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电子海图新技术特征与术语

苏振礼,蒋红燕   

  • 收稿日期:1900-01-01 修回日期:1900-01-01 发布日期:2007-04-15

  • Received:1900-01-01 Revised:1900-01-01 Published:2007-04-15

摘要: 摘要 根据测绘学名词委员会要求,在第二版《测绘学名词》出版以后,开始征集新名词。从术语选择的角度,简要分析了近年来电子航海图的新技术特征及其形成的新技术术语。
测绘学名词审定委员会正在组织收集选择测绘学新名词。名词的选取、审定和推广工作对科技进步有潜在的推动作用,也是获取和共享知识的重要途径,而新的名词折射出了科学技术的新进展。近年来,电子海图技术的开发有较多新成果,主要表现在数字海图的更新及替代纸海图的进程加快,三维导航环境建立,海洋空间信息融合,新数据挖掘和海洋测绘知识库创建等。笔者仅从术语选择的角度,简要分析了数字航海图的新技术特征,将从中析出比较贴切、通用的测绘新词。
1.三维航海图(ECDIS-3D,3-D nautical chart)
早期的航海图上,一般都绘制有显著海岸目标的对景图,用于从某一地点对照确定船舶位置。按照这个思路,利用计算机可视化技术实现了动态海岸视图——三维航海图(ECDIS-3D,3-D nautical chart;3DCHART已被注册为商标)。三维航海图基于海岸地形模型、差分全球定位系统、卫星通信和遥感等技术,使船桥显示设备相当于一个活动的摄影机,可随时看到目标的立体画面。平面对景图只有视者之外的一个观察点(exocentric viewpoint),而三维航海图是以视者自我为中心观察(egocentric viewpoint)的、最自然的虚拟现实环境。使用高分辨率的激光扫描及其他相关手段,可获得灯塔等海岸目标的模型。海上航行安全的目标不只是海岸陆标的可视化,而是海底地形的立体表示,实验中的项目把航道隐喻为可视化“路面”,使船舶导航器的画面像汽车行驶在指定的分隔带上一样。它涉及的技术还包括高分辨率多波束声呐、测深数据库、二维的栅格与矢量海图,以及准确的潮汐信息等。
2.动态安全等深线(dynamic safety contour)
电子海图标准允许海图上标绘安全等深线,而船舶为了充分利用潮汐进出港口,需要显示任何时刻的安全等深线。动态等深线是三维航海图开发内容之一,它可以把海底地形的外表面设计为三维视景,将龙骨下净空(富余水深)的模拟底面与地形外壳(terrain skin)相交的面称为割平面,则割平面至海图基准面的距离d可作为安全等深线的数值。要得到d,需要观测和计算的参数包括波浪振幅、船只当前吃水、船只要求净空和当前潮位等。在瞬时海水面,割平面的边线形成警告多边形(warning polygon)或非通过区域多边形(no-go area polygon),即动态安全等深线(dynamic safety contour)。由于三维航海图的陆地和水下地形已经成为一个画面,因此,这时的海图基准面有可能是海陆统一的高程基准。
3.附加军事数据层(AMLs)
军用电子海图的主要特征是附加军事活动需要的海洋环境信息。有研究认为,附加军事层(Additional Military Layers,AMLs)是S-52、S-57标准对军事应用的扩展。舰用电子海图系统增加军事信息将成为强制性要求,即WECDIS=ECDIS+AMLs。经过实验的电子海图项目,附加了4项静态层和3项动态层。静态层表达信息包括:演习区界限和几何形状、高密度水深点、声呐探测到的海底目标、沉积物类型分布。海底地形可用矢量水深数据表示,也可生成更直观的高分辨率栅格图像即海底地形模型。动态附加层,也称时变层,包括卫星观测的海表温度,每日更新两次的浅水波浪模型提供的波高,每3小时更新的潮汐模型生成的流速与流向。美国海军用于附加军事层的信息包括战术海洋数据(TOD)、特殊任务数据集等。
4.海上信息目标(MIO)
1999年,国际海道测量组织(IHO)为进一步完善电子海图显示与信息系统(ECDIS),与国际电工委员会组织了关于海上信息目标的协调组,并于2002年将该小组交由IHO海测信息需求委员会(CHRIS)管理。海上信息目标(MIO)论证现行标准中没有体现海洋信息在电子海图中的应用,这些信息与海图和导航有关,但原先是非强制性的。很多信息具备X、Y、Z坐标和时间,即四维的。这些辅助信息包括:深海测深,潮汐,地球物理数据,声呐和雷达图像(侧扫声呐,多波束,激光雷达),平面基准参数,盐度、温度剖面,沉积物类型划分,潮流,卫星影像和航空摄影,深潜器视频图像,考古(沉船),海洋环境保护区等。通过MIO计划,会促进电子海图与雷达、船舶自动识别系统(AIS)、船舶交通管理系统(VTS)和惯性导航系统(INS)的技术集成。
5.外业数字航海图(field DNC)
在海洋测量船上生产外业海图(field chart)和导航产品,直接支持海军作战,是美军早就采用的向部队提供临时海图的方式。这种海图的资料不可能完全得到处理,图的分发也局限于舰艇和军事单位的即时需求,所有资料经完全确认后,送交国防部制图机构,再按标准航海图程序出版。为直接应用数字航海信息,已开发外业数字航海图(field DNC),也称为增强型的数字海图(Enhanced DNC)。外业数字航海图的附加军事信息来源于地理信息系统、多波束测深数据、侧扫声呐探测的目标、航空影像、航空雷达数据和其他海洋调查资料。
6.海洋通用作业图像(MCOP)
通用作业图像(common operational picture,COP)是美国军方开发的战场环境可视化技术,当然它不局限于军事指挥应用,也能用于政府机构、应急事务管理、港口监测控制等。COP的主要目标是,作为用户责任区或关注区域的态势认知工具,提供多维视图,以辅助决策和增强活动功能;通过单一画面,对地面、空中和海上场景进行监视与识别,实施多用户协作并使每一个参与者掌握同样的情况。COP不是电子地图,但与地图及空间地理信息密切相关。它基于高性能的地理信息系统,高分辨率的图像、地图和海图数据库,公共信息与数据库,采集实时数据的传感器,通过网络实现用户群的数据交换、信息共享的实时画面,已经提出了海洋通用作业图像(MCOP)的概念。美国地理空间情报局(NGA)的海测部门为保障海军作战和航行安全,正在搜集世界海洋的地理空间基础数据,提出网络中心战任务空间的经认可环境图像(REP)、经认可海洋图像(RMP),建立航海数据库维护环境(NDME)。NDME将为通用作业图像(COP)创建广博的海洋测绘知识库。
由上可知,从电子海图新技术特征表现出的术语有:三维显示、三维航海图、内观察点、外观察点、显示刷新率、地形外壳、警告多边形、动态安全等深线、非通过区多边形、附加军事层、军用电子海图、海上信息目标、外业海图、海洋通用作业图像和识别海洋图像等。新出现的术语如果不及时统一和规范,会为今后的科技交流带来很多麻烦,例如上述COP的名称,有:通用操作图(像)、通用作战图(像)、通用作战态势图、通用作战地图、共同作业图像、共同战场图景(台湾用语)等。因此,这里提出的术语译名需要斟酌,是否确定为标准测绘学名词也须考虑多种规则与因素厘定。