综述▏我国海洋测绘的发展现状（三）
文/中国测绘地理信息学会海洋测绘专业委员会
编者按：本文来自于《中国测绘地理信息学会海洋测绘专业委员会第二十七届海洋测绘综合性学术研讨会论文集》中的论文“近年来海洋测绘专业进展与展望”，该文分七个方面详细总结了2012～2015年度海洋测绘的发展。考虑该文较长，为照顾读者的阅读方便，现分几个章节单独成篇发表，今天发表的文章依据该文的第二部分“我国的发展现状”，就我国电子海图技术、数字海洋地理信息技术和学术机构与人才培养三个部分的发展现状进行总结与回顾，现提供大家阅读了解。在此，特别感谢《海洋测绘》编辑部对我微信公众平台的帮助与支持！
第一作者简介：欧阳永忠，1969出生，男，湖南双峰人，高级工程师，博士，海军海洋测绘研究所总工程师，兼任中国测绘地理信息学会海洋测绘专业委员会副主任，主要从事海洋测量理论与技术方法研究。参加本文编撰的其他成员还有：郑义东、周兴华、暴景阳、赵建虎、陆毅、唐秋华、张立华、阳凡林、桑金、杨鲲、张靓、黄谟涛、翟国君、任来平、黄辰虎、王克平和蒋红燕，共计18人。在此，对他们为我国海洋测绘事业的发展与繁荣所做出的努力，所奉献的力作，表达我们最真挚的谢意！
一、电子海图技术
⒈ 电子海图生产
海图符号系统既是传输海洋地理空间信息的载体，也是人们空间认知的媒介。基于IHO相关标准和规范，采用目前主流的设计方法——文本描述法，设计了“所见即所得”的海图符号编辑器，以期满足海图产品及内容多样化的需求。针对由多波束测深与单波束测深等传统测深手段获得的水深数据将长期并存的现实。在分析现行纸质航海图水深注记表示方法存在不足的基础上，提出一种基于字符颜色扩展的海图水深注记表示新方法，即以绿色水深注记表示由多波束测深手段获得的水深数据。黑色水深注记表示由单波束测深等传统测深手段获得的水深数据，从地图符号的本质出发，研究了海岛礁符号的基本概念、特征、功能以及海岛礁符号的分类，并形成了完整的分类体系。从而实现对海岛礁符号的科学编码，并开发了适应于海岛礁图制图软件的符号库系统。同时，从地图符号设计的一般性原则出发，结合海岛礁专题地图各专题要素自身的特点，确立了海岛礁符号设计的一般方法。
针对海图配准过程多样化，配准精度缺乏评估等问题，对比了三种常用海图作业软件配准方法的特点，并以实例检验了三种方法的校正效果。针对电子海图生产中数字接边不一致性问题，分析了引起接边不一致的主要根源，确立了接边的基本原则，利用数据匹配方法，解决了电子海图数字接边中经常遇到的各种问题。针对数字化海图制图过程中点状要素注记自动配置问题，提出了方位圆搜索以及相应的海图要素与注记量化方法，并对点状要素待选注记位置质量进行了量化评定，随着海图保障任务的日益多样化，对海图的色彩质量提出了更高的要求，进而分析了引起色彩不匹配的原因，明晰了航海图书生产中色彩管理的主要环节，设计了航海图书生产流程中的色彩管理方案。
提出了一种英版航海通告信息自动搜集与处理技术，并设计了软件系统，实现了互联网英版航海通告自动搜索监测、英版航海通告信息自动识别、最新英版航海通告自动下载和PDF格式英版航海通告改正信息自动提取与结构化输出等功能。提高了英版航海通告的转发效率，分析了定向灯的种类与符号设计原理，探讨了图上表示和综合处理的方法，并通过实例给出了定向灯的通告编发步骤及航标表改正附条形式，为该类通告的编发与海图改正提供了参考。
⒉ 电子海图应用
