溪流笔谈▏改革开放四十年：海洋测绘的手工年代
历史总是要前进的，从不等待一切犹豫者、观望者、懈怠者、软弱者，从历史的视角，2018年是中国改革开放的40周年。它起源于一篇名为《实践是检验真理的唯一标准》的特约评论员文章，在《光明日报》上刊发，掀起了席卷中国的真理标准大讨论，成为那支撬动改革开放的哲学杠杆。
1978年12月18日～22日，党的第十一届三中全会在北京召开，会议高度评价了关于实践是检验真理的唯一标准的讨论，重新确立“解放思想、实事求是”的思想路线，作出了改革开放这一“决定当代中国命运的关键抉择”。从1978年再次出发，中国开始了缔造震撼世界的“中国奇迹”。
就在十一届三中全会后不久的1979年，有幸参加高考，并于1979年9月迈进了海军大连舰艇学院海测系的门楣，从此开启了自己的海洋测绘人生。从这个意义上看，我们一代人是伴随着中国的改革开放成长起来的，“知识决定命运，激情绘就人生”，我们既是这个伟大时代的见证者，也是这个伟大时代的受益者。
细数一路走来的近四十年，作为伴随改革开放成长起来的海测人，我们历经了我国改革开放后海洋测绘的各个阶段。海洋测绘学科发展到今天的规模，既有海测人在主观上的艰苦奋斗，也有科技的日新月异所带来的便利。今天就来谈谈八十年代的海洋测绘，谈谈上世纪八十年代--那个手工年代的海洋测绘发展历程。
今天的导航定位都交给了GNSS全球导航卫星定位系统了，要知道在整个上世纪八十年代海上导航定位用的还是光学仪器。海洋测绘虽然属于测绘科学，但它又与航海学、海洋物理学等关系密切，与陆地测绘学不同的是，海上测量的运载工具是船只，而船只都是在航行中进行的，因此都是动态测量。
前方交会、侧方交会、后方交会，这些概念估计今天的人们已经不太熟悉了，但它却是八十年代的测绘人必须掌握的。所谓前方交会就是将仪器架设在已知点上，通过经纬仪测定的角度来确定未知点，见图1所示，P点位未知点，A、B点为已知点；所谓侧方交会就是在已知点和未知点上分别设站，通过观测相关的交会角来确定未知点的位置，见图2所示，A、B点为已知点，P点为未知点，C点位观测检查点；所谓后方交会就是将仪器架设在未知点上，通过测量已知点来获未知点的坐标，见图3，其中A、B、C点为已知点，P点为未知点，α、β分别为相应的夹角。
图1 前方交会法
图2 侧方交会法
图2 后方交会法
要知道，全站电子经纬仪发明于1977年，由徕卡公司首先推出，它具有测角、测距、数据处理等功能，但第一代全站仪无法进行数据储存，必须借助手簿来手动记录数据。即便如此，在上世纪八十年代，一般单位还配备不了全站仪，测量用的基本都是经纬仪，只能观测角度，不能用来测量距离。
对于海洋测绘来说，未知点为船只的位置，而船只都是在海上移动中的。因此，大家可以想见，经纬仪架设在未知点（即船上）观测是不可能做到的。如此，侧方交会法测量船位首先被否定，剩下的就是前方交会与后方交会。
而经纬仪是测角仪器，配备望远镜、水平度盘和读数的指标，只是其瞄准目标进行精确观测的距离有限，一般也就1km左右。因此，在那个年代，前方测绘仅仅限于在码头前沿的测量，考虑到码头前沿测量的测图比例尺一般较大，如1:2000比例尺测图，测线间隔仅为20米，为便于测量人员的船舶操纵，一般会在岸上设置前后导标配合进行。建立导标的目的就是为了指示船舶沿导线标示的方向航行，前后导标由岸上人员设置，随测线的改变不断移动其前后、左右位置。
