综述▏我国沿海港口航道测绘新进展

一、引言

建国初期，由于当时我国处于战后恢复重建时期，航运业还很不发达，对民用航海图书的需求较少。随着国民经济建设的发展，民用航海图书的需要急剧增加，港口航道图测绘应运而生，且因其资料新、更新快，深受国内航运界欢迎，成为国内民用航海图书的重要组成部分。

随着我国港口建设和全球航运经济的快速发展，港口和航运等用户对沿海港口航道测绘服务的需求日益增加。加之现代空间定位技术以及海洋水文观测等技术在海道测量中的推广应用，传统的沿海港口航道的测绘范围也逐步突破港界的限制，从港池航道拓展到公共锚地、干线航路，直至沿海通航水域。特别是在“十二五”期间，港口航道图已经实现了我国沿海重要通航水域的全面覆盖。同时还重点实施了成山角、长山水道、江苏沿海、粤东水域等地区船舶定线制以及烟台港至大连港航路、老铁山至秦皇岛航路扫海测量等工程。在跟踪国际海道测量技术标准、沿海无线电指向标技术升级、丰富航海图书产品和专题数据库与信息平台服务等方面也进行了有益的尝试，取得了喜人的成果，为实现水运现代化和航运强国的战略目标提供有力保障。

二、密切跟踪国际海道测量发展动态，积极准备产品服务标准国际接轨

国际海道测量组织(IHO)制定了与数字数据格式相关的数字海道测量数据传输标准(IHOS-57)，以及ECDIS内容和显示规范(IHOS-52)。S-57和S-52在1995年11月被接受为IMO有关ECDIS的性能标准。20世纪末，我国港口航道测绘部门与相关科研院校合作，组织编译出版《电子海图及其应用系统国际规范和标准》(S-52篇、S-57篇)中文译本，为我国电子海图与应用系统生产商、电子海图数据提供方以及终端使用者提供了与相关国际标准接轨的技术标准框架，为助推了我国电子海图相关行业发展发挥了积极作用。

IHO发布的《S-100通用海道测量数据模型》，以ISO 19100系列标准和规范为基础，提出了海道测量数据组织的组件式理论框架并采取了面向对象的表示方法，规定了各国海道测量机构之间、其他组织之间以及向生产商、航海者和其他用户发行的海道测量及相关地理空间数据的交换标准。我国港口航道测绘部门密切跟踪有关国际组织工作动态、标准研究进展、技术发展趋势，适时组织翻译出版。相继于2011年编译出版《S-100通用海道测量数据模型》1.0.0版编译本；2012年编译出版《S-101电子海图基本情况及要求》；2014年组织编译了《IHO海道测量手册(C-13)》；2016年编译出版《S-100产品注册地理空间信息注册的组织和管理操作程序S-99》、《S-102水深表面产品规范》和《S-101 IHO电子海图产品规范》。IHO系列标准、手册等译本的出版发行较好地满足了广大海道测量、电子海图及相关领域工作者研究海道测量数据交换标准的需要，也为规范海道测量程序、促进相关产品国际标准化提供了重要参考。

三、积极推进北斗系统应用，升级改造中国沿海无线电指向标全球差分系统

自2002年中国沿海无线电指向标全球差分定位系统建成以来，为我国海道测量、海洋工程、安全航行与监管等众多领域提供了用力保障，受众行业众多，用户广泛。随着我国自主研发的北斗定位系统逐步实现工程化实际应用，交通运输部海事局自2015年着手开始对我国沿海现有22座RBN DGPS台站进行技术改造，将单一播发差分GPS信息的台站升级为兼容播发差分北斗信息的RBN DGNSS系统。此外，在前期完成沿海北斗CORS试验区域建设基础上，开始实施沿海北斗CORS系统建设，并研制了具有北斗和GPS差分定位功能的船载终端。系统技术改造升级完成后，将其纳入国家北斗地基增强系统框架网，可为我国沿海200n mile范围内用户同时免费提供GPS和北斗差分定位服务，沿岸公众用户还可享受厘米级精度的北斗精密定位导航服务。此外，我国沿海港口航道测绘机关还加强了沿海基础控制网、重点港口水文站网以及深度基准等基础项目建设。

