海圖設計自動化關鍵技術研究

張 璐

（青島遠洋船員職業學院，山東 青島266071）

隨著我國海洋建設的發展，海圖設計顯得愈發的重要了。我國傳統的海圖設計主要采用人工的方式，海圖也以紙質為主，有很大的缺陷和限制，因此發展海圖設計自動化是十分必要的。我國近年來海圖設計自動化取得了一定的成績，但是在圖幅劃分、資料處理集成、制圖綜合等方面還有不足，因此，想要提高海圖設計自動化程度，必然要對這些關鍵技術進行研究。

1 海圖設計的概述

1.1 海圖設計的概念界定

海圖設計是指以海圖的使用目標和用戶需求為依據，遵守視覺感受理論和海圖設計原則，對海圖的技術規格、總體構成、數學基礎、海圖內容、海圖表達方式、符號和色彩構成、設計方案等進行整體的規劃和實驗的過程。海圖設計是海圖生產的基礎，也主要由海圖編輯人員來完成，為海圖生產提供技術準備工作。

通常而言，海圖的生產流程包括設計、編輯、出版這三個階段。而本文的海圖設計就是在海圖繪制的準備階段中，海圖編輯、設計人員進行的所有技術準備工作。簡單來講，海圖設計階段就是要將海圖在以后的制作過程中，所涉及到的制作工藝、技術需求、制作流程等工作事項，進行策劃和試驗，是對編繪人員進行技術和流程指導的過程。而海圖編繪階段，則是按照海圖設計的要求去執行和實際操作的流程。近年來，海圖設計和制作已經逐漸向數字化發展，在這樣的背景下，二者的關系將更加密切。

1.2 海圖設計自動化的內容

（1）確定海圖的具體用途

海圖的用途確定是整個設計內容的表示方向和詳細程度的重要依據。所以在進行海圖設計之前，必須要對海圖的用途進行了解，明確制圖任務。

（2）對制圖資料進行處理

制圖資料的處理主要是對制圖資料的坐標系進行統一，確保其深度和高度的基準面得以改正，然后在對資料的整理和處理原則和方法進行試驗和確定。

（3）海圖的整體設計

海圖的整體設計是指對海圖的規格、內容和表示方式進行規定的一種行為。總體來講，其包括海圖的規格篇幅大小設計、比例尺坐標系等數學基礎的確定、海圖表示內容的確定和制圖原則方法的確定等。

（4）對海圖生產所涉及的生產工藝進行設計

這一階段的工作任務，主要是以海圖的基本用途、詳細程度、工期和資金經費等為依據，對海圖的編輯和出版工藝進行確定。目前使用較為廣泛的是數字編繪方法，出版和印刷應用較多的為計算機制版和印刷工藝等。

（5）海圖設計試驗

在對海圖進行設計時，一些用途特殊的海圖缺乏設計和制作規范，因此必須要對其進行試驗。試驗的主要內容有表示方法、制圖方法、綜合指標、圖形設計等。

2 海圖設計自動化的基礎理論

制圖經驗是海圖學家長時間的經驗總結。海圖設計的理論基礎是長時間研究和討論得出，并且達成了意見統一，其中包含兩種理論，分別為基礎理論、應用理論。現在地圖學者都接受了海圖傳輸理論，通過對地圖制圖的研究并總結出經驗，海圖傳輸對海圖學的規律進行了揭示，同時也聯系了自然和社會科學。地圖設計的基礎理論就是地圖傳輸，設計人員要同時考慮制圖與用途，對海圖進行制作和設計時一定要對用戶的需求進行考慮，這樣就對地圖傳輸的作用加以明確。其中地圖傳輸包含了一個系統的全部特點。這就表明設計者要從客觀的角度加以認識，在制圖與使用的過程中表現系統特點都為傳輸信息，而其中心就是地圖。所以，對地圖進行設計時應用的原理可以為系統科學，對事物的自身進行系統考慮。海圖設計考慮的基礎理論就是地圖傳輸。

海圖設計的理論包括系統理論、感受地圖理論、地圖符號學理論。海圖設計的應用理論就是系統理論，設計時是把其作為一個工程系統進行考慮。它需要對目標進行明確，對整體加強重視，進行定量研究、對方案進行優化。以上觀點就是對系統運用的解決方式。

對地圖進行讀圖的過程就是對地圖感受理論應用，同時將科學依據提供給圖形設計。對海圖的設計過程受很多因素影響，并且關系到眾多技術。想要把客觀依據提供給海圖設計，設計人員要對地圖的理論知識進行掌握。著手對圖形符號的變量進行視覺研究，同時還要研究其色彩、視覺心理等。其中色彩包括視覺感受、主觀色彩意識、習慣性用色。這些都是對海圖二維平面的理論應用。