对于沿岸水深测量而言，仅仅几公里的测量区域是远远不够的，距岸几十公里是常态，因此采用前方交会的就不合适了。为此，在那个年代的沿岸水深测量中，后方交会就成了唯一的选择。而采用经纬仪测角在船上显然是不合适的，故此，六分仪这个光学设备就粉墨登场了。看到以上的这张图片，出身的八十年代的海测人一定不会陌生，那就是光学六分仪，是用来测量远方两个目标之间夹角的光学仪器。在航海界，航海人用六分仪来测量某一时刻太阳或其他天体与海平线或地平线的夹角，便可得知船只所在的位置。
对于测量人员来说，天文定位的精度就远远不够了。当然，六分仪的测量准确与否，与刻度划分是否精确密切相关，在我们使用的那个年代，六分仪的最小刻度已经达到了分，如下图所示。在沿岸测量中，采用陆标测量（即观测两个地面物标之间水平夹角），就比采用天体来观测精度要明显高了许多。
对此，为了配合沿岸水深测量的进行，就需要进行陆域控制测量。需要说明的是，在茫茫大海中，为了要尽快找到陆标，就需要把陆标设置在醒目位置，那么什么位置最醒目呢？无疑各个山头（即山的最高处）的位置最醒目，这就要求陆测单位务必把标石扛到山的最高处。要知道几百甚至上千米的高山平时爬山都吃力，现在要扛着标石上山，其艰苦程度可想而知，在这里必须要向他们脱帽致敬。想必大家也知道，测量人员爬过的山不一定有路，许多山无人涉足过，杂草、灌木、陡坎等还不是主要的，毒蛇、野猪等出没才是人们所忌惮的，因此，出门备好蛇药、风油精和水等就成了出门必做的功课。
记得听同事们讲起过一个段子，有一次大家出门准备攀登800米的山去设标观测，测量员刚刚大学毕业不久，业务能力一般。大家费了九牛二虎之力扛着厚重的标石登顶，也进行了对向观测，测完后经过简单的相互沟通后下山。回到家里一计算，经检核发现精度达不到《规范》要求，估计是经纬仪整平出了错。这下大家的心情可想而知，又得重新去登一次800米的山，那个测量员被大家骂是一定的，所以测量人员的业务能力及认真细致的工作作风就是生产力，一点都不夸张。
对于海测人员来说，当然主战场在船上。在那个手工年代，完成沿岸水深测量需要多少人呢？标准答案是最少配置6人，一般7人。那么，需要那7个人呢？六分仪测角2人，电测（即测深仪打标）1人，记簿1人，三杆分度仪定位1人，船舶操纵1人，另外加上吹哨1人，共计需要7人。如果吹哨由记簿人员兼任，则减少1人。只是在船上的分工中，大家都忙不过来，要让记簿人员负责吹哨，那估计手簿记录肯定会出乱子。因此，由7人负责沿岸水深测量的有序进行，应该是基本配置。
已经找不到那个年代进行沿岸水深测量的照片了，很遗憾，但在海上进行水深测量的紧张程度一点也不亚于流水线上作业的工人们，这点确凿无疑。究其原因，首先在于测量工作的同步性，吹哨的目的就是为了所有作业人员的同步协调一致，否则定位中心与测深中心不能一致，精度就无法保证，同时船只导航也没有准确依据。
说句实话，在船上摇晃状态下进行六分仪测角，如果距离陆标较远，要求准确瞄准陆标的位置显然是不太现实的，何况六分仪望远镜的倍率也没有那么高，因此把所有陆标设在山顶就只要瞄准山头位置即可，精度也差不多，这是实情。大家知道船只在移动，航向随时改变，六分仪测角人员务必需要随时准备要找出测的那两个山头，就应该不断适应环境的改变，同时在吹哨后马上必须测出两目标的夹角，其紧张程度可以想象。如果一方测不出角度，那么就意味着本次定位失败，等来的必然是全体测量人员失望并略带责备的眼光。所以测角人员需要具备在运动中随时准备战斗的心里素质，及很强的团队意识。
