论文专区▏彭认灿等：海图制图的概念及研究内容

彭认灿等溪流之海洋人生 2023-05-07

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彭认灿¹，董箭¹，陈秋²

1.海军大连舰艇学院军事海洋与测绘系；2.海军参谋部航海保证局

【摘要】针对当前在作为海洋测绘学分支学科的海图制图研究中存在的概念内涵过窄、研究内容表述不够完整等问题，采用分析、归纳、比较的研究方法，论证了海图制图学科与海洋测绘学科的从属关系；阐明了海图制图概念的科学内涵，即研究海图及其编制、出版、更新和应用等的理论、技术和方法；明确了海图制图研究的主要内容，具体包括海图发展史、海图分类、海图内容、海图编制、海图出版、海图更新、海图应用和海图标准化等方面，并较为系统、全面地对研究内容的各个方面进行了论述。可为海图制图学科的研究和发展提供重要理论参考。

【关键词】概念内涵；研究内容；分支学科；海图制图；海洋测绘

一、引言

长期以来，有关专家曾对海图制图的概念内涵及研究内容进行过较为深入的研究并已取得一定的成果和达成某种程度的共识，但也不难发现其中仍存在不少需要做深化研究和进一步完善的方面。例如，文献[1]将海图制图定义为：由若干海图制作技术阶段或环节构成的业务过程，即海图制作过程和技术的统称，具体由海图编制、海图制印和海图更新等三个部分组成。其中：海图编制包括海图的编辑设计、资料加工处理、出版原图编绘，以及计算机制图中的数据处理、图形显示、人机对话编辑和输出等内容；海图制印包括常规纸质海图生产的复照、翻版、制版、打样、印刷和静电复印，数字海图的拷贝等内容；海图更新包括海图改版和其他各种方式的海图改正等内容。此外，上述定义还将海图分析、量算、评价、生产组织和标准制定等内容，同样纳入海图制图过程的概念范畴。文献[2]将海图制图定义为：设计与制作海图的理论、方法和技术，是军事海洋测绘的重要组成部分。其概念核心在于将海域自然和社会经济现象以图形图像方式模拟并传递给用图者。即依据不同用户需求，综合利用海上实测成果、现有海图和其他制图资料，制作成可用于分发、显示、阅读、标识和计算的成品海图，为舰船航行安全、海上军用和民用工程建设以及海洋科学研究提供准确可靠的海图产品。具体由海图内容及表示、海图编辑设计及编绘，以及海图分色制版及印刷出版等三个部分组成。其中海图内容及表示部分包括海图数学基础构成及特点、制图对象表示方法及工艺、海图图面配置内容及放置等内容；海图编辑设计及编绘部分包括确定海图表示的内容、规格、制作方法等内容；海图分色制版及印刷出版部分包括海图要素的分色、分版、制版、印刷、装帧、分发等全过程理论和工艺技术等内容。文献[3]～[5]将海图制图定义为海图（或海洋地图）的绘制。

基于上述分析，当前对海图制图概念及研究内容的理解和认识，要么仍停留在单一的海图制作过程和技术层面，以至于无法完整体现海图制图这一概念的丰富内涵；要么就是其内涵虽有较大程度的扩展，但从当前和发展的眼光看还嫌过窄，无法完全涵盖海图制图作为海洋测绘分支学科的基本内容。为改变这种现状，本文试图从作为一独立、完整学科的角度，较为系统、全面地给出了关于海图制图的概念内涵及研究内容。

2 概念内涵及研究内容

⒈概念内涵

海图制图是研究海图及其编制、出版、更新和应用等的理论、技术和方法，是海洋测绘学的一个分支学科。其主要目的是将海洋及其毗邻陆地的自然和社会经济现象以图形图像方式模拟并传递给用图者。具体地，就是利用海上实测成果和其他制图资料，按照不同用户需求，制作成各种海图产品，为海上交通运输、海洋权益维护、海洋资源开发、海洋工程建设、海洋环境保护、海上军事活动和海洋科学研究等提供海洋地理信息支持。