四、全面推进重点水域全覆盖测量，在广阔水域声速潮位控制技术等方面有所创新

按照国际海道测量组织(IHO)2008版<海道测量规范>要求，重要通航水域(主指特级和1a级)需要进行全覆盖海底探测。自2009年起，在安排我国沿海港口航道测量任务时，全面落实港池、航道以及锚地等水域多波束全覆盖测深，并逐步推进沿海干线航路以及船舶定线制等重点水域全覆盖测量项目。参照国内、国际相关规范，在实际操作中，以30m为界线，30m以深区域采用声呐加测深仪的方式进行全覆盖海底探测；浅于30m水域使用多波束测深系统进行水深测量。至2015年底，主要完成了成山角、长山水道、江苏沿海、厦门水域、粤东水域、涠洲岛附近等地区船舶定线制以及烟台港至大连港航路、老铁山至秦皇岛航路扫海测量等工程。为保障国民经济和对外贸易快速发展，为实现水运现代化和航运强国的战略目标提供了保障。

⒈ 声速剖面控制

现行海道测量规范标准《海道测量规范》(GB12327-1998)、《海洋调查规范》(GB/T12763-2007)以及《IHO海道测量规范》S-44等，对声速剖面测量的要求比较笼统，针对如何合理进行声剖采样的研究也比较少。在实际作业中，测量人员按照每天早、中、晚沿测线各进行一次声速剖面采样，相邻声速剖面采样点之间直线距离不得大于60km的基本原则进行声速剖面采样。对声速变化较大的海区，加大声速剖面采样密度。相关文献研究表明，波束角大于45°时，随波束角增大，对相邻声剖差值的要求急剧增高。相邻声剖点1m/s的平均声速差值会导致条带出现最大约12.8cm的水深断层；相邻声剖点平均声速差值满足2.3m/s时，基本可保证70°以内波束的有效利用。

多波束测量中的声速改正是影响地形测量成果精度的最主要因素，而声速剖面的准确与否及其分布密度的高低，是决定声速改正效果的关键。合理选取声速“节点”则是准确反映声速的真实变化实操技巧。为确保航路测量的成果精度，实际工作中选用了5～10km采集1个声速剖面的比较保守的做法。但海上作业的费用高昂，频繁实测声速剖面，严重影响了测量作业效率，外业测量成本显著增加。因此，针对声速剖面在横向空间上的低密度、分布不均匀导致水深测量误差的问题，有关文献提出了一种采用分层取样、空间插值的方法，在后处理过程中人为地增加声速剖面的数量，使其密度足够大、分布更均匀，达到改善声速改正的效果和提高多波束测深精度的目的。该文献还对相距150km的两个声速剖面进行内插，两站中间区域的声速改正效果有一定改善。由此可见，在开展干线航路等广阔水域测量时，还应进一步加强声速剖面控制方面的研究，在保证精度的前提下，提高效率、降低成本。

⒉ 水位控制

水位改正是水深测量的一项基础性工作。对于单波束水深测量来讲，由于其测深精度主要通过主、检测线交叉点不符值的中误差获得评估，因此其水位改正效果优劣通过该指标得不到明确反映；对于多波束水深测量来讲，由于其全覆盖测量特点，其测深精度除采用上述指标外还可在数据处理阶段通过检查相邻测深条带是否存在拼接断层等情况获得评估，换言之，其水位改正效果优劣在数据处理阶段即可得到明确反映。因此从某种角度讲，相对于单波束测深，水位改正对于多波束测深显得更为重要。传统的潮位观测与控制技术难以控制离岸较远区域的潮位，这也构成了干线航路等广阔水域多波束测量的主要技术瓶颈。

潮位由潮汐(天文潮位) 和非潮汐水位(余水位)两部分构成。其中，余水位即增减水，属于非周期性的水位变化，一般指由天气、气象等随机因素引起的海面扰动，主要包括由风、气压、降水等短周期因素引起的水位异常和气候因素引起的海面季节异常两部分。有关文献研究表明，余水位的应用与潮汐性质是否相似及其相似程度是无关的，而主要决定于天气、气象等外界因素的影响。换言之，基于余水位配置进行海洋潮位推算时，其应用效果的优劣主要取决于余水位从验潮站实测水位中剥离的干净程度以及水深测量区域内天文潮位的预报准确程度。这也为在大尺度空间应用余水位配置推算海洋潮位提供了理论依据。

同时，随着卫星测高技术快速发展，利用T/P卫星测高技术推演开阔水域潮汐逐步走向工程化实际应用。加之我国沿海水文资料快速积累、潮汐模型不断精化，近年来，在实施中小比例尺港口航道图测量、航路测量等广阔水域测量项目中，广泛使用了余水位配置推算海洋潮位。该方法显著降低甚至是避免了海上验潮站的设立，提高了效率、降低了外业测量成本，取得了很好的经济效益和社会效益。