3 海圖設計自動化關鍵技術

3.1 對多源海圖數據集成的研究

（1）空間基準的統一

空間基準較為復雜，涉及到坐標系統、平面基準、高程基準等多個復雜問題。確保空間基準的統一能夠使得多源數據的一致性、兼容性得以更好地實現，是實現海圖設計與生產的必要前提。

坐標系是空間基準的一個子目，也是確保數據格式成果轉換的基礎。傳統的坐標系采用20世紀50年代的北京坐標系，精度不夠理想。在2008年，我國發布了中國2000大地坐標系，則更加符合當前地理情況。所以一些原有的使用舊標準的坐標系的海圖資料，都應當將其坐標進行更新。在對北京坐標系向新標準坐標系進行轉換時，可以構建地面控制網，將相同地名的點在不同坐標系下所反映的值，實現轉換參數的解答，然后對這些參數進行坐標轉換。

深度基準也是空間基準的重要內容之一，在海圖設計過程中，應當注意做好對海道的測量工作，確保各個圖幅之間水深的基準面都能夠相對精確，使其盡可能一致，避免其對海圖編制過程中，因不同資料中的水深要素使制圖綜合變得難以操作。在海圖設計時，可以采用理論深度基準面作為參考，然后再對其進行改正。對于深度基準面不太明晰的資料，可以選用潮信法對其進行處理。在對電子海圖的開發過程中，需要做好海洋和陸地數據的拼接工作，解決其中的高程深度不一致的問題，可以采用構建無縫垂直基準的方法，來實現二者的轉換。

（2）要素編碼的統一

要素編碼主要包括類碼和識別碼兩種，類碼主要反應測量控制點、人工地物、航道等要素，其可以根據管理需求來設置，識別碼則是對具有唯一定義的海圖要素進行的區分，其包括點狀要素、線狀要素、面狀要素這三個大要素，分別對點狀標示物、河流等弧段物、面狀物進行表示和區分。因為海圖設計制作與其他地形圖的制作有著很大的差異，其編碼體系也不盡相同。因此可以采用查找比對的手段來實現概念上的轉換，對于因編碼體系不同所導致的要素對應混亂的情況，則需要對要素和屬性進行劃分，對其進行整合和充足，重新構建二者的對應關系。

3.2 計算機輔助條件下分幅設計

（1）地理底圖的設計和構建

地理底圖是保證圖幅能夠政策進行分幅的必要條件。在傳統的圖幅設計中，因為底圖只能是單幅的海圖，導致海圖的詳細程度和比例尺等數學基礎都受到了一定限制。但是在計算機條件下的海圖可以以電子海圖的形式呈現出來，因此在對其進行圖幅設計時，可以隨意調整海圖底圖，對于詳細程度、比例尺以及整體范圍都能夠很好構建出來，使得海域信息更加詳細。

（2）概略圖幅的設計

概略圖幅指以分幅原則為基礎，對目標海域的地理位置進行粗略的框選過程。在對單幅和定積分幅這兩種類型的海圖進行設計時，因其比例尺不確定的特點，所以在制圖時，應當采取框選分幅設計方法，以確定其大致范圍。在對一些比例尺較為固定的圖幅進行設計時，應當實現計算好圖框尺寸，然后再對圖幅進行框選。

（3）圖幅范圍的采集與調整

在對海圖進行分幅時，需要將概略分幅所框選的范圍進行坐標標示，通過對墨卡托投影的應用，將底圖的坐標轉化為經緯度形式的坐標，然后依次將圖幅范圍進行記錄，生成相關文件。

采集圖幅范圍之后，還需要對其進行調整。這種調整是對之前粗略框選的海圖分幅進行明晰化，使其更加精確，比如對其內岸線的連續性進行完整性測試、較為重要的海域是否能夠完整的包含等。在對成套圖進行調整時，主要側重點應在疊幅尺寸上，通過微調，確保海圖的設計更加精確合理。調整的具體流程可以通過人機交互進行反復操作，以達到工作目的。

4 結束語

海圖設計自動化對于海圖設計和制作的效率和精確度都有著十分重要的作用，但是因為我國在這方面研究較少，其中還是存在著很多的問題，比如缺乏有效的資料處理集成方法和高效靈活的圖幅劃分系統、制圖綜合自動化程度低等問題，這些是海圖設計自動化中較為關鍵的問題。對多源海圖數據集成的研究、計算機輔助條件下分幅設計的研究，能夠加深對其關鍵技術的探索。

［1］王志雄，趙朝方，劉元廷，等.遙感溢油識別的電子海圖設計與功能實現［J］.海洋測繪，2013，33（5）：38-41.

［2］帥樹敏.海圖作業標繪臺關鍵技術研究與設計實現［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2013.

［3］陳長林.同源多尺度海圖生產體系設計及其關鍵技術研究［D］.鄭州：中國人民解放軍信息工程大學，2013.