⒉研究内容

海图制图的研究内容主要包括海图发展史、海图分类、海图内容、海图编制、海图出版、海图更新、海图应用和海图标准化等。从国内外发展趋势看，航海书表编制、出版和更新也已纳入海图制图研究范畴。

⑴海图发展史

海图发展史分为世界海图发展史和中国海图发展史两大部分^[6]。其中，前者可细分为古典文化时期（约公元前600年～公元前400年）的海图、中世纪（约公元5世纪～公元15世纪）的海图、地理大发现时期（约公元15世纪～公元17世纪）的海图、自由资本主义时期（约公元17世纪～公元19世纪）的海图和现代海图等部分；后者可分为中国早期的海图、明代的海图、清代的海图、民国时期的海图和中华人民共和国成立后海图的发展等部分。各部分的内容可作进一步的细致划分。例如：世界海图发展史中，古典文化时期的海图部分可包括海图的起源、原始阶段的海图，以及古希腊和罗马时期的海图等内容；中国海图发展史中，中国早期的海图部分可包括海图产生的前提、中国早期有关海图的记载和中国现存最早的古海图等内容。

⑵海图分类

早期的海图种类比较单一，随着海图制图事业的发展，海图的种类得到了极大的丰富，并形成了不同的分类方案^[6^-^8]。①按用途分成航海图、通用海图和专用海图。由于航海图在所有海图中处于优势地位，因而对其所进行的分类研究也最为深入。例如：国际海道测量组织（IHO）在相关电子航海图标准中，将航海图按用途进一步划分为总图、通用图、沿岸图、进港图、港图和泊位图等类别；中国海图出版部门将航海图划分为基本类型和其他类型两大类。其中：将基本类型再划分为海区总图、航行图和港湾图，而航行图又进一步划分为远洋航行图、近海航行图、沿岸航行图、狭水道航行图和江河航行图；其他类型包括大圆航线图、空白定位图和参考海图。②按内容分成普通海图和专题海图。③按比例尺分成大比例尺海图、中比例尺海图和小比例尺海图。④按地域分成世界大洋全图、大洋图、海区图、水道图和港湾图。⑤按投影分成墨卡托投影海图、高斯-克吕格投影海图、日晷投影海图和其他投影海图。⑥按介质形式分成纸质海图和数字海图。⑦按使用对象分成军用海图、民用海图和外轮用海图。⑧按印色数分成单色海图和多色海图或彩色海图。⑨按使用方式分成桌面用海图、挂图和屏幕海图。等等。

⑶海图内容

海图内容一般分为数学基础、地理要素和辅助要素等三大类^[6^-^8]。①数学基础。海图投影及与之有关的坐标网、基准面、比例尺、大地控制网等要素。与地图相比，海图的数学基础在以下两方面存在显著的差别：一是在基准面上与地图上仅有高程基准不同，海图上通常同时存在高程基准和深度基准；二是在投影选择上，受作为海图主要图种的航海图的影响，大多数海图均采用将等角航线描写为直线的墨卡托投影。②地理要素。海图描述的对象，包括自然要素及社会经济要素，但不同种类的海图其描述内容有较大差异。例如：航海图着重表示与航海有关的各种要素，如海岸、海底地貌、天然（或人工）障碍物、助航设备、海洋水文、海洋气象、陆地地貌、天然（或人工）地物、水系（及附属物）、居民地、交通网及附属设施、区域界线和境界线等。海底地形图详细而全面地表示海陆各种地理信息，包括海岸、海域干出滩、海底地貌、礁石、沉船等海底地物，灯塔、浮标等航行标志，海流、潮汐等水文要素，海洋生物，各种管线和海洋区界等；还表示陆地的地貌、水系、居民地、道路网、土壤植被、境界线等。海洋专题图着重表示某种或某几种专题要素。③辅助要素。帮助读者读图和用图的要素，如图廓外的接图表、图例、图名、图号、出版单位、出版时间及图内的对景图、潮信表、潮流表、单位换算表、文字说明等。