五、编制出版北极航路图集系列， 丰富航海图书产品

北极航道是指穿越北冰洋，连接大西洋和太平洋的海上航道，由两条航道构成，既西伯利亚沿岸的“东北航道”和加拿大沿岸的“西北航道”。东北航道是北欧、东欧及西欧地区连接东亚的最短航线，比传统的马六甲海峡、苏伊士运河要缩短三分之一的航程，被称为连接亚欧的“黄金水道”，以我国上海港至荷兰鹿特丹港为例，船舶取道北极东北航道航程大约为3000n mile，相比传统的经马六甲、苏伊士运河航线可缩短约2800n mile，可节约9天时间；西北航道是指从太平洋经白令海峡进入北冰洋，通过美国阿拉斯加北岸、加拿大北极群岛、格陵兰岛再进入北大西洋的航线，它是连接太平洋和大西洋的捷径，取道北极西北航线，从中国沿海诸港到北美东岸的航程，比走巴拿马运河的传统航线节省约2000～3000n mile，大大拉近了中国与北美等港口的距离。

但北极航路长期受海冰的阻隔，不具备通航的条件，直到19世纪中叶，才有航海家分段走过这条航线。随着全球气候变暖，平均气温升高，北极部分水域在夏季的一段时间内已处于可通航状态，在俄罗斯北方的海区已经出现了3个月无冰期或是少冰期，俄罗斯也已经为船舶提供破冰引航的服务，这为开辟北极东北航线提供了必要的条件。2013年，我国中远“永盛”轮从大连港出发，经由北极东北航道到达欧洲，成为首次航行北极东北航道的中国商船。

为响应国家海洋强国战略和“一带一路”的发展布局，以满足船舶北极航行需求为立足点，交通运输部海事局组织专业技术力量，广泛收集加拿大、日本、英国、挪威、俄罗斯等国家各个时期的航行资料，采用先进的地理信息系统和数字地图技术，经系统分析、整理、编辑，于2014年、2015年相继出版发行了全球首部中文版《北极航行指南(东北航道)》、《北极航行指南(西北航道)》姊妹篇和《北极航海地图集》等图书资料，以图文结合的形式，全面、系统、详细地介绍了北极航道的海图、航线、海冰、气象、航行方法、引航破冰服务、应急、沿岸国法律法规等内容。图集的出版，结束了国内极度缺乏北极地区航行资料的历史，对我国利用北极航线、开展北极科考和推动北极开发具有十分重要的参考意义。

同时，还编制了《环南海航海图集》、《马六甲海峡至亚丁湾航行指南》以及《东莞水域航行图集》、《北江清远水域航行图集》、《威海成山角“两制”航海用户指南》、《港珠澳大桥水域监管示意图》、《2016年上海港杭州湾潮汐表》、《2015烟台港西港区潮汐表》及配套电子海图图集等系列航海图书。

六、密切跟踪ｅ－航海技术策略，加快数据信息服务平台建设

⒈ 研制Caris HPD数据读取引擎，建设港口航道测绘资料专题数据库

HPD是加拿大Caris 公司研发的海图生产工具，是一个源数据维护和多种航海产品制作系统。为了适应信息化技术发展和提高海图生产效率的现实需要，2008年，我国海事测绘部门引进了Caris HPD海道产品数据库系统。为实现HPD源数据与历史数字化信息的资源共享，经技术人员通过反复测试，全面分析HPD源数据库存储结构与机制，于2011年，在系统整理Caris HPD数据库的表、视图、触发器等并对表的表列、使用的序列等进行说明的基础上，编辑出版了《Caris HPD 2.7 R2数据库数据字典》。该数据字典为从事Caris HPD数据库分析及其应用系统的研究、开发人员提供了重要参考。

在全面掌握HPD数据库结构的基础上，设计并完成了HPD源数据、ENC产品数据，纸海图产品数据读取引擎，实现了用于最终用户的最终成果数据读取、检查、编辑等功能。基于Java开源GIS项目Open JUMP实现了野外数据的自动入库、统计、编辑维护等管理功能，同时还建设了基于S-57标准的水深、碍航物、区域界限、地形岸线、航标、改正通告等系列测绘资料专题数据库，这些专题数据可广泛用于海图生产和数字海洋信息服务，初步实现了源数据资源的多用途共享。

