国内外海洋测绘技术体系的比较与思考

测 绘 通 报 2004 年 第 1 期 5 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 文章编号： （2004） 0494-0911 01-0005-03 中图分类号： P229 文献标识码： B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、 概
述
日本、 英国和美国等沿海发达国家早已形成了 数字化的空间地理环境产品生产的技术体系。由于 不同数字产品的一致性问题， 不同数据源的融合问 题现已引起了科研和管理部门的高度重视。美国于 把 6 大政府国家机构的影像技术部门， 划 1996 年， 归到国防部制图局， 成立了美国国家影像与测绘局 ， 使得遥感影像、 地形图、 海图等不同空间 （ NIMA） 信息的管理与出版取得了一致性。日本也于 2001 年 4 月把安全厅的水路部改名为海洋信息部， 形成 了与美国 NOAA 相似的， 可同时完成海洋环境的调 查、 测量、 评价与数字产品出版的技术体系。由此可 数字地球， 不只 见， 数字地图、 GIS 到数字战场环境、 是名词与概念上的改变， 它是地理信息科学与实践 发展到了一个技术节点的必然反映， 可引起空间信 息技术与数字产品出版体系发生重大的技术变革。 按照科学的方法论， 考察、 归纳沿海国家海洋测 绘产品的生产体系， 由于历史沿革、 数据积累与技术 条件的不同， 不同的国家具有完全不同的海洋测绘 产品的出版、 分发与服务模式。本文试图由美国、 英 国和日本的海洋测绘产品生产体系， 反映出现代海 洋测绘技术的发展轨迹。同时找出目前我国海洋测 绘产品的出版体系存在的技术问题。
五、 海洋测绘的数字产品形态
! " 美国出版的海洋测绘的数字产品 美国的 NIMA 自始至终坚持数字战场地理环
测 绘 通 报 2004 年 第 1 期 7 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 境的综合性与一致性， 因而， 无论是数据库的形式、 测绘产品的形态、 还是技术体系的组成， 完全是按照 海、 陆、 空、 天一体化的战场综合保障方式实施的。 由于地理产品的数字化生产体系的完成， 除了 纸质产品， 情报侦察和海上 NIMA 现可向美国军队、 舰船提供由数字地图 （ V Map） 、 数字海图 （ DNC） 、 地 形高程数据 （ DTED） 、 全球海岸线 （ WVS） 、 航空数字 影像 （ ADRG） 、 卫星数字图像 （ I THD） 等数字产品组 成的， 全球数字战场地理环境数据。而且， NIMA 的 产品不仅具有相同的大地坐标系 （ WGS84 ） 和由平 均海面、 平均高潮面和低潮面组成的高度基准， 同时 Vmap， DNC 和 WVS 等产品完全是按照同一的数据 格式 （ VPF） 和编码方案实现的。 ! " 英国出版的海洋测绘的数字产品 英国的海洋测绘数字产品的出版是按照与美国 的 NIMA 和日本的水路部完全不同的技术思路实 现的， 英国海道测量局出版的第一个官方的数字产 品是光栅海图， 现已出版了 2 875 幅光栅海图。 英国海道测量局于 2000 年， 按照栅矢转换的方 法， 完成了 149 幅 IHO S-57 格式的数字海图的生产 任务。现正实施数字海图的发行技术和通告自动改 正方法的测试与评价。至今， 没有发布官方 S-57 格 式的数字海图产品。 # " 日本出版的海洋测绘的数字产品 日本的海洋测绘数字产品是完全按照 IHO 的 S-57 数据格式出版的。日本水路部自从 1994 年正 式出版 了 第 一 套 官 方 的 S-57 2 . 0 版 的 电 子 海 图 （ ENC） ， 现已完成了日本海域与领海和部分国外海 域的、 系列比例尺的 S-57 3 . 0 版的 ENC 产品的出 版与发行任务。日本水路部于 1998 年 8 月， 正式由 国际互联网， 向全球发布日本的数字航海通告与航 行警告， 实现了数字海图的自动改正。同时与 ENC 配套的潮汐表、 航标表、 航路指南、 推荐航法等数字 产品也已由日本水路部正式出版、 发行。 性， 融合了地形图与海图、 海洋水文与地理信息的数 字产品现已由美国的 NIMA 正式出版， 体现了海洋 测绘产品形式的变化。 2 . 数据模型是客观实体的反映。海图源数据 库模型是海洋测绘产品生产体系形成的核心依据， 牵一发而动全身。海洋测绘数据体现的是海洋地理 客观实体的空间和属性特征， 不是海图图式符号的 反映， 恰恰相反， 海图产品只是海洋测绘数据的一种 表现形式。