⑷海图编制

海图编制是海图制图的核心内容。其目标是设计和制作海图出版原图。作业过程通常分为编辑准备、原图编绘和出版准备三个阶段^[1^-^2]。

编辑准备阶段的主要任务是：①确定制图区域范围和数学基础。②确定海图的分幅、编号和图幅配置。③研究制图区域地理特点。④分析、评价和选择制图资料，确定制图资料的使用程度和处理方法。⑤确定海图内容选取指标、综合原则与表示方法。⑥制定原图编绘和出版准备工作的技术性指导文件。

原图编绘阶段的主要任务是进行新海图制作。具体内容包括：①投影计算、数学基础展绘，以及制图资料加工和处理。对于各种测量成果图件和海图等纸质制图资料，在对其进行扫描、配准、误差改正和矢量化等处理之后，还要根据制图资料的具体情况，进行坐标系换算、基准面转换、投影变换、拓扑关系生成和符号化等处理。而对于各种测量成果数据、数字海图数据等数字制图资料，除了要视情进行坐标系换算、基准面转换和投影变换等处理之外，还要进行数据格式转换、要素编码转换、拓扑关系生成（或重构）和符号化等处理。②海图制图综合处理，即对各要素内容进行选取、图形概括（综合）和关系协调处理，是海图编制的核心内容。虽然总体上与地图制图综合基本一致，但为确保船舶航行安全，航海图编制在对相关要素进行制图综合处理时要遵循某些特定的制图综合原则。例如：在岸线综合时要遵循“扩陆缩海”的原则；在等深线综合时主要遵循“取浅舍深”的原则选取等深线和“扩浅缩深”的原则化简等深线；在水深选取时需遵循“取浅舍深”和“深浅兼顾”的原则等。③数字编绘原图的生成、校对和审查等。

出版准备阶段对于不同形式的海图产品会有显著的差别。纸质海图出版准备阶段要完成的主要工作是利用海图制图软件将数字编绘原图复制加工成符合图式、规范、编图作业方案和印刷要求的纸质海图出版原图（即海图出版数据），以及制作供制版、印刷参考的分色样图和试印样图；数字海图出版准备阶段要完成的主要工作是按照给定数字海图产品标准规范的要求，利用海图制图软件对需要进行数据格式转换输出的数字编绘原图添加必要的元数据，如图名、图号、图幅范围、比例尺、投影、坐标单位、海图改正、生产单位等信息。

⑸海图出版

按承载海图介质的不同，海图出版可分为纸质海图出版和数字海图出版两种。纸质海图出版是指将数字海图出版原图经处理后转印到纸张上的过程与技术。一般分为海图制版、印刷和发行三阶段，包括分色、分版、制版、印刷和装帧等具体内容^[1^-^2]。自20世纪末以来，建立在海图出版数据分布式快速更新基础上的海图按需印刷（POD）技术，实现了纸质航海图无库存按需保障新方式，已先后在美国、英国和法国等国家的航海图生产与服务中得到应用。采用这一新技术输出的航海图已经更新到最新，无需先对批量印刷、运输和入库的纸质海图作改正处理后，再将其提供给用户使用，既保持了海图应有的清晰易读性，又显著降低了各种成本，并避免了因销毁过时库存海图而造成的不必要浪费。数字海图出版是指将海图出版原图数据转换成某种特定格式数字海图产品，并通过将其存储在可移动存储介质上或上传到网络上发布等方式提供用户使用的一种数字化出版技术，主要包括数据格式转换、产品封装和分发等具体技术内容。

