陸海地理要素空間差異對比研究

呂瑛炯，林 昱

（1.北海航海保障中心，天津 300450；2.武漢大學 資源與環境科學學院，湖北 武漢 430072）

陸海地理要素空間差異對比研究

呂瑛炯1，林 昱2

（1.北海航海保障中心，天津 300450；2.武漢大學 資源與環境科學學院，湖北 武漢 430072）

在陸地和海洋統籌聯動發展的趨勢下，多尺度、多時相、多源的陸海基礎地理信息數據的交互共享變得越來越重要；然而陸海地理要素的空間差異給二者的融合和使用帶來了困難。以地形圖和電子海圖為例進行對比分析，著重從二者的空間表現角度進行差異比較，并深入分析了其產生的原因，為解決陸海地理數據空間差異和實現數據融合共享打下基礎。

地形圖；電子海圖；陸海地理要素；差異對比；原因分析

地形圖和電子海圖是用于描述陸地和海洋地理信息的重要載體。地形圖屬于普通地圖的一種，是一種詳細而精確地表達地面各種要素的地圖[1]，電子海圖則是通過數字形式表達各種海域地理信息以及航海信息為主的海圖[2]。二者在數據基準、比例尺、地圖表達內容、分類分級體系、地物的空間位置和形態、屬性等方面的差異，給不同數據來源的陸海基礎地理數據融合帶來了困難。

充分認識陸地和海洋地理要素的差異，有利于針對差異提出解決的策略，在最大程度上達到陸海地理信息數據融合的目的，對進一步擴大現有陸海地理信息數據的應用范圍，提高數據重復使用率，節省大量的人力、物力和財力，增進陸海各部門之間的合作，增強陸海地理信息的共享、集成、高效利用以及促進陸海統籌聯動發展具有重要的意義。

國內外已有許多學者對地形圖和電子海圖的融合問題進行了研究，文獻[3]～[6]在討論要素融合之前，簡要地介紹了地形圖和電子海圖在語義、空間等方面的差異，重點在于闡述數據融合的思路和方法，而不是具體分析地形圖和電子海圖的區別；劉秋生[7-8]著重對海圖與地形圖上的海岸線、干出灘和干出線等的差異進行了分析，認為對于海岸線、干出灘和干出線定義以及測量的差異導致了區別的產生；申家雙[9]等詳細地比較了海岸帶地區地形圖和海圖表示方法的各種差異，分析了產生這些差異的根本原因，認為新建海岸帶地形圖是消除地形圖和海圖差異的方法。

1 地形圖和電子海圖空間差異表現

對于陸地和海洋的地理要素，不同管理部門在不同規范中對其類別的劃分方式不同。地形圖要素分類方法為線型分類法，根據地理信息要素類別的從屬關系依次分為大類、中類、小類、子類等，其中大類主要包括定位基礎、水系、居民地及設施、交通、管線、境界、地貌以及植被與土質，其他類別均在此基礎上逐漸劃分開來[10]。對于電子海圖來說，不同的規范對于地理要素分類分級的方法差別較大，國內常見的涉及電子海圖分類分級等內容的標準包括HY/T075-2005《海洋信息分類與代碼》[11]和GJB2680-1996《軍用數字海圖要素屬性編碼規則》[12]。國際上廣泛使用的海圖繪制標準為IHO S-57《數字海道測量數據傳輸標準》（以下簡稱S-57）[13]，該標準中將海圖表達的內容分為160個海圖地理物標，其內容涉及各種類型的航標、海岸線及岸線結構物、海底地貌、水文要素等。要比較相同地理要素在地形圖和電子海圖之間的差異，必須根據定義建立起相同或相似地形圖要素類別與電子海圖要素類別間的映射關系，從而比較其在空間位置和形態上的區別。

為了清晰直觀地顯示陸地和海洋地理要素的空間差異，以天津市的地形圖和電子海圖為例作比較分析。天津位于華北平原北部，東臨渤海，北靠燕山。其疆域全長約為1 290.8 km，其中海岸線全長約為153 km，陸界全長約為1 137.48 km。天津地形圖和電子海圖統一采用WGS84坐標系，其中海圖數據為000文件格式，比例尺最大為1∶5 000，最小為1∶150 000，采取自由分幅的形式；地形圖數據為shape file格式，分為25個圖幅，每個圖幅比例尺統一為1∶2 000。獲取二者的重疊區域，識別相同地物比較其差異。

1.1 陸地地理要素差異

根據S-57標準中對于海圖地理要素的分類，電子海圖中存在大量陸地上的地理要素，如地面地帶、單體建筑、橋梁、渠道（運河）、檢查站、柵欄線、防御工事、鐵路、道路、筒倉/罐、噴泉、廣場、隧道、植被、瀑布等。對于這些要素，電子海圖只選取部分簡要表示其輪廓及地理分布。