在已有云平台基础上，立足大规模电子海图网络服务特点，提出了电子海图云服务概念，创建了基于SC2012+L2H的MGCS模型架构，设计了云环境下的海图集合论数据模型，提出了海图集合的云存储策略，建立了云环境下的空间索引模型，提出了全球电子海图的云可视化服务方案。研究了云计算环境下电子海图网络服务的部署方法，以自主知识产权电子海图控件为显示核心，服务器端利用Windows通讯基础框架(WCH)技术承载海图控件，建立电子海图功能服务并按照网络地图服务标准发布，在客户端通过网页浏览器使用Silverlight开发的用户界面，提供了S-57电子海图显示和查询等功能，实现了浏览器/ 服务器模式的电子海图的发布，提出一种构建电子海图服务及前端应用的新方法，该方法可利用WCF技术最大限度地继承已有电子海图成果，并通过四叉树键值实现金字塔瓦片参数与WMS参数的快速转换，使得该服务成为实用的标准电子海图网络服务。同时，利用Silverlight新技术，设计栅格与矢量数据的统一渲染引擎，实现多种前端交互应用，并通过试验证明该方法的实用性与有效性。以开源的MapServer为平台，利用其跨平台、开放特性以及新增的支持S-57电子海图数据的功能，深入研究基于MapFile的海图数据访问、制图表达等关键问题。旨在开发一种低成本、高性能的Web海图服务系统，以期增加Web电子海图理论和技术的多样性，更好地促进Web电子海图的应用。
针对边界信息已知的区域搜索任务，基于任务区域电子海图，设计了适用于欠驱动AUV的区域搜索方案，能在极少量人工参与的情况下实现环境模型建立进而规划出全局路径。由AUV自主地完成对路径和地形的自主跟踪，从而实施诸如地理信息采集或物体探测等作业任务，针对电子海图在遥感溢油识别显示的应用，进行了功能需求分析并提出系统设计方案，基于MapObjects组件开发了电子海图显示应用平台，实现了海图显示、数据叠加、海图分析、添加标注和地图输出等功能。以电子海图为基础平台，设计了海洋调查方案辅助生成系统，实现了海图管理、调查方案拟制和任务档案管理等功能。
⒊ e-Navigation发展现状
开展了中国海区e-航海原型系统技术架构研究，完成了《中国海区ｅ－航海原型系统技术架构研究》和《中国海区e-Navgation示范工程研究与建设工程可行性研究报告》，编制完成了《ｅ－航海概论》专著。对中国海区ｅ－航海建设进行了全面论述，并提出了具体技术方案，结合中国海区助航系统建设现状，提出了以ｅ－航海系统为关键环节的“智慧港口”概念。
交通运输部北海航海保障中心组建了由航标、测绘、通信等各方面专家组成的科技创新团队，结合助航系统建设现状以及天津港航海保障用户需求，对天津港ｅ－航海试点工程建设的必要性、可行性进行研究，提出了以服务天津港复式航道通航安全为核心的天津港ｅ－航海试点工程建设的总体设想。按照此构想，完成了《中国沿海港口ｅ－航海系统建设顶层设计研究报告》和《天津港复式航道ｅ－航海综合保障系统建设工程可行性研究》等专题报告的编制。
⒋ 相关国际标准研究进展
自国际海道测量组织公开发布S-100以来，海道测量产品开始由海道测量信息时代进入地理信息时代。为了加强其研发和使用，我国继续分析了S-100的框架与机制，从开发的技术思想、理论数据模型和具体内容等方面详细比较了S-100与S-57的不同，展望了基于S-100的S-101电子海图生产规范的发展情况，S-101遵循了S100规定的产品规范建立原则和方法，实现了对电子航海图(ENC)特定应用的准确技术描述。在与S-57标准兼容性、数据内容和结构、数据编码和数据分发/保护等四个方面有了新的发展。对水深表面产品规范S-102进行了分析研究，阐述了S-102的总体结构及其在数据模式、数据编码和数据保护等方面的特征，进一步分析了其对该领域的相关影响，并提出了关于S-102的建议。