⒉ 加快船舶自动识别系统ＡＩＳ 建设，信息服务平台正式上线运行

继续完善海事AIS岸基网络建设，截至2015年底，在中国沿海共建成1个国家级AIS中心、1个全国AIS数据备份中心、3个海区级中心、19个辖区级中心和165座岸台。共建成内河AIS岸基系统4个水系管理中心、17个省级中心和265座内河岸台，信号覆盖全国内河三级通航水道。同时，开展沿海和内河AIS岸基网络系统4.0版本升级工作，进一步提升网络系统性能，增强了AIS数据信息分析处理能力。

2015年2月，交通运输部海事局船舶自动识别系统信息服务平台正式上线运行。这是航海保障业务在大数据时代互联网＋背景下的一次成功实践，社会公众可通过登录互联网网页或下载注册移动客户端免费使用该平台，了解和掌握航行于我国沿海和内河水域船舶实时动态数据。船舶自动识别系统信息服务平台可为社会公众及专业人士提供我国及全球部分水域的船舶交通实况的综合服务。初步估算，社会公众可掌握日均船舶数量3.5万艘的动态数据，了解和掌握船舶交通流密度，并可按需以单船或组合方式查询船舶相关信息，包括船实际位置、航速和船名、船舶尺度等。

该信息服务平台首创了陆海图叠加技术实现陆域和水域的平滑融合，可为用户提供个性化定制服务，如自组船队进行跟踪管理，并将用户关注的船舶动态自动以邮件或短信方式发送提醒服务。该平台还开发了方便、快捷的船舶及港口信息和船舶历史轨迹等方面的统计分析功能，可根据用户需求自动生成统计报表。

早在2011年，中国海事航海图书资料发行网站就已正式开通，并通过与设备厂商、船舶用户建立三方协议的形式向航运业免费提供官方的沿海电子海图、内河水域的电子航行示意图以及电子海图更新信息，标志着我过电子海图在线服务体系建设跨上新台阶。港口航道图《改正通告》同时在中国海事航海图书资料网(www.chart.gov.cn)、中国海道测绘网(www.hydro.gov.cn)以及天津海事测绘中心网(www.tjhydro.com)等官方网站对外发布，提供免费下载。相关网站平台的开通为用户获取中国沿海纸海图等民用航海图书资料提供了极大的便利，用户体验显著提升。

⒊ 密切跟踪e-航海技术策略，着手试验工程建设

为顺应国际航海保障技术发展趋势，满足我国航运经济的发展需求，推动我国综合航海保障体系的发展与完善，2015年，海事部门进一步加强了e-航海研究工作，积极推动e-航海在各海区的具体应用与实施。首先是正式启动天津港复式航道e-航海试点工程，继续推进洋山港e-航海示范区工程，开展智能导航仪、指泊仪和透雾望远镜的现场试验，完成了现场通讯和信息传输方式测试。同时还开展了台湾海峡e-航海可行性工程、珠江口e-航海示范工程可行性研究。为我国重点水域e-航海工程奠定了一定的基础理论和数据规范方面的准备。2015年，交通运输系统还编写出版了《e-航海概论》，该书为了解国际e-航海发展动态，研究e-航海相关技术，策划我国e-航海发展政策和应对措施提供了积极的参考。

七、结束语

我国沿海港口航道图测绘行业，随着国民经济建设的发展，民用航海图书需要的日益增加而诞生并快速发展。近年来，随着现代空间定位技术以及海洋水文观测等技术在海道测量中的推广应用，沿海港口航道测绘从港池航道逐步拓展到干线航路，已初步实现我国沿海通航水域的全面覆盖。并在测绘基础设施建设、信息化服务以及开阔水域水文观测与控制等方面取得了较好的发展，为航运经济与港口建设提供了有力保障。“海洋强国”的战略目标已经确定，“十三五”规划已稳健开局，我国沿海港口航道测绘部门将继续保持其航海图书“资料新、更新快”的特征优势，全面落实“全时域、多维化”的全域测绘目标，为推进海洋强国战略提供更加丰富的航海保障信息服务。

 ■文/桑金 白亭颖 黄永军 杨龙 卫国兵 张岳 张墨起，第一作者桑金，男，河北兴隆人，硕士，成绩优异的高级工程师，国家注册测绘师，交通运输部北海海事保障中心天津海事测绘中心，主要从事海洋测绘技术研究应用工作。本文来自《中国测绘地理信息学会海洋测绘专业委员会第二十八届海洋测绘综合性学术研讨会论文集》，参考文献略，用于学习与交流；版权归作者所有，转载务请备注作者与出处。 

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