海图设计自动化关键技术研究

张 璐

（青岛远洋船员职业学院，山东 青岛266071）

随着我国海洋建设的发展，海图设计显得愈发的重要了。我国传统的海图设计主要采用人工的方式，海图也以纸质为主，有很大的缺陷和限制，因此发展海图设计自动化是十分必要的。我国近年来海图设计自动化取得了一定的成绩，但是在图幅划分、资料处理集成、制图综合等方面还有不足，因此，想要提高海图设计自动化程度，必然要对这些关键技术进行研究。

1 海图设计的概述

1.1 海图设计的概念界定

海图设计是指以海图的使用目标和用户需求为依据，遵守视觉感受理论和海图设计原则，对海图的技术规格、总体构成、数学基础、海图内容、海图表达方式、符号和色彩构成、设计方案等进行整体的规划和实验的过程。海图设计是海图生产的基础，也主要由海图编辑人员来完成，为海图生产提供技术准备工作。

通常而言，海图的生产流程包括设计、编辑、出版这三个阶段。而本文的海图设计就是在海图绘制的准备阶段中，海图编辑、设计人员进行的所有技术准备工作。简单来讲，海图设计阶段就是要将海图在以后的制作过程中，所涉及到的制作工艺、技术需求、制作流程等工作事项，进行策划和试验，是对编绘人员进行技术和流程指导的过程。而海图编绘阶段，则是按照海图设计的要求去执行和实际操作的流程。近年来，海图设计和制作已经逐渐向数字化发展，在这样的背景下，二者的关系将更加密切。

1.2 海图设计自动化的内容

（1）确定海图的具体用途

海图的用途确定是整个设计内容的表示方向和详细程度的重要依据。所以在进行海图设计之前，必须要对海图的用途进行了解，明确制图任务。

（2）对制图资料进行处理

制图资料的处理主要是对制图资料的坐标系进行统一，确保其深度和高度的基准面得以改正，然后在对资料的整理和处理原则和方法进行试验和确定。

（3）海图的整体设计

海图的整体设计是指对海图的规格、内容和表示方式进行规定的一种行为。总体来讲，其包括海图的规格篇幅大小设计、比例尺坐标系等数学基础的确定、海图表示内容的确定和制图原则方法的确定等。

（4）对海图生产所涉及的生产工艺进行设计

这一阶段的工作任务，主要是以海图的基本用途、详细程度、工期和资金经费等为依据，对海图的编辑和出版工艺进行确定。目前使用较为广泛的是数字编绘方法，出版和印刷应用较多的为计算机制版和印刷工艺等。

（5）海图设计试验

在对海图进行设计时，一些用途特殊的海图缺乏设计和制作规范，因此必须要对其进行试验。试验的主要内容有表示方法、制图方法、综合指标、图形设计等。

2 海图设计自动化的基础理论

制图经验是海图学家长时间的经验总结。海图设计的理论基础是长时间研究和讨论得出，并且达成了意见统一，其中包含两种理论，分别为基础理论、应用理论。现在地图学者都接受了海图传输理论，通过对地图制图的研究并总结出经验，海图传输对海图学的规律进行了揭示，同时也联系了自然和社会科学。地图设计的基础理论就是地图传输，设计人员要同时考虑制图与用途，对海图进行制作和设计时一定要对用户的需求进行考虑，这样就对地图传输的作用加以明确。其中地图传输包含了一个系统的全部特点。这就表明设计者要从客观的角度加以认识，在制图与使用的过程中表现系统特点都为传输信息，而其中心就是地图。所以，对地图进行设计时应用的原理可以为系统科学，对事物的自身进行系统考虑。海图设计考虑的基础理论就是地图传输。

海图设计的理论包括系统理论、感受地图理论、地图符号学理论。海图设计的应用理论就是系统理论，设计时是把其作为一个工程系统进行考虑。它需要对目标进行明确，对整体加强重视，进行定量研究、对方案进行优化。以上观点就是对系统运用的解决方式。

对地图进行读图的过程就是对地图感受理论应用，同时将科学依据提供给图形设计。对海图的设计过程受很多因素影响，并且关系到众多技术。想要把客观依据提供给海图设计，设计人员要对地图的理论知识进行掌握。着手对图形符号的变量进行视觉研究，同时还要研究其色彩、视觉心理等。其中色彩包括视觉感受、主观色彩意识、习惯性用色。这些都是对海图二维平面的理论应用。