S-991.1.0版正式由成员国批准通过。相比S-991.0.0，S-991.1.0版主要有两方面的变化：一是S-991.1.0将主要注册表和补充注册表合并为一个注册表，在1.0.0版本中，S-99注册系统共包括五类注册表：要素概念注册表、描绘注册表、元数据注册表和产品规范注册表。其中每类注册表又分为主要注册表(Main Register)和补充注册表(Supplementary Rrgister)，主要注册表由IHO维护，用来支持官方海道测量产品和服务，补充注册表由IHO认可的组织使用，作为主要注册表的补充，这些组织如IALA。但在IALA、WMO等组织在基于S-100制定产品规范过程中，发现这种分类会造成不必要的混淆，甚至一些潜在的S-100用户因此放弃使用S-100。此外，除数据生产者编码注册表外，IHO认可的提交组织均可以提交对注册表中任何条目的修订建议。因此，S-991.1.0中将两种注册表合并为一个注册表，二是为了有较长的时间来考虑相关建议，S-991.1.0对提交建议异议的时间从30天延至60天。
二、数字海洋地理信息技术
⒈ 技术研究
围绕海洋地理信息系统理论构成体系中的时空数据模型、时空场特征分析、信息可视化和信息服务等技术，相关研究在不断深入。在时空数据模型上，更多地在强调时间维拓展和尺度变化的适应性，在时空场特征分析上，海洋过程被纳入其重点考虑范畴。在海洋信息可视化上，更加面向体验和跨尺度，并更多地将虚拟技术与真实现实结合起来。在信息服务方面，则在强调服务的智能化，注重海洋信息本体或知识表达问题，追求主动数据生成和提供。围绕海洋地理信息三维可视化，“数字海洋”建设在稳步深入推进，通过Multipatch格式扩充CDC数据，构建了三维实体模型，实现了从二维CDC格式数字海图和海洋测量数据快速构建三维空间的方法，使得该三维模型可以作为海洋地理环境的基础空间框架，基于三维地理空间框架，研究了数字海洋系统中电子海图数据融合可视化问题，实现了电子海图与三维空间框架的基本显示、标准显示和全要素显示效果，基于三角形移去准则的格网简化方法。与真实电子海图数据相结合，实现了海部重点要素的三维模型化表达和区域性实景仿真。基于数字海洋三维地球框架，针对地形通视分析中典型的点对点、点对线、点对面三种情况，分析了通视分析算法及其功能实现。面向不同的业务需求，提供了多样化的海洋地理信息量测服务，完成了可视化海洋环境空间数据的动态演示，形象地表达了海洋环境空间分布，提出了温跃层数据的自动提取和三维表达的理论与实现方法。
⒉ 数字海洋地理信息数据建设
深入分析了ENC＿SDE的功能需求，进行了体系结构设计及系统电子海图空间数据库设计。沿用S-57标准数据结构的部分特性，以面向对象的思想，设计出了满足ENC＿SDE要求的系统电子海图空间数据库的空间数据模型，支持了电子海图空间数据的统一管理，针对系统电子海图空间数据分幅分尺度组织的属性及空间数据访问具有局部性和相关性的特点，提出了一种优化的“基于比例尺分级的网格索引＋基于层次分解的HilbertR－树索引”两级空间索引算法。详细设计了数据库存储方案中各类文件的空间数据组织结构，以适应海量电子海图空间数据的存储和管理需求。随着海洋测绘数据和信息的交流、交换日益频繁，针对目前标准化水平低、标准建设相对滞后的现状，分析了现有标准的统一、缺乏、过时和低水平等方面的问题，提出了海洋测绘产品的标准化、海洋测绘质量管理体系的标准化和海洋测绘生产体系的标准化等构想。分析了电子海图数据的结构特点，研究了Google卫星影像数据的多尺度组织方式。提出了两种数据的集成表达方法，并通过试验验证了方法的有效和可行性，针对当前港，海图表达航行环境不完备、多种有效信息不能有效集成等不足，提出了港，航行信息数据集成的组织方法，构建了港口信息数据模型，实现了港口航行信息的有效管理查询和应用。
