洋及其毗鄰的陸地，獲取海洋信息的手段和方式主要是利用船舶進行海洋水深與其它要素的測量，主要使用聲學儀器。海圖的內(nèi)容及其表示方法，除海底地形圖的內(nèi)容與陸圖一致，其它主要內(nèi)容為岸、灘和海底地貌、水文、助航、礙航物等等。表示方法更有如下特點：多選用墨卡托投影編制海圖，以利于船舶等角航行時進行海圖作業(yè)；沒有固定的比例尺系列；深度起算面不是平均海面，而選用有利于航海的特定深度基準面：分幅主要沿海岸線或航線劃分，鄰幅間有供航行換圖時所必需的較大重疊部分；為適應分幅的特點，航海圖有自己特有的編號系統(tǒng)；海圖與陸圖制圖綜合的具體原則，因內(nèi)容差異甚大和用途不同而有所區(qū)別；獨立的符號系統(tǒng)；更需要及時、不間斷地進行更新，保持其現(xiàn)勢性，以確保船舶航行的安全。

海圖編輯設計是海圖生產(chǎn)的初級階段（如圖1），是制作高質(zhì)量海圖的基礎。具體地說，編輯設計是指海圖編輯所進行的各項技術工作，也稱編輯準備，即根據(jù)海圖用途要求確定海圖的規(guī)格與內(nèi)容。達到的技術指標所需的資料，以及為此所進行的分析研究和技術準備工作。

3 編輯設計的技術內(nèi)容

海圖編輯設計工作的內(nèi)容，隨制圖任務性質(zhì)，制圖區(qū)域特點、制圖資料及儀器設備的不同而有所差別，主要有以下幾項：

海圖總體設計是確定海圖的基本規(guī)格、內(nèi)容及表示方法，包括海圖圖幅設計、確定海圖的數(shù)學基礎、構思海圖的內(nèi)容及表示方法。制圖資料工作包括對制圖資料搜集、分析選擇。對于選定作為編圖的資料還要進一步確定出基本資料、補充資料、參考資料。確定對各種資料的使用程度，使用范圍及使用方式。在此基礎上，根據(jù)編圖需要和設備條件進行復制及確定轉繪的原則、方法及精度要求。

4 編輯設計的基本理論

地圖傳輸論作為地圖學的基礎理論逐漸為大多數(shù)地圖學者所接受?？偨Y和研究地圖制圖經(jīng)驗使我們認識到，地圖傳輸論不僅揭示了地圖學的規(guī)律性，而且也加強了地圖學與其它自然科學和社會科學的聯(lián)系，對于編輯設計來說也不例外，尤其是在把編輯實際過程作為一個系統(tǒng)來研究時。地圖傳輸論被地圖設計人員接受后，使傳統(tǒng)設計在認識上起了很大變化，它把地圖設計者和用圖者聯(lián)系在一起的同時，提出與用圖者進行研究，發(fā)現(xiàn)用戶需要的潛力。應用在編輯設計上的主要理論是地圖感受論和地圖符號學。地圖感受論是研究地圖視覺感受的基本過程和特點，分析用圖者對圖形、圖像感受的心理因素和地圖感受的效果。為給地圖設計和應用提供客觀的依據(jù)，設計人員應該有地圖視覺感受方面的知識，以視覺感受原理為指導，進一步提高地圖設計能力，使地圖有一個最好的信息傳遞效果。地圖符號學已被視為一種特殊的地圖語言來研究，地圖語言是一種圖形語言，是一種特殊的符號系統(tǒng)。由于海圖圖形是海洋的空間模型，是記錄和傳輸海洋空間信息的特殊方式，在編輯設計過程中，利用信息論感受論的方法和手段迅速得到成功，如受國際海道測量組織的委托，加拿大海道測量局研制成了潮汐信息系統(tǒng)；各種海圖數(shù)據(jù)庫在各國相繼建立和發(fā)展。

5 圖幅設計原理

海圖圖幅設計就是按標準的海圖規(guī)格，根據(jù)比例尺，經(jīng)緯線網(wǎng)和制圖區(qū)域特點確定海圖的范圍。當以經(jīng)緯線作內(nèi)圖廓線時，則求出圖廓四角的經(jīng)緯度值；當不以經(jīng)緯線作為內(nèi)圖廓線時，則應大致確定其圖幅范圍。

海圖的圖幅設計主要有單幅海圖的圖幅設計、掛圖及圖集的圖幅設計。在海圖比例尺已經(jīng)固定的情況下，單幅海圖的圖幅設計主要是從制圖區(qū)域和圖幅數(shù)量上加以考慮，對于連續(xù)成套的航海圖的相鄰圖幅還要有重疊。由于比例尺一定，則可以選擇小比例尺底圖，在底圖上根據(jù)所計算的經(jīng)緯差進行單幅圖框套或多幅圖的連續(xù)框套，也就是俗稱海圖的分幅設計。endprint

在制圖區(qū)域固定條件下，單幅海圖的圖幅設計主要是滿足海圖用途對制圖區(qū)域的完整性要求特別是對于區(qū)域界線較為明顯的海域地理單元，更要突出其區(qū)域的完整性，包括大比例尺表示的港口、海灣、島嶼、海峽水道或小比例尺表示的大洋海域。制圖區(qū)域一定，圖幅設計主要是考慮到海圖的比例尺和一定圖幅規(guī)格下的圖幅數(shù)量。因此，這種情況下的圖幅設計將和比例尺的確定同時進行。

