海洋劃界技術(shù)的發(fā)展與實(shí)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(dāng)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(shù)等各個方面[1]。當(dāng)前，我國海洋劃界任務(wù)也十分繁重，在黃海、東海和南海都存在著復(fù)雜的海洋劃界問題。因此，我們應(yīng)當(dāng)在加強(qiáng)《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(qiáng)對海洋劃界技術(shù)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(lǐng)海、專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)和大陸架界3種，多邊海洋界線劃定則包括有關(guān)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(guān)國家依據(jù)《公約》精神和各國實(shí)際情況制定的用于指導(dǎo)本國海洋劃界實(shí)踐的國內(nèi)法律法規(guī)。

2 海洋劃界的特點(diǎn)

海洋劃界不同于陸地邊界的勘定，有其自身的特點(diǎn)[2]：①海洋具有流動性，沒有山脈、河流等有形的地理標(biāo)志可作參考，實(shí)地重復(fù)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(jié)果無法像陸地勘界一樣實(shí)地設(shè)立邊界界標(biāo)，劃界結(jié)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(shù)方法涉及諸多學(xué)科，問題比較復(fù)雜。

3 海洋劃界技術(shù)的發(fā)展

海洋劃界技術(shù)早在20世紀(jì)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(jìn)步而不斷改進(jìn)完善，相繼經(jīng)歷了手工圖紙劃界、計(jì)算機(jī)輔助劃界、計(jì)算機(jī)地球橢球面劃界3個階段。而當(dāng)前地圖代數(shù)理論的發(fā)展為開展高精度海洋劃界技術(shù)研究提供了條件，海洋劃界技術(shù)進(jìn)入新階段。從海洋劃界技術(shù)的發(fā)展和實(shí)踐來看，最核心的就是解決基于領(lǐng)?；€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(shù)

海洋劃界技術(shù)早在20世紀(jì)30年代就開始研究。當(dāng)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(luò)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(jì)60、70年代。手工劃界技術(shù)受制圖人員技術(shù)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(shù)粗糙，精度低、劃界速度慢的問題。

3.2 計(jì)算機(jī)輔助劃界技術(shù)

從20世紀(jì)70、80年代以來，更多國內(nèi)外學(xué)者開始采用計(jì)算機(jī)技術(shù)開展海洋劃界技術(shù)的研究，取得了很大進(jìn)步，但這一時期劃界技術(shù)是在地圖投影面進(jìn)行。1987年，加拿大學(xué)者Carrera G最早提出了“兩點(diǎn)法”和“三點(diǎn)法”（見圖1）[6]。自此之后，國內(nèi)外關(guān)于海洋劃界技術(shù)的研究主要針對Carrera G的“兩點(diǎn)法/三點(diǎn)法”和弧線包絡(luò)法進(jìn)行改進(jìn)。

“兩點(diǎn)法/三點(diǎn)法”存在的問題是劃界計(jì)算只利用選定的有限個數(shù)的基點(diǎn)數(shù)據(jù)，且在判斷大地線交叉線段時需大量的人機(jī)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(yùn)用弧線包絡(luò)法的改進(jìn)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(shí)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(shí)施的。計(jì)算機(jī)輔助下的海洋劃界技術(shù)研究開始在國內(nèi)起步。我國學(xué)者賴寶珍、費(fèi)立凡最早介紹了一種基于“彈性圓”的等距線計(jì)算機(jī)生成方法及實(shí)現(xiàn)程序[8]。海洋劃界研究人員元哲起則基于幾何學(xué)分析了等比例界線生成原理，利用迭代逼近法實(shí)現(xiàn)了不同岸線類型的等比例界線生成功能[9]。

3.3 計(jì)算機(jī)地球橢球面劃界技術(shù)

早在1951年國際法院關(guān)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(shù)——平行線追蹤法，即先用大地線連接基點(diǎn)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(jìn)行了完善，通過插值方法減小計(jì)算誤差以滿足要求。但該方法依舊沒有解決在幾何學(xué)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(diǎn)圓弧交點(diǎn)和基線切線計(jì)算擴(kuò)展到橢球面上進(jìn)行，并用于美國聯(lián)邦礦產(chǎn)管理局提交的外大陸架報(bào)告[10]。加拿大CARIS LOTS劃界軟件以實(shí)現(xiàn)地球參考橢球體上的弧線包絡(luò)法計(jì)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(fù)雜的大地線計(jì)算[12]。對此，2001年，澳大利亞Leahy等提出一種推求正?；€下單邊海洋界線的新方法。該方法的特點(diǎn)是沿基線“滾動球”取得基線的“平行線”，并在MarZone軟件中實(shí)現(xiàn)（見圖3）[13]。

同一時期，國內(nèi)相關(guān)單位和學(xué)者也開展了基于地球橢球體的海洋劃界技術(shù)的研究和應(yīng)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(guān)的計(jì)算都?xì)w化到大地橢球面上，以保證所求的關(guān)鍵結(jié)果與所采用的海圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)正確。該系統(tǒng)在國際劃界談判中得到了實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果[14]。彭認(rèn)燦等人引用和發(fā)展了Carrera G的“兩點(diǎn)法/三點(diǎn)法”，并用于開發(fā)“九五”國家重大科技專項(xiàng)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(shù)

20世紀(jì)80年代后期，美國學(xué)者Tomlin最早提出地圖代數(shù)概念。同時，國內(nèi)學(xué)者胡鵬教授也提出利用地圖代數(shù)來進(jìn)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(shù)是以等距線或等比線例線結(jié)合一定寬度的緩沖區(qū)線技術(shù)為基礎(chǔ)，是地球橢球面上測地變換和Voronoi圖生成的典型問題。該技術(shù)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(fù)雜地理狀況下的劃界問題，解決了矢量劃界技術(shù)存在概念不嚴(yán)密、算法復(fù)雜、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(jié) 語

海洋劃界技術(shù)作為解決海域歸屬爭端的大區(qū)域地理空間劃分問題，關(guān)鍵是改進(jìn)劃界算法，提高劃界精度，使劃界結(jié)果最終體現(xiàn)《公約》關(guān)于公平的這一最高原則。從國內(nèi)外看，海洋劃界技術(shù)是不斷演進(jìn)的。因此，應(yīng)當(dāng)在重視海洋劃界法律、政治問題研究的同時，進(jìn)一步加強(qiáng)多學(xué)科、跨領(lǐng)域聯(lián)合，積極采用計(jì)算機(jī)、地理信息、地圖代數(shù)等先進(jìn)技術(shù)和方法，開展海洋劃界技術(shù)的研究和應(yīng)用。

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