⒊ 数字海洋地理信息应用
从数据特征和用户需求出发，结合数据库技术、GIS技术及可视化技术，利用发展的信息集成技术，基于World Wind，使用Jave语言，研发了集成数据管理与询、数据处理与分析和数据可视化功能于一体的南海海洋信息集成服务系统，提出了“虚拟港湾”的概念。阐述了“虚拟港湾”的建设条件和主要研究内容，并以天津海岸带“虚拟港湾”仿真平台建设为原型，详细说明了“虚拟港湾”仿真平台建设的技术原理和技术路线。给出了平台建设关键技术和性能指标，展望了其在港口经济建设中的重要作用，以绥中县为例，积极推进了“数字海洋”建设，在设计整体框架的基础上，实现了数据采集、全景图像生成技术、三维全景实景建库等关键技术，研发了数据库服务、三维全景实景显示漫游和渔政地图等子系统。
针对海洋环境数据具有的多来源、多格式、多维度、多变量等特点，研制了海洋多源异构数据转换系统。基于C++编程语言和GDAL、NetCDF、HDF、MatLab开源库，从比较常用的海洋数据格式出发，通过设计相应的配置文件和统一的数据存储结构，实现海洋数据的解译与再存储。应用结果表明，该系统能够帮助海洋科学研究人员解决海洋数据格式差异带来的困难，具有较强的实用性，基于面向数字海洋应用的虚拟海洋三维可视化仿真引擎( Virtual- Reality and Visualization Engine of Ocean)-i4Ocean，模拟了海上溢油现象，实现在海面风场和水下流场的影响下，油粒子扩散、漂移全过程。并搭建了海洋水文环境要素可视化系统，实现了中国东海水文环境数据球面三维体绘制和三维矢量场可视化。
三、学术机构和人才培养
我国海洋测绘本科学历教育起步于1952年哈尔滨军事工程学院海军工程系设立的海道测量科，后经历了解放军测绘学院海道测量系、海军海道测量系等变迁。最终定位于海军大连舰艇学院海洋测绘系。持续开展海道测量和海图制图两个专业的海洋测绘本科学历教育，相继获得了硕士、博士学位授予权，并建立了海洋测绘工程军队重点实验室和海洋测绘学科博士后科研流动站，为海军测绘部队培养输送了高质量的专业技术人才。近年来，按国际海道测量组织、国际测量师联合会、国际制图协会联合授权认证的课程标准，实施了国际海道测量师和国际海图制图师培训，并持续面向全国招收、培养测绘工程硕士研究生。
海洋测绘是测绘科学与技术学科的重要组成部分。已由国务院学位委员会、教育部批准正式设立为测绘科学与技术学科下的二级学科，目前开展海洋测绘专业研究生层次培养的地方高校与院所主要有武汉大学、山东科技大学和国家海洋局第一、二海洋研究所。尽管教育部2012年颁布的《普通高等学校本科专业目录(2012年)》尚未设立“海洋测绘”本科专业，但经山东省教育厅批准，山东科技大学自2009年开始设立了测绘工程(海洋测绘)专业ꎬ单独招生，单独制定海洋测绘专业培养方案进行本科生培养，此外，上海海洋大学和淮海工学院在海洋技术专业设立了海洋测绘方向，天津大学、浙江大学等高校则成立了海洋学院。
山东科技大学拥有与海洋测绘相关的海陆地理信息集成与应用国家地方联合工程研究中心、海岛(礁)测绘技术重点实验室、山东省高校海洋测绘重点实验室、青岛市海洋测绘工程实验室，主要开展海洋、海岸带与海岛礁测绘关键技术研究，国家海洋局第一海洋研究所拥有国家海洋局系统唯一的与海洋测绘相关的学术机构———海洋测绘与工程信息中心。主要开展海洋工程测量关键技术研究，上海海洋大学拥有海洋测绘应用研究中心，主要开展动态海洋地理国情监测研究。武汉大学拥有海洋测绘研究中心，主要开展卫星测高、海陆高程统一、无缝海洋垂直基准、高精度高分辨率海底地形地貌信息获取、高精度海底导航定位、海洋水文、海洋物探及底质结构解译等领域的研究。
（完）