电测人员也不轻松，那时的测深仪一般为无锡海鹰加科公司生产的SDH-13A型测深仪，只有模拟记录信号，在动态测量中，遇到海底地形起伏大的区域连续跟踪就会有一些问题，何况假信号也会时常出现。随时观察测深仪记录的信号状况，并用手工打标方式在哨声后与定位保持同步，确保测深中心与定位中心一致，是电测人员的职责。
上图的设备叫三杆分度仪，估计现在的多数人都不熟悉，它其实是那个手工年代人们进行图板定位的基本工具。三杆顶点的位置对应三个标，按圆圆定位原理，要在最短的时间里确定其位置线交角的位置，即本船的船位。其推点定位的速度是确保船只导航能在航线上的唯一依据，要是定位慢了，指挥员会很焦急，因为在海上跑线偏离多了，要修正会比较麻烦，所以指挥员对三杆分度仪定位人员的要求是既快有准。
最后就是沿岸水深测量船上的操纵兼指挥官，在要求定位、测深人员紧张工作的同时，自己也来不得半点马虎。不像现在由GNSS定位系统实时提供船位，那时从测角到定位周期较长，得到的船位滞后，就需要指挥员很好的预判能力。在上一个口令下达后，在心里基本清楚船只在预设航线上的偏移方向，待船位得到后要及时修正或更改航向，确保船只始终在预设航线上，这需要指挥员很强的预判能力和应变能力。指挥员的水平就在这里，尽管没有现在的GNSS定位系统实时定位，但从我经历的过程看，那个手工年代的指挥员多数是值得信赖的。他们在作业过程中始终紧绷着神经，始终把责任扛在肩上，用他们的胆大心细和认真负责，对待每一次外业测量工作，彰显着海测人员的担当与使命感。
记得在我刚到海测单位后，从事的是扫海测量工作。对于上世纪八十年代的人们来说，那时没有侧扫声纳，没有多波束测深系统，更没有三维声呐了。而水下航行障碍物是海洋测绘单位最为重视的，要是因为水下障碍物最浅水深没有测到，造成了船只安全事故，这样的责任他们可担当不起，因此扫海测量就成了必须。
那时的扫海测量基本方法是软式扫海具扫海，分软式定深扫海和软式拖底扫海两种，如上图所示。软式定深扫海是针对航道测量而言，软式拖底扫海是用于锚地测量。现在人们普遍采用声呐方式扫海，侧扫声纳、多波束都是声呐扫海的种类，特点是全覆盖测量，也有人把此称为海底微地貌测量。但声呐扫海也有其局限性，对于水下人工障碍物（如渔网等）而言，声呐扫海只能确定其位置，而不能予以清除。此时，软式扫海具扫海就能发挥其作用，可以清除航道或锚地中的水下人为障碍物。因此，相对原始的扫海方法也不是没有其用武之地，何况对于船舶航行安全来说，清障也是有必须的。
只是软式扫海具扫海说说轻松，做起来也并不容易，尤其在手工年代。除了那时的定位方法与水深测量相同外，还多了扫海具的收放工作，那可是体力活。麻缆、浮筒、沉锤，那样都不轻，那个环节都需要安全优先。放时需要注意人员的安全，谨防人员站在侧悬被麻缆带到，因为放时的下水速度很快；收时尽管有搅锚机帮忙，但拉与盘麻缆，及收浮筒和沉锤格外需要用力，需要多人喊号子齐用力。要是收时不小心麻缆绞进螺旋桨，那今天的苦日子就开始了，下水帮忙是其中的常态。
在手工年代，除了外业工作，内业资料处理同样不轻松。上图中大家围在一起压在手下的叫锌板，为什么那时的图板是锌板呢？因为锌板不会变形，适合长期保存，当然，锌板表面也裱糊了图纸。在手工年代成图的困难可想而知，因为一切都是手工作业，既没有成图软件，也没有绘图仪，所有的水深数字都是用“小飞机”一笔一笔绘上去的。所谓“小飞机”就是写水深数字的工具，还要加上刻有水深数字的几套模板，很遗憾已经找不到相关的图片了，不能在此展示出来。