⑹海图更新

海图更新是指按海区现实情况修正海图内容，以保持海图现势性的工作过程^[1^-^2]。主要针对航海图这一特殊用途的图种。海区各种自然现象和人文现象的不断变化，引起海图内容与现实情况不符，为保证海图现势性和航行安全，航海图出版后，必须不断更新。更新内容主要包括：航道与水深变化、助航设备及航行障碍物的增减或位置与灯质的变化、与航海有关的其他内容的变更等。更新的方法按其类型可划分为海图改正（包括小改正和大改正）和海图改版两类。其中：海图改正的资料主要来源于定期编发的用于海图小改正的航海通告；海图改版的资料来源主要是海区全面重测或局部修测的测量资料。

对于纸质海图，小改正是指由海图使用者或保管者根据航海通告对航海图个别要素进行的改正；大改正是指由海图出版部门对出版原图进行的改正。当航海图小改正过多而影响图的清晰，或因航海图库存不足需要添印时，应进行大改正，然后重新制版、印刷。经大改正的海图发行后，原海图仍可继续使用。海图改版亦称海图再版。当海区有重大变化，航海图失去现势性且又不能用海图改正的方法进行更新时，海图出版部门根据新资料重新编制出版海图。其图号、图名、比例尺及范围一般不变。改版海图发行后，旧版海图即行作废。

数字海图的更新，主要是指符合S-57等标准的电子航海图（ENC）的更新，它通过IHO等国际组织建立的一种更新机制加以实现^[10^-^2]。在S-57标准中对ENC更新集、再版数据集和新版数据集进行了定义。其中：更新集是指ENC的小改正数据集；再版数据集是指ENC的大改正数据集；新版数据集是指ENC的改版数据集。这些数据集由海图出版部门负责按照S-57等标准要求进行制作和发布，由用户利用这些数据集对其所使用的ENC进行更新处理。

⑺海图应用

海图应用主要研究海图选用，海图上定位、量读、量算，以及潮汐和潮流资料的使用方法等^[6]。海图选用是指按海图用途和质量确定所要选用的海图。海图上定位是指利用各种技术手段将目标位置准确标定在海图上。海图上量读是指在海图上读取点位的经纬度坐标、两点间的方位和距离。海图上量算是指对海图上线要素长度和面要素面积的量算。传统的图上定位、量读和量算方法比较复杂、低效且精度不高。自电子海图系统出现之后，这些方法已变得简单、高效，精度也已得到明显提高。另外，海图上潮汐和潮流资料的使用也是海图应用的一项重要内容。以航海图为例，可利用图上的海流符号和潮流符号获得相关地点的海流和潮流信息，利用图上所附的潮信表获得表列海域的潮汐信息。

⒏海图标准化

海图从其出现之日起就带有鲜明的国际性和通用性等特点，随着全球范围海上交通运输业的飞速发展，这些特点变得愈加突出^[11]。为满足这些特点要求在海图制图中执行国际标准。另外，各国制定的标准也基本上与相应的国际标准一致。以《中国海图图式》和其他海洋国家的《海图图式》为例，几乎都与国际海道测量组织（IHO）的《海图上使用的符号、缩写和术语》（INT1）完全一致，因而不同国家生产的纸质航海图也几乎完全一致。随着《IHO数字海道测量数据传输标准》（简称S-57标准）和《电子海图显示与信息系统海图内容与显示规范》（简称S-52标准）等IHO电子航海图相关标准的制定及其在生产中的普及应用，各国生产的电子航海图（ENC）已完全标准化，较好满足了不同用户对电子航海图的使用要求。

⒐航海书表编制、出版和更新

航海书表泛指供航海人员航海参考使用的各种文字资料和航海表、簿，包括海区的航海参考资料、港口资料、水文气象资料等，是航海图的有效补充^[9]。其主要用途是为船舶航行提供依据，辅助海图使用，保证船舶航行安全，同时也为海洋资源开发和科学研究提供重要参考资料。事实上，航海书表是先于海图问世的助航工具书。