如圖1所示，上層覆蓋的為電子海圖的地理要素類別“建筑區”，在地形圖上與其相同地理位置所對應的為“磚石結構一般房屋”等建筑。可見在電子海圖上，對于陸地上建筑一類的地理要素，只是概略表示其所在范圍，不會詳細描繪單獨建筑的位置和輪廓。而在地形圖上，會選取一部分主要建筑表示其輪廓和地理位置，并能將其分類詳細到建筑物的材質和結構。

圖1 電子海圖建筑區與地形圖磚石結構一般房屋

對于陸地上的水系來說，如圖2所示，電子海圖上地理要素類別為“湖泊”，指的是完全由陸地包圍的大的水域，在地形圖上對應位置的地理要素為“池塘”，是指比湖泊小的水體，一般而言，池塘是小得不需使用船只而多采竹筏渡過的。對于同一位置的同一塊水體，電子海圖統一將其劃分為湖泊這一大的概念，而地形圖上不光輪廓更為詳細，對其類別的劃分也更為細致。

圖2 電子海圖湖泊與地形圖池塘

交通也是陸地上重要的地理要素，如圖3所示，考慮到制圖的重點和地圖的載負量，電子海圖對于道路的表示取舍量較大，只選擇重要的若干條道路表示，而地形圖上對于道路的表示更為豐富、詳細。

也許是緣份，我有幸認識了幾位畫唐卡的喇嘛：長臉的大個子彭措，瘦骨清相大眼睛的旦增，英俊而憨厚的扎西，圓渾翹鼻子的次正，還有那個袈裟蓋頭的沉默的金巴。

圖3 電子海圖道路與地形圖道路

1.2 海洋地理要素差異

電子海圖中存在大量詳細表達海洋內容的地理要素類別，如警告區、毗連區、大陸架、非重力流、關稅區、深水航道中心線、深水航道部分、等深線、港池區、疏浚區、專屬經濟區、局部磁力異常、儲木池、磁差、油障、警戒區、雷達線、雷達有效作用距離、雷達反射器、無線電呼叫點、無線電臺、推薦航道中心線、調和常數預測潮流等。這類地理要素在地形圖上一般不表達或只選擇性地表達。

圖4 電子海圖海床區與地形圖海域

如圖4所示，在地形圖上統一表示為“海域”的區域在電子海圖上有著更為詳細地劃分，電子海圖上將統一的海域范圍根據其性質更為具體地劃分出“海床區”，還有依自然性質劃分的“大陸架”、以人文社會性質劃分的“專屬經濟區”、“毗連區”等。除此之外更多的是電子海圖上進行表達，而地形圖上不涉及的地理要素。

1.3 陸海交界區域地理要素差異

陸海交界區域大部分為海岸帶及其周圍區域，這一區域自然資源豐富、交通發達，在航運、經濟中具有重要地位，也是地形圖和電子海圖上地理要素差異表現最為明顯的區域，如海岸線、岸線結構物等。

海岸線是陸地和海洋的交匯線，圖5為地形圖和電子海圖上海岸線的比較，可以看出地形圖和電子海圖的海岸線位置并不是完全重合的，形狀也存在差異，這與地形圖和電子海圖的測量繪制方法不同有關。地形圖主要是采用航空攝影測量，受航片變形和水崖線的實時位置等因素影響，而電子海圖主要采用測量儀器實地測量，二者的位置和形狀自然會產生差異。

圖5 電子海圖海岸線與地形圖海岸線

如圖6所示，電子海圖上的地理要素“岸線結構物”，是指建于水域和陸地之間的固定（非漂浮）人工建造物，地形圖上相應位置為地理要素“碼頭”，是指海邊、江河邊專供乘客上下、貨物裝卸的建筑物。可見地形圖和電子海圖上這一地理要素的形狀大致相似，但位置和面狀符號的大小仍存在較大差異，其原因與產生海岸線差異的原因相同。除了碼頭之外，電子海圖上岸線結構物對應的地形圖的地理要素類別還有“堤”、“浮碼頭”等，也存在位置、形狀、大小的區別。

圖6 電子海圖岸線結構物與地形圖碼頭

1.4 陸海地理信息要素空間差異特征

通過對地形圖和電子海圖上陸地地理要素、海洋地理要素、陸海交界處地理要素進行對比，對陸海地理信息要素空間差異的特征和規律進行簡要歸納和總結，可得出如下結論：

1）地形圖和電子海圖對地理要素的選取和表示有一定的偏重，地形圖偏向表達陸地上的水系、居民地、交通等要素，而電子海圖主要選取海洋中的海域、航標、障礙物等進行表示。對于這些類別的地理要素，二者表現差異很大，主要體現在對于要素選取的量和綜合程度上，因此地理要素的數量和輪廓都存在很大差異。

2）陸海交界區域是陸海地理要素沖突最為明顯的區域，主要是海岸帶及其鄰近區域。其主要地理要素類別包括海岸線及碼頭、堤等岸線結構物。這些類別的地理要素在地形圖和電子海圖上都很重要，因此都進行了較為詳細的描述。