3 海图设计自动化关键技术

3.1 对多源海图数据集成的研究

（1）空间基准的统一

空间基准较为复杂，涉及到坐标系统、平面基准、高程基准等多个复杂问题。确保空间基准的统一能够使得多源数据的一致性、兼容性得以更好地实现，是实现海图设计与生产的必要前提。

坐标系是空间基准的一个子目，也是确保数据格式成果转换的基础。传统的坐标系采用20世纪50年代的北京坐标系，精度不够理想。在2008年，我国发布了中国2000大地坐标系，则更加符合当前地理情况。所以一些原有的使用旧标准的坐标系的海图资料，都应当将其坐标进行更新。在对北京坐标系向新标准坐标系进行转换时，可以构建地面控制网，将相同地名的点在不同坐标系下所反映的值，实现转换参数的解答，然后对这些参数进行坐标转换。

深度基准也是空间基准的重要内容之一，在海图设计过程中，应当注意做好对海道的测量工作，确保各个图幅之间水深的基准面都能够相对精确，使其尽可能一致，避免其对海图编制过程中，因不同资料中的水深要素使制图综合变得难以操作。在海图设计时，可以采用理论深度基准面作为参考，然后再对其进行改正。对于深度基准面不太明晰的资料，可以选用潮信法对其进行处理。在对电子海图的开发过程中，需要做好海洋和陆地数据的拼接工作，解决其中的高程深度不一致的问题，可以采用构建无缝垂直基准的方法，来实现二者的转换。

（2）要素编码的统一

要素编码主要包括类码和识别码两种，类码主要反应测量控制点、人工地物、航道等要素，其可以根据管理需求来设置，识别码则是对具有唯一定义的海图要素进行的区分，其包括点状要素、线状要素、面状要素这三个大要素，分别对点状标示物、河流等弧段物、面状物进行表示和区分。因为海图设计制作与其他地形图的制作有着很大的差异，其编码体系也不尽相同。因此可以采用查找比对的手段来实现概念上的转换，对于因编码体系不同所导致的要素对应混乱的情况，则需要对要素和属性进行划分，对其进行整合和充足，重新构建二者的对应关系。

3.2 计算机辅助条件下分幅设计

（1）地理底图的设计和构建

地理底图是保证图幅能够政策进行分幅的必要条件。在传统的图幅设计中，因为底图只能是单幅的海图，导致海图的详细程度和比例尺等数学基础都受到了一定限制。但是在计算机条件下的海图可以以电子海图的形式呈现出来，因此在对其进行图幅设计时，可以随意调整海图底图，对于详细程度、比例尺以及整体范围都能够很好构建出来，使得海域信息更加详细。

（2）概略图幅的设计

概略图幅指以分幅原则为基础，对目标海域的地理位置进行粗略的框选过程。在对单幅和定积分幅这两种类型的海图进行设计时，因其比例尺不确定的特点，所以在制图时，应当采取框选分幅设计方法，以确定其大致范围。在对一些比例尺较为固定的图幅进行设计时，应当实现计算好图框尺寸，然后再对图幅进行框选。

（3）图幅范围的采集与调整

在对海图进行分幅时，需要将概略分幅所框选的范围进行坐标标示，通过对墨卡托投影的应用，将底图的坐标转化为经纬度形式的坐标，然后依次将图幅范围进行记录，生成相关文件。

采集图幅范围之后，还需要对其进行调整。这种调整是对之前粗略框选的海图分幅进行明晰化，使其更加精确，比如对其内岸线的连续性进行完整性测试、较为重要的海域是否能够完整的包含等。在对成套图进行调整时，主要侧重点应在叠幅尺寸上，通过微调，确保海图的设计更加精确合理。调整的具体流程可以通过人机交互进行反复操作，以达到工作目的。

4 结束语

海图设计自动化对于海图设计和制作的效率和精确度都有着十分重要的作用，但是因为我国在这方面研究较少，其中还是存在着很多的问题，比如缺乏有效的资料处理集成方法和高效灵活的图幅划分系统、制图综合自动化程度低等问题，这些是海图设计自动化中较为关键的问题。对多源海图数据集成的研究、计算机辅助条件下分幅设计的研究，能够加深对其关键技术的探索。

［1］王志雄，赵朝方，刘元廷，等.遥感溢油识别的电子海图设计与功能实现［J］.海洋测绘，2013，33（5）：38-41.

［2］帅树敏.海图作业标绘台关键技术研究与设计实现［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013.

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