通过刚才的叙述，大家明白当时的水深测量定位用的是后方交会法，考虑到采用的陆标高度不一致，就必须要进行倾斜角改正。早期的倾斜角改正需用查表结合手摇计算机，后来等我们去了单位以后，先配备了TI-59型计算机。TI-59说是计算机其实就是高级一点的计算器，但好处在于可以简单编程。319步、汇编语言就是TI-59的工作环境，必须要在319步以内完成相关汇编语言的程序设计。而测量又属于误差理论，经常需要编制多重循环语句进行趋近，从而得到最或然值，优化程序就成了唯一的选择。通过自己的努力，后来倾斜角改正都是在TI-59上实现的，就再也不用手摇计算机了。
再后来，就配备了PC-1500袖珍微型计算机，如上图所示，好处在于不再用汇编语言，可以采用BASIC语言编程了。由于资料处理装备的更新，对于以前通过手工绘制潮汐曲线及声速改正等工作，我们都编制了相关软件进行处理。不足之处在于，那时的PC-1500配备的夏普磁带机进行数据录入，热敏纸保存，不易保存且比较麻烦。
另外必须说明的是，手工年代的所有资料都是采用记薄方式上交的，因此，内业资料整理的一项非常繁琐工作是进行数据录入工作，及铅笔原图的展点工作，所谓铅笔原图就是用铅笔在图板上定位及书写水深。定位一般原来采用三杆分度仪，与外业分队一致。后来自己用编程的方法给出了定位点到某个控制点的方位与距离，用两个参数代替三个参数，也算是技术革新，内业定位的工作效率有较大提高，并为此荣立过三等功。
其实内业资料处理是非常繁琐又艰辛的工作，因为都是手工作业，加班是常态。就拿数据计算工作来说，需要两个人配合才行，否则一个人输入经常会出错，有人报数、有人敲击键盘输入，可谓“眼观六路、耳听八方”。所谓男女搭配干活不累，可惜我们的工作环境没有异性，但会用采用相互竞赛的方式来活跃气氛。几个小组同时进行，报数声此起彼伏，好不热闹，最后来看看谁的速度更快，并以此为荣。
内业资料处理最后的工作是用“小飞机”在锌板上写水深，这项工作是最考验人的耐心的。水深模板就像那时用铅字排版进行印刷出版一样，目的是为了规格化。不管如何，图中一个个的数字是需要人写上去的，复杂一点的水深图大约需要10000多个水深数字左右，二位数的水深加小数位需要重复进行三次，意味着一幅图需要30000多次的重复机械劳动，而且面对的是枯燥的数字，又不是充满意境的美术作品。碰到图积较大时需要整个身子扒在图板上，可谓腰酸背痛腿抽筋，长时间下来还真有一点这样的感觉。于是，就开始练习倒飞，即把字到过来看，但这需要改变思维习惯。
今天的人们已经再也不用回到那个手工年代了，科技的发展早已改变了人们的工作方式，尤其对于现在的水深测量而言，从自动化成图到人工智能应用，从空基、陆基、海基到潜基，极大地减轻了海洋测绘工作者的工作强度，同时也明显地提高了测量精度。
但我仍然怀念那段岁月，怀念那段令我们至今仍梦牵魂绕的岁月，并没有随着年龄的增长而退却，仍会一幕幕出现在眼前。改革开放四十年，我们伴随着共和国改革开放的脚步走来，从小到大，从无到有，海洋测绘事业也从弱变强。祖国的蓝色疆土，我们用一幅幅海图来铺就，其中记录着我们曾经挥晒过的青春，记录着我们耕耘过的航迹，也记录着我们一步步成长的故事，谨以此文来致敬改革开放四十年来的海洋测绘人！
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