航海书表通常分为三大类^[9]：①航海资料。以文字记述为主，主要介绍海区或港口的水文、气象、水道、锚地、航行障碍物、航线、靠泊设备和航行规定，以及收录国际海事组织等机构发布的与航海有关的公约和规则等资料，如《航路指南》等。②航海表簿。以表格形式为主，用于记载航路里程、潮汐预报、人工航标、天文定位查算等方面的信息，如《中国沿海航行里程表》等。③航海通告。发布航海图书改正信息和航行安全事项的定期出版物。

航海书表的编制通常需遵循固定的体例和规则。国际海道测量组织对《航路指南》等的编制作了规定。中国在航海书表编制方面制定了多项国家标准和军用标准，如《航海通告编写规范》等。

航海书表的出版与海图出版相似，早期多以纸质载体出版，目前正在逐步形成同时以纸质出版物和数字化多媒体电子出版物的形式出版。

区别于普通书籍，航海书表出版后还要不断进行更新。更新方式有以下三种：①小改正。由使用者或保管者根据航海通告对航海书表的改正。②补编。由出版部门将一册航海书表中需改动的内容汇编成册出版。③改版。由出版部门根据新资料重新编制出版航海书表。改版书表出版后，旧版书表即行作废。

三、结束语

随着海洋测绘理论、技术与方法的不断发展，海图制图的概念内涵和研究内容也已发生了较大程度的变化。本文在在参考国内外海图制图领域相关文献的基础上，结合作者多年来的研究与思考，从作为海洋测绘学科的一个分支学科的角度，给出了关于海图制图较为完整的概念内涵和研究内容。长期以来，相关专家学者对海图制图的概念内涵和研究内容的认识存在较大分歧，希望通过作者这一抛砖引玉的尝试与努力，能在某种程度上达到引发思考、消除分歧、凝聚共识，以及不断完善海图制图的概念内涵和研究内容，进一步推进海图制图学科发展的目的。

参考文献：

[1]海洋测绘词典编委会.海洋测绘词典,北京:测绘出版社,1999.

[2]中国海军百科全书编审委员会.中国海军百科全书（第二版）门类分册•军事海洋环境[M],北京:中国大百科全书出版社,北京,2014.

[3]宁津生,陈俊勇,李德仁,等.测绘学概论[M].武汉:武汉大学出版社,2004.

[4]宁津生,陈俊勇,李德仁,等.测绘学概论（第二版）[M].武汉:武汉大学出版社,2008.

[5]赵建虎.现代海洋测绘（下册）[M].武汉:武汉大学出版社,2008.

[6]楼锡淳,朱鉴秋.海图学概论[M].北京:测绘出版社,1993.

[7]杜景海.海图编辑设计[M].北京:测绘出版社,1996.

[8]郑义东,彭认灿,李树军,等.海图设计学[M].天津:中国航海图书出版社,2009.

[9]李进杰.航海图书出版指南[M].北京:海潮出版社,1999.

[10]李宏利.电子海图国际标准研究[M].北京:海潮出版社,2005.

[11]Regulations of the IHO for International(INT) Charts and Chart Specifications of the IHO Draft Edition 4.6.0 [S].Monaco:International Hydrographic Bureau,2016.

[12]International Hydrographic Organization. IHO Transfer Standard for Digital Hydrographic Data Edition 3.1[S].Monaco: International Hydrographic Bureau,2000.

【作者简介】第一作者彭认灿，1963年出生，男，广东台山人，教授，博士，博士生导师，主要从事海图制图理论与方法、海洋地理信息系统开发与应用、海洋划界模型与方法研究；通讯作者董箭，1985年出生，男，江苏大丰人，讲师，博士，主要从事海图制图理论与方法研究。本文为基金项目，国家自然科学基金（41601498；41471380）。文章来自《海洋测绘》（2018年第5期），版权归《海洋测绘》所有，转载请备注论文作者，说明文章来源，并请备注来自“溪流之海洋人生”微信公众平台。