海洋制图编辑设计的原理和方法研究

2022-12-27

海图编辑设计是海图生产的初级阶段, 是制作高质量海图的基础。具体地说, 编辑设计是指海图编辑所进行的各项技术工作, 也称编辑准备, 即根据海图用途要求确定海图的规格与内容。达到的技术指标所需的资料, 以及为此所进行的分析研究和技术准备工作。

1 编辑设计的技术内容

海图编辑设计工作的内容, 随制图任务性质, 制图区域特点、制图资料及仪器设备的不同而有所差别, 主要有以下几项。

海图总体设计是确定海图的基本规格、内容及表示方法, 包括海图图幅设计、确定海图的数学基础、构思海图的内容及表示方法。

制图资料工作包括对制图资料搜集、分析选择。对于选定作为编图的资料还要进一步确定出基本资料、补充资料、参考资料。确定对各种资料的使用程度, 使用范围及使用方式。在此基础上, 根据编图需要和设备条件进行复制及确定转绘的原则、方法及精度要求。

海图制图编辑要最大限度地保证最新资料的使用。

制图区域研究就是通过各种地图资料、文献资料、社会调查和实地勘察, 对制图区域的海洋地理现象的空间分布、分类分级、一般和典型特征, 从自然、人文、航海、军事等方面进行分析研究。往往和制图资料的分析研究相结合, 研究的结论要通过文字的或图解的形式作为编辑设计文件的内容之一。拟订海图制图生产方案, 拟写编辑文件是编辑工作的主要成果, 作为海图制图的基本依据。海图编辑设计的基本流程如图1所示。

2 海图编辑设计的基本理论

地图传输论作为地图学的基础理论逐渐为大多数地图学者所接受。总结和研究地图制图经验使我们认识到, 地图传输论不仅揭示了地图学的规律性, 而且也加强了地图学与其它自然科学和社会科学的联系, 对于编辑设计来说也不例外, 尤其是在把编辑实际过程作为一个系统来研究时。

地图传输论被地图设计人员接受后, 使传统设计在认识上起了很大变化, 它把地图设计者和用图者联系在一起的同时, 提出与用图者进行研究, 发现用户需要的潜力。

应用在编辑设计上的主要理论是地图感受论和地图符号学。地图感受论是研究地图视觉感受的基本过程和特点, 分析用图者对图形、图像感受的心理因素和地图感受的效果。

为给地图设计和应用提供客观的依据, 设计人员应该有地图视觉感受方面的知识, 以视觉感受原理为指导, 进一步提高地图设计能力, 使地图有一个最好的信息传递效果。

地图符号学已被视为一种特殊的地图语言来研究, 地图语言是一种图形语言, 是一种特殊的符号系统。

由于海图图形是海洋的空间模型, 是记录和传输海洋空间信息的特殊方式, 在编辑设计过程中, 利用信息论感受论的方法和手段迅速得到成功, 如受国际海道测量组织的委托, 加拿大海道测量局研制成了潮汐信息系统;各种海图数据库在各国相继建立和发展。

3 海图的图幅设计原理

海图图幅设计就是按标准的海图规格, 根据比例尺, 经纬线网和制图区域特点确定海图的范围。当以经纬线作内图廓线时, 则求出图廓四角的经纬度值;当不以经纬线作为内图廓线时, 则应大致确定其图幅范围。

海图的图幅设计主要有单幅海图的图幅设计、挂图及图集的图幅设计。在海图比例尺已经固定的情况下, 单幅海图的图幅设计主要是从制图区域和图幅数量上加以考虑, 对于连续成套的航海图的相邻图幅还要有重叠。由于比例尺一定, 则可以选择小比例尺底图, 在底图上根据所计算的经纬差进行单幅图框套或多幅图的连续框套, 也就是俗称海图的分幅设计。

在制图区域固定条件下, 单幅海图的图幅设计主要是满足海图用途对制图区域的完整性要求特别是对于区域界线较为明显的海域地理单元, 更要突出其区域的完整性, 包括大比例尺表示的港口、海湾、岛屿、海峡水道或小比例尺表示的大洋海域。制图区域一定, 图幅设计主要是考虑到海图的比例尺和一定图幅规格下的图幅数量。因此, 这种情况下的图幅设计将和比例尺的确定同时进行。

当比例尺和制图区域均不固定时, 这是指某些指定用途的海图, 如果海图投影确定为墨卡托投影, 即可直接根据计算的经纬差确定制图区域, 或者调整比例尺计算新的经纬差进一步确定制图区域。单幅图设计要确定图幅方向, 通常以横幅海图为主。

海图的图幅设计还要考虑面积小的, 不宜单独作图的图幅, 可以用附图形式配置在主图的适当位置, 称主附图;对于狭长的水道、海峡海湾或海岸线走向与内图廓斜交使陆地面积过大, 可作移图处理, 经移图处理的图幅称拼接图:个别海图图幅较小, 可把两幅或多幅拼接在一幅图上, 又称拼合图;个别表示海域范围的地理走向, 还可以设计斜幅图, 以及破图廓等等。

最常用的是航海图的图幅设计, 总原则是充分满足航海定位导航需要, 保证航行安全和方便航海人员使用, 主要遵循:保证地理单元的相对完整, 海陆面积分布适当, 同比例尺成套航海图之间应有一定的重叠, 尽量减少图幅的数量。

