海圖設(shè)計自動化關(guān)鍵技術(shù)研究

張 璐

（青島遠洋船員職業(yè)學(xué)院，山東 青島266071）

隨著我國海洋建設(shè)的發(fā)展，海圖設(shè)計顯得愈發(fā)的重要了。我國傳統(tǒng)的海圖設(shè)計主要采用人工的方式，海圖也以紙質(zhì)為主，有很大的缺陷和限制，因此發(fā)展海圖設(shè)計自動化是十分必要的。我國近年來海圖設(shè)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(shè)計自動化程度，必然要對這些關(guān)鍵技術(shù)進行研究。

1 海圖設(shè)計的概述

1.1 海圖設(shè)計的概念界定

海圖設(shè)計是指以海圖的使用目標和用戶需求為依據(jù)，遵守視覺感受理論和海圖設(shè)計原則，對海圖的技術(shù)規(guī)格、總體構(gòu)成、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、海圖內(nèi)容、海圖表達方式、符號和色彩構(gòu)成、設(shè)計方案等進行整體的規(guī)劃和實驗的過程。海圖設(shè)計是海圖生產(chǎn)的基礎(chǔ)，也主要由海圖編輯人員來完成，為海圖生產(chǎn)提供技術(shù)準備工作。

通常而言，海圖的生產(chǎn)流程包括設(shè)計、編輯、出版這三個階段。而本文的海圖設(shè)計就是在海圖繪制的準備階段中，海圖編輯、設(shè)計人員進行的所有技術(shù)準備工作。簡單來講，海圖設(shè)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(shù)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(shù)和流程指導(dǎo)的過程。而海圖編繪階段，則是按照海圖設(shè)計的要求去執(zhí)行和實際操作的流程。近年來，海圖設(shè)計和制作已經(jīng)逐漸向數(shù)字化發(fā)展，在這樣的背景下，二者的關(guān)系將更加密切。

1.2 海圖設(shè)計自動化的內(nèi)容

（1）確定海圖的具體用途

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

（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(tǒng)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(shè)計

海圖的整體設(shè)計是指對海圖的規(guī)格、內(nèi)容和表示方式進行規(guī)定的一種行為?？傮w來講，其包括海圖的規(guī)格篇幅大小設(shè)計、比例尺坐標系等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的確定、海圖表示內(nèi)容的確定和制圖原則方法的確定等。

（4）對海圖生產(chǎn)所涉及的生產(chǎn)工藝進行設(shè)計

這一階段的工作任務(wù)，主要是以海圖的基本用途、詳細程度、工期和資金經(jīng)費等為依據(jù)，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(shù)字編繪方法，出版和印刷應(yīng)用較多的為計算機制版和印刷工藝等。

（5）海圖設(shè)計試驗

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

2 海圖設(shè)計自動化的基礎(chǔ)理論

制圖經(jīng)驗是海圖學(xué)家長時間的經(jīng)驗總結(jié)。海圖設(shè)計的理論基礎(chǔ)是長時間研究和討論得出，并且達成了意見統(tǒng)一，其中包含兩種理論，分別為基礎(chǔ)理論、應(yīng)用理論?，F(xiàn)在地圖學(xué)者都接受了海圖傳輸理論，通過對地圖制圖的研究并總結(jié)出經(jīng)驗，海圖傳輸對海圖學(xué)的規(guī)律進行了揭示，同時也聯(lián)系了自然和社會科學(xué)。地圖設(shè)計的基礎(chǔ)理論就是地圖傳輸，設(shè)計人員要同時考慮制圖與用途，對海圖進行制作和設(shè)計時一定要對用戶的需求進行考慮，這樣就對地圖傳輸?shù)淖饔眉右悦鞔_。其中地圖傳輸包含了一個系統(tǒng)的全部特點。這就表明設(shè)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(xiàn)系統(tǒng)特點都為傳輸信息，而其中心就是地圖。所以，對地圖進行設(shè)計時應(yīng)用的原理可以為系統(tǒng)科學(xué)，對事物的自身進行系統(tǒng)考慮。海圖設(shè)計考慮的基礎(chǔ)理論就是地圖傳輸。