海圖的圖幅設計還要考慮面積小的，不宜單獨作圖的圖幅，可以用附圖形式配置在主圖的適當位置，稱主附圖；對于狹長的水道、海峽海灣或海岸線走向與內(nèi)圖廓斜交使陸地面積過大，可作移圖處理，經(jīng)移圖處理的圖幅稱拼接圖：個別海圖圖幅較小，可把兩幅或多幅拼接在一幅圖上，又稱拼合圖；個別表示海域范圍的地理走向，還可以設計斜幅圖，以及破圖廓等等。

最常用的是航海圖的圖幅設計，總原則是充分滿足航海定位導航需要，保證航行安全和方便航海人員使用，主要遵循：保證地理單元的相對完整，海陸面積分布適當，同比例尺成套航海圖之間應有一定的重疊，盡量減少圖幅的數(shù)量。

6 符號和要素表示方法

海圖符號是海圖把海域及沿海陸地的各種信息傳輸給用圖者的特殊語言，它的主要功能表現(xiàn)在三個方面：首先使用海圖符號能對客觀事物進行不同程度的抽象、概括和簡化，能滿足各個方面的不同要求，并在比例尺縮小的情況下，仍能反映區(qū)域的基本面貌，同時保持清晰易讀；其次，海圖符號賦予海圖極大的表現(xiàn)能力，它即能表示具體的事物，如航標、沉船等，也能表現(xiàn)抽象的事物，如海區(qū)界線等：既能表示現(xiàn)實上存在的事物，如石油平臺，又能表示歷史上有過的事物及未來將出現(xiàn)的事物，如古河道，設計中的碼頭等；既能表示事物的外形，如海岸線性質(zhì)，又能表示事物的內(nèi)部性質(zhì)。如海水的鹽度等；第三，海圖符號能提高海圖的應用效果，它能在平面上建立或再現(xiàn)客觀現(xiàn)象的空間模型，并為無法表示的現(xiàn)象設計想象的模型。

按海圖符號所表示事物的分布特點分為：點狀符號、線狀符號、面狀符號；按符號的尺寸與海圖比例尺的關系分為：依比例尺符號、半依比例尺符號、不依比例尺符號；按符號的形狀與事物的關系分為：正形符號、象征符號。海圖的基本符號，就是《海圖圖式》，包含了繪制航海圖的全部符號和縮寫，它同時也是繪制其它海圖的基本符號。

海底地貌作為海圖的一個內(nèi)容要素，主要是指海底表面起伏的變化情況和形態(tài)特征。航海圖、海底地形圖及各種海洋專題圖，由于它們的用途不同，對海底地貌的表示有不同的要求，常常采用不同的表示方法。就是同一種海圖，由于比例尺不同及制圖資料詳細程度的差異，采用的表示方法也不一樣。海圖上常用的海底地貌表示法有：符號法，深度注記法，等深線法等等。

7 編輯過程研究

數(shù)字海圖的編輯設計大體分為以下四個階段。

（1）編輯設計準備階段：這一階段的工作與傳統(tǒng)的制圖過程基本相同，包括收集、分析、評價和確定編圖資料，根據(jù)編圖要求選定投影、比例尺、海圖內(nèi)容，表示方法等，并按自動制圖的要求做好準備，如為了數(shù)字化，應對原始資料進一步處理，確定海圖資料的數(shù)字化方法，進行數(shù)字化前的編輯處理，現(xiàn)在，我們一般嘗試，采用計算機直接處理原始資料。設計地圖內(nèi)容要素的數(shù)字編輯系統(tǒng)，研究程序設計的內(nèi)容和要求，完成數(shù)字制圖的編輯計劃。（2）數(shù)字化階段：一般采用手扶跟蹤和掃描數(shù)字化兩種，以矢量形式記錄，建立數(shù)據(jù)庫，供調(diào)用。（3）數(shù)據(jù)處理和編輯階段：這是數(shù)字制圖的核心工作。數(shù)字化信息輸入計算機后要對信息本身進行檢查、糾正、生成數(shù)字化文件，轉換特征碼，統(tǒng)一坐標，不同資料的數(shù)據(jù)合并歸類等；另一方面進行數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)字基礎的建立、投影變換、對數(shù)據(jù)進行選取和概括等。無論以何種方式輸入的數(shù)據(jù)，都會出現(xiàn)誤差，最常見的有多邊形不閉合，相鄰多邊形出現(xiàn)重疊和裂口，相鄰線段出現(xiàn)斷頭，相鄰圖幅邊緣不匹配等，所以都應進行編輯檢查，還要對要素分成進行校核。（4）圖形輸出階段：最終的數(shù)字海圖產(chǎn)品不僅包括各種分層要素，還可能有各種圖表，所以要進行存儲或顯示在屏幕上或打印在紙上。

參考文獻

[1] 胡鵬，游漣，楊傳勇，等.地圖代數(shù)[M].武漢武漢大學出版社，2001.

[2] 測繪學院制圖教研室.地圖編輯設計[M].鄭州解放軍測繪學院，1977.endprint