4 海图符号和要素表示方法

海图符号是海图把海域及沿海陆地的各种信息传输给用图者的特殊语言, 它的主要功能表现在三个方面:首先使用海图符号能对客观事物进行不同程度的抽象、概括和简化, 能满足各个方面的不同要求, 并在比例尺缩小的情况下, 仍能反映区域的基本面貌, 同时保持清晰易读;其次, 海图符号赋予海图极大的表现能力, 它即能表示具体的事物, 如航标、沉船等, 也能表现抽象的事物, 如海区界线等:既能表示现实上存在的事物, 如石油平台, 又能表示历史上有过的事物及未来将出现的事物, 如古河道, 设计中的码头等;既能表示事物的外形, 如海岸线性质, 又能表示事物的内部性质。如海水的盐度等;第三, 海图符号能提高海图的应用效果, 它能在平面上建立或再现客观现象的空间模型, 并为无法表示的现象设计想象的模型。

按海图符号所表示事物的分布特点分为:点状符号、线状符号、面状符号;按符号的尺寸与海图比例尺的关系分为:依比例尺符号、半依比例尺符号、不依比例尺符号;按符号的形状与事物的关系分为:正形符号、象征符号。海图的基本符号, 就是《海图图式》, 包含了绘制航海图的全部符号和缩写, 它同时也是绘制其它海图的基本符号。

海底地貌作为海图的一个内容要素, 主要是指海底表面起伏的变化情况和形态特征。航海图、海底地形图及各种海洋专题图, 由于它们的用途不同, 对海底地貌的表示有不同的要求, 常常采用不同的表示方法。就是同一种海图, 由于比例尺不同及制图资料详细程度的差异, 采用的表示方法也不一样。海图上常用的海底地貌表示法有:符号法, 深度注记法, 等深线法等等。

符号法表示海底地貌就是以特定的制图符号表示海底地貌。随着测深资料的逐步采用, 它只作为辅助方法表示海底地貌。

深度注记法, 海洋的深度注记与陆地的高程注记相类似, 一般称水深, 航海图上用它表示海底地貌是与测深的详细程度及航海图的具体用途相联系的。水深测量经历了从测点、测线、到测面, 以及真实反映海底地貌的侧扫声纳和多波束等仪器的不断出现, 为详细表示海底地貌创造了条件。它的优点有三, 一是正确反映测点的深度, 二是海图清晰直观, 三是绘制简便。

等深线法, 等深线是把深度相同的各点连结所成的平滑曲线, 用等深线表示海底地貌的实质, 就是以等深线的形状及其组合情况反映海底表面形态的特征。等深线是以一定的深度数据为基础描绘的, 而测深数据往往是在有限的并且由于水深测量不能像陆地地形测量那样可以根据需要测量特征点, 故根据水深勾绘等深线带有较高的主观成分, 随着测深技术和手段的提高, 描绘的等深线逐渐趋于真实, 但也只能是海底地貌的辅助表示方法。

航海图上, 等深线主要用来判断对航行有无危险, 为安全起见, 描绘等深线所通过的实际深度要稍大于所标的深度。

除上述表示方法外还有明暗等等深线法, 分层设色法等。专题海图上的专题要素的表示方法还有个体符号法, 线状符号法, 范围法, 定点图表法等等。

5 数字海图的编辑过程

数字海图的编辑设计大体分为四个阶段。

(1) 编辑设计准备阶段:这一阶段的工作与传统的制图过程基本相同, 包括收集、分析、评价和确定编图资料, 根据编图要求选定投影、比例尺、海图内容, 表示方法等, 并按自动制图的要求做好准备, 如为了数字化, 应对原始资料进一步处理, 确定海图资料的数字化方法, 进行数字化前的编辑处理, 现在, 我们一般尝试, 采用计算机直接处理原始资料。设计地图内容要素的数字编辑系统, 研究程序设计的内容和要求, 完成数字制图的编辑计划。 (2) 数字化阶段一般采用手扶跟踪和扫描数字化两种, 以矢量形式记录, 建立数据库, 供调用。 (3) 数据处理和编辑阶段:这是数字制图的核心工作。数字化信息输入计算机后要对信息本身进行检查、纠正、生成数字化文件, 转换特征码, 统一坐标, 不同资料的数据合并归类等;另一方面进行数据处理, 包括数字基础的建立、投影变换、对数据进行选取和概括等。无论以何种方式输入的数据, 都会出现误差, 最常见的有多边形不闭合, 相邻多边形出现重叠和裂口, 相邻线段出现断头, 相邻图幅边缘不匹配等, 所以都应进行编辑检查, 还要对要素分成进行校核。 (4) 图形输出阶段:最终的数字海图产品不仅包括各种分层要素, 还可能有各种图表, 所以要进行存储或显示在屏幕上或打印在纸上。

摘要：本文基于笔者多年从事地图制图的相关工作经验, 以海洋制图中的编辑设计为研究对象, 深度探讨了海洋制图编辑设计的技术内容, 海图编辑设计的基本理论, 图幅设计的基本原理, 海图符号和要素表示方法等, 全文是笔者长期工作实践基础上的技术总结, 可以直接用于指导海图的编辑设计工作。

关键词：海洋制图,编辑,设计,原理,方法,分幅