海圖設(shè)計的理論包括系統(tǒng)理論、感受地圖理論、地圖符號學(xué)理論。海圖設(shè)計的應(yīng)用理論就是系統(tǒng)理論，設(shè)計時是把其作為一個工程系統(tǒng)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(yōu)化。以上觀點就是對系統(tǒng)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(yīng)用，同時將科學(xué)依據(jù)提供給圖形設(shè)計。對海圖的設(shè)計過程受很多因素影響，并且關(guān)系到眾多技術(shù)。想要把客觀依據(jù)提供給海圖設(shè)計，設(shè)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(xí)慣性用色。這些都是對海圖二維平面的理論應(yīng)用。

3 海圖設(shè)計自動化關(guān)鍵技術(shù)

3.1 對多源海圖數(shù)據(jù)集成的研究

（1）空間基準的統(tǒng)一

空間基準較為復(fù)雜，涉及到坐標系統(tǒng)、平面基準、高程基準等多個復(fù)雜問題。確?？臻g基準的統(tǒng)一能夠使得多源數(shù)據(jù)的一致性、兼容性得以更好地實現(xiàn)，是實現(xiàn)海圖設(shè)計與生產(chǎn)的必要前提。

坐標系是空間基準的一個子目，也是確保數(shù)據(jù)格式成果轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)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(fā)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(yīng)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(zhuǎn)換時，可以構(gòu)建地面控制網(wǎng)，將相同地名的點在不同坐標系下所反映的值，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的解答，然后對這些參數(shù)進行坐標轉(zhuǎn)換。

深度基準也是空間基準的重要內(nèi)容之一，在海圖設(shè)計過程中，應(yīng)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(shè)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(fā)過程中，需要做好海洋和陸地數(shù)據(jù)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(gòu)建無縫垂直基準的方法，來實現(xiàn)二者的轉(zhuǎn)換。

（2）要素編碼的統(tǒng)一

要素編碼主要包括類碼和識別碼兩種，類碼主要反應(yīng)測量控制點、人工地物、航道等要素，其可以根據(jù)管理需求來設(shè)置，識別碼則是對具有唯一定義的海圖要素進行的區(qū)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(qū)分。因為海圖設(shè)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(xiàn)概念上的轉(zhuǎn)換，對于因編碼體系不同所導(dǎo)致的要素對應(yīng)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(gòu)建二者的對應(yīng)關(guān)系。

3.2 計算機輔助條件下分幅設(shè)計

（1）地理底圖的設(shè)計和構(gòu)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(tǒng)的圖幅設(shè)計中，因為底圖只能是單幅的海圖，導(dǎo)致海圖的詳細程度和比例尺等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)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(xiàn)出來，因此在對其進行圖幅設(shè)計時，可以隨意調(diào)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(gòu)建出來，使得海域信息更加詳細。

（2）概略圖幅的設(shè)計

概略圖幅指以分幅原則為基礎(chǔ)，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(shè)計時，因其比例尺不確定的特點，所以在制圖時，應(yīng)當采取框選分幅設(shè)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(shè)計時，應(yīng)當實現(xiàn)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(diào)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(yīng)用，將底圖的坐標轉(zhuǎn)化為經(jīng)緯度形式的坐標，然后依次將圖幅范圍進行記錄，生成相關(guān)文件。

采集圖幅范圍之后，還需要對其進行調(diào)整。這種調(diào)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(nèi)岸線的連續(xù)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(diào)整時，主要側(cè)重點應(yīng)在疊幅尺寸上，通過微調(diào)，確保海圖的設(shè)計更加精確合理。調(diào)整的具體流程可以通過人機交互進行反復(fù)操作，以達到工作目的。

4 結(jié)束語

海圖設(shè)計自動化對于海圖設(shè)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(tǒng)、制圖綜合自動化程度低等問題，這些是海圖設(shè)計自動化中較為關(guān)鍵的問題。對多源海圖數(shù)據(jù)集成的研究、計算機輔助條件下分幅設(shè)計的研究，能夠加深對其關(guān)鍵技術(shù)的探索。

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