3）對于陸海交界區域的地理要素，其整體的形狀輪廓大致相似，其區別主要體現在地理要素的位置和形態上。相同地物的位置存在偏差，對于線狀要素和面狀要素，其長度也存在區別。

地形圖和電子海圖上這些地理要素的空間差異都是表象，了解這些地理要素空間差異產生的原因，才能更好地認識和理解陸海地理信息數據，從而處理和解決陸海地理要素的空間差異。

2 空間差異原因及解決方法

由于陸海地理信息數據的測量和繪制由不同部門分管，二者在諸多方面存在差異，現對產生差異的原因進行總結并簡要說明解決方法。

2.1 地形圖和電子海圖產生差異的原因

1）應用目的不同。地形圖主要表現地表上基本的自然和人文現象的分布情況及其之間相互的空間關系，用于陸地資源的規劃、設計、開發、利用等，因此對于海洋要素只是選擇性地表示；而電子海圖主要用于表達海洋及其毗鄰陸地區域的要素分布情況，包括海岸、岸線結構物以及各種礁石、航標、水文現象等，主要用于指導航海的安全。由于航行對于相關海洋要素的位置精度要求較高，因此電子海圖上的海岸線、障礙物等位置較為準確，輪廓更為細致。

2）測量方式不同。地形圖主要采用實測及航空航天攝影測量方法；電子海圖主要利用船舶進行海洋水深測量，對于岸線及岸線結構物采用實地測量。陸地測量主要用光學儀器，海洋測量主要采用聲學儀器。無論哪種方法均存在誤差，地形圖和電子海圖均根據其應用目的保證了重要地物位置的精確性。

3）制圖表達方式不同。制圖表達方式的差異不僅表現在地形圖和電子海圖使用不同的符號體系，也表現在其對于地理要素的選取和綜合上。電子海圖對陸地地理要素表示得比較概略，綜合量較大，而對海洋要素表現得較詳細。相反地形圖對海域內容表示得較簡略，綜合量較大，而對陸地地理要素表示得很詳細。

4）時相差異。在制圖過程中，有時需要利用原有地圖資料進行繪制，地形圖和電子海圖參考的繪圖資料的新舊程度不同會導致地形圖和電子海圖對同類地物位置和形狀的差異。而且由于電子海圖需要用于保證航行安全，海圖出版后對于有關航行部分的地理要素要定期進行修正，保持良好的現勢性，而地形圖的更新沒有電子海圖頻繁，因此產生了差異。

2.2 陸海地理要素空間融合策略

要消除地形圖與電子海圖在空間位置和形狀上的差異，得到完整統一的陸海地理信息數據，需要對地形圖和電子海圖進行數據融合。其要點在于同時保持二者的表達重點，得到滿足需求、精確度更高、屬性更為豐富的地理信息數據。對于陸地地理要素，地形圖明顯內容更為豐富，精確度更高，因此當產生空間沖突時，可刪除電子海圖上的陸地地理要素，保留地形圖相應部分的地理要素。同理對于海洋地理要素，電子海圖給予了更為詳細的表示，可刪除地形圖這部分內容，保留電子海圖上的對應內容。對于陸海交界部分的地理要素，考慮到地形圖和電子海圖各有優勢與不足，為了得到精確性更高，現勢性更好的數據，將該部分產生沖突的地物進行數據融合，包括同名實體匹配和幾何圖形合并[4]。

3 結 語

本文通過比較地形圖和電子海圖上不同類型的地理要素來研究陸海地理要素之間的空間差異，并總結了陸海地理要素空間差異的特征和規律；充分了解陸海地理信息數據的差異和沖突，解決沖突，增強陸海地理信息數據的交互共享，從而滿足國家和社會對于陸地和海洋統籌發展的戰略需求。

[1] 祝國瑞,郭禮珍,尹貢白,等.地圖設計與編繪[M].武漢:武漢大學出版社,2010

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[6] 白亭穎.陸海地理信息數據融合關鍵技術研究[J].測繪通報,2015(7):99-102

[7] 劉秋生.對海圖與地形圖上海岸線、干出線差異的分析[J].海洋測繪,1996(4):28-29

[8] 劉秋生.對海陸圖上海岸線、灘涂界線差異的分析[C].武漢:第八屆海洋測繪綜合性學術研討會,1996

[9] 申家雙,張曉森,馮伍法.海岸帶地區陸海圖的差異分析[J].測繪科學技術學報,2006,23(6):400-403

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[11] HY/T 075-2005.海洋信息分類與代碼[S].北京:中國標準出版社,2005

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[13] IHO S-57.數字海道測量數據傳輸標準[S].摩納哥:國際海道測量局,1992

P28

B

1672-4623（2016）07-0035-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.07.010

呂瑛炯，工程師，從事航海圖書編繪工作。

2016-05-04。