因而， 惟一科学的编码方法是由客观实 体、 再到数字海图， 不难预见很快会引起国内 GIS 技术的重大调整与分化。 数据积 3 . 技术 体 系 可 因 势 而 宜。由 于 历 史、 累、 时间、 投入和人力的原因， 美、 英、 日等国的海洋 测绘产品的出版实行了完全不同的技术体系。美国 的 NIMA 沿用了地形图的出版方式。日本的水路 部与美国的 NOAA 相似， 完全是按由矢量产品， 再 到光栅产品的技术方式实现的。英国海道测量局则 实行了相反的， 由光栅产品， 再到矢量产品的技术体 系。目的是要同时实现光栅与矢量产品的出版。 4 . 数据评价与产品测试是数字产品质量保证 的核心技术。海洋测绘数据是由不同数据模型、 不 同比例尺、 不同测量技术、 不同机构和不同国家的数 据源组成的。数据源的评价技术是保证入库数据质 量的核心环节。数字产品是不可视的， 只有数字产 品的测试平台， 才可保证数字产品的出版质量。同 时也标志了海洋测绘出版任务的完成。 5 . 源数据库更新的难点技术是海图的自动综 合。美、 英、 日等国的源数据库和数字产品现已实现 了航海通告的自动改正。按照海洋测绘产品的生产 方式， 只有海图的自动综合技术， 才可完成数字海图 的改版和海图源数据库的更新任务。海图自动综合 涉及图形与属性的识别、 量测和融合， 具有极大的技 术难度， 至今无法取得技术的完全突破， 现已成为国 外海洋测绘重点投入和研发的核心问题。
三、 海洋测绘数据库与数据模型
! " 美国的海洋测绘数据库 美国 NIMA 最 早 实 施 的 是 地 图 数 据 库， 1989 年， 美国海军才向 NIMA 正式提出了出版数字海图 的要求， 同时， 颁布了海图数据库的技术规范。 NI按 照 VPF 数 据 格 式， 完成了装载 MA 于 2000 年， 建立了全球 1 1 25 万 5 000幅海图的数据库。同时， 海岸数据库和海底地形数据库。由于历史和体制的 原因， NIMA 的地形图与海图数据库的技术体系是 完全一致的。 数据模型是按国际 GIS 数据标准 （ DIGEST ） 设 计的， 且与 IHO 颁布的 S-57 相似， 目标的定义、 分 层与编码不再重点考虑数据的可视化与绘图输出问 题， 更加突出的是客观实体的属性。因而， VPF 极 易转化到 S-57。 # " 英国的海洋测绘数据库 英国海道测量局积累了大量的纸质海图和海道 测量的源数据。可担任海图数字化任务的只有 31 人， 虽然临时招聘了部分技术人员， 可仍无法尽快完 成任务。考虑到海道测量数字化已于 1986 年完成， 且数字海图的格式和需求具有不定性， 英国海道测 量局最早实施的是水深、 海岸地形、 航海通告、 沿岸 引航、 潮汐、 航标与碍航物等海洋测绘专题数据库。 到 1995 年 才 正 式 实 施 了 海 军 光 栅 海 图 服 务 计 划 （ ARCS ） ， 英 国 海 道 测 量 局 于 1995 年 12 月 宣 布 且已形成了可涵盖全球主要航道 ARCS 工程完成， 的光栅海图数据库， 同时实现了航海通告的自动改 正。 $ " 日本的海洋测绘数据库 日本的水路部于 1992 年 12 月按照 IHO 数据 标准， 完成了东京湾数字海图的试验任务。历时 10 年的海洋测绘数据库工程是于 1992 年 4 月正式启 动的， 现已完成了海道测量源数据库 （ HSDB） 、 海图 数据库 （ NCDB） 、 电子海图数据库 （ ECDB） 和纸质海 图数据库 （ PCDB） 。 由于 IHO S-57 3 . 0 版的颁布实行， 日本的水路 部于 1997 年完成了海洋测绘数据库由 IHO S-57 又 由 NCDB 和 2 . 0 到 3 . 0 版 的 转 换 任 务。同 时， ， 建立了由海图图像、 定位参数、 元数据、 航标、 PCDB
四、 海洋测绘产品的生产方式
! " 美国海洋测绘产品的出版方式 美国 NIMA 的海图与地图的出版方式是相似 的。最大技术特点是陆地与海洋地理信息的出版形 成了完全相同的技术体系， 测绘数据源的评价工序 则是保证海洋测绘产品质量的核心技术。 美国 NOAA 的海岸测量部的组织体系由海洋 测量、 技术研发、 海图出版到航海服务， 技术工序等 部门组成， 任务分工明确、 体系完整， 现已形成了由 数据源的评价、 海道测量数据库、 数字化与图形编 辑、 海图源数据库、 电子海图数据库、 纸质海图数据 库、 航海通告的自动改正、 海图出版等技术工序组成 的海洋测绘产品的生产体系。且已完成了可延伸到 美国海洋专属经济区的、 大约等于 11 000 000 km2 的数字海图的出版与发行任务。 # " 英国海洋测绘产品的出版方式 由于人员编制太少、 历史积累的数据量又太大， 而且大部分的数据源是按纸质方式表现的， 同时， 考 虑到客户的现实需求， 英国海道测量局按照先由光 栅数据、 再到矢量数据的技术思路， 现已形成了由数 据源的评价、 海道测量数据库、 图像与属性编辑、 光 栅海图数据库、 栅矢转换技术、 电子海图数据库、 纸 质海图数据库、 航海通告的自动改正、 海洋测绘产品 出版等技术工序组成的海洋测绘产品的生产体系。 显然， 它与美国 NIMA 和 NOAA 的技术体系是 不同的， 最大的特点是按照由易到难的技术思路， 不 仅及时完成了数字海图产品的出版， 而且， 由于栅矢 转换技术的突破， 极易调整与改造成完全矢量化的 海洋测绘产品的生产体系。 $ " 日本海洋测绘产品的出版方式 日本海洋测绘产品的生产方式是由海图数字 化、 海图源数据库、 源数据的编辑加工， 纸质与电子 海图的出版等技术工序组成的。 1997 年， 由于海图 源数据库的完成， 才开始光栅海图的出版。 显然， 与美国 NOAA 海岸测量部的技术体系大 致相同， 惟一的区别是自始至终， 日本的技术体系完 全是按照 IHO 的 S-57 数据标准构建的， 其目的性 很强、 技术思路单一。
二、 海洋测绘产品的出版机构
1 . 美国的 NOAA 与 NIMA （1）美国的 NOAA 美国的海岸测量部 （ OCS） 隶属于美国商业部国
收稿日期：2002-11-07；修回日期： 2003-10-13 作者简介： 翟京生 （1959-） ， 男， 河北黄骅人， 高级工程师， 主要研究方向为海洋遥感与 GIS。
测 绘 通 报 2004 年 第 1 期 6 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 2002 年 4 月更名海洋信息部。改编的日本水路部 现已形成了综合性 的组织体系与美国 NIMA 相似， 的， 由海岸、 大陆架到国际海域的， 可完成海洋环境 信息的调查、 测量、 观测、 汇总、 加工、 管理、 出版、 发 行等任务的海洋信息机构。 碍航物、 岸线、 海上界线、 陆地方 10 m、 20 m 等深线、 。 位物等数据组成电子光栅海图数据库 （ ERCDB）
家海洋与大气管理局 （ NOAA） ， 成立于 1807 年， 属 于美国最早建立的海洋科学调查机构。 NOAA 成 立于 1970 年， 由 OCS、 渔业局、 矿物局、 海洋局等机 构组建而成， 承担全球性海洋学的综合调查、 研发、 管理与海洋资源的保护任务。 NOAA 的海岸测量 部是由海岸测量处、 海道测量处、 海图处和航海服务 处组成。海岸测量部的任务是担负美国海域的海洋 测绘产品的测量、 管理、 出版、 发行与服务。 （2）美国的 NIMA 美国国家影像与测绘局 （ NIMA） 隶属美国国防 部， 成立于 1830 年 12 月。 NIMA 是代表政府， 可向 美军与盟军部队、 国防部、 政府机构和国外商业客 户， 出版和发行卫星影像、 地形图、 海图、 航空图、 航 海通告、 航海信息、 大地测量和不同的空间地理信息 的核心机构。它不承担具体的测量任务， 只是按照 同一的测绘评价体系， 实时汇集由国家地质调查局， 海军等机构的观测数据， 完成卫星图 NASA， NOAA， 像、 测绘产品的出版与发行。 2 . 英国海道测量局 英国海道测量局于 1795 年 8 月成立， 由局长等 隶属英国国防 25 名军官与约 800 名文职人员组成， 部。该局承担航海图书目录、 潮汐表、 潮流表、 数字 海图、 航海资料等产品的出版， 航海安全信息与航海 通告的发布、 海道测量的管理、 测量设备的研发等任 务， 同时， 又要提供大地测量、 地球物理和海洋科学 调查等数据。 3 . 日本海上安全厅水路部 日本海上保安厅水路部成立于 1871 年， 且于
ZHAI Jing-sheng，CHEN Hong-yun，MA Lan 摘要： 比较国内外海洋测绘技术体系， 发现： 导致 GIS ! 综合性的海洋测绘技术体系正在形成； " 数据表示已发生了质的改变， 理论的突破与产品的换代； 海洋测绘数字产品正向融合、 同一的数字海洋地理环境的方向演变。 # 关键词： 国外； 比较； 海洋测绘； 技术体系
国内外海洋测绘技术体系的比较与思考
翟京生， 陈洪云， 马 兰
（天津海洋测绘研究所， 天津 300061）
Ocean Surveying and Mapping Technological Systems Abroad and at Home： Comparison and Consideration