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海图基础知识仅供航海相关人员参考请勿用于商业用途叶志荣1.1海图（chart）的定义地图的一个比较特殊的分支按照一定的数学法则，将地球表面的海洋及其毗邻的陆地部分的空间信息，经过科学的制图综合后，以人类最终可以感知的方式缩小表示在一定的载体上的图形模型，用以满足人们对地理信息的需求。1海图及其特征美国NOAA海图局部1海图及其特征前苏联海军海图局部1海图及其特征1.2海图的基本特性严密的数学法则简洁高效的符号系统科学的制图综合。1海图及其特征•按海图内容分类海图普通海图专题海图海底地势图海底地形图自然现象海图社会经济现象海图海洋水文图航海历史图海洋重力图海洋生物图海上交通图海洋水产图…………1.3海图的分类1海图及其特征•按用途分类通用海图专用海图海图航海图海底地势图海底地形图海区总图航行图港湾图远洋航行图近海航行图远海航行图沿岸航行图狭水道航行图海岸图海洋环境图部门专用图大陆架地形图海岸带地形图沿岸、港湾地形图1海图及其特征•按比例尺分类对于航海图，其按比例尺分类的方法一般为：1：10万以上：港湾图。还可细分为：1：25000以上（港湾水道图）1：10－1：19万：沿岸航行图；1：20－1：99万：近海航行图；1：100－1：299万：远洋航行图；1：300万及以下：海区总图。1海图及其特征•按海图形式分类纸质海图是海图的传统形式。国际标准海图纸的尺寸为1189mmx841mm，即所谓“Ａ0”尺寸。其长宽比接近黄金分割规则，特点是每次对折后，长宽比不变。数字海图是以数字形式储存于某种媒体中的海图。从广义讲，机助制图过程中数字化了的海图数据或各种数字式制图资料，用于屏幕显示的海图数据以及直接提供用户使用的各种海洋信息数据，都可称为数字海图。电子海图是在显示器上显示出的海图和其它出版物上所选取的海图信息，也称“屏幕海图”。由资料存储系统、微机和显示器三大部分组成。1海图及其特征1.4海图改正海图改正海图改正种类大改正小改正1海图及其特征大改正一般是在原来航道图基础上，进行改版或再版。在港口，每隔3～5年对整个水域的全部或大部进行测量，根据新测资料在原有航道图基础上绘制新图，这实质上就是对航道图的大改正。改版的改动幅度较大，改正的范围涉及到数学基础，各项内容要素和整饰内容的改动，有的甚至对原版航道图的面积都作适当的变更。再版就是在原版航道图的基础上，根据最新的资料增补或变更一些内容要素，复印出版。•海图的大改正1海图及其特征1海图及其特征•海图的小改正当航道图的改正范围不大，内容不多，以及改正后对整个航道图的精度影响不大时，一般只对航道图作小改正。小改正主要是按海事部门所刊行的改正通告；在原版图上进行改正，以保证航道图的现时性和可靠性。小改正的来源，有的是本单位提供，也有的是其它单位提供，但是为了避免混乱，改正时必须以改正通告为准。1海图及其特征1海图及其特征海图数学基础的内容地图投影比例尺高程基准面深度基准面坐标系统2海图的数学基础2.1海图投影的基本知识一、地球椭球体PNbSeqPaaO2海图的数学基础eqPNPSO二、经、纬圈（线）1)包含地轴的平面与地球椭球体表面相交的截痕，称为椭圆子午圈。以两极为端点的半个子午圈，称为子午线或经线。·2）通过球心并与地轴垂直的平面和地球椭球体面相交的截痕,称为赤道。与赤道平行的小圆称为纬圈。2海图的数学基础1、纬度定义：是赤道与过位置点的纬圈在经线上所夹的弧长。划分：以赤道为0°，向南、向北各计算90°。赤道以北的称为北纬，赤道以南的称为南纬，分别用“N”、“S”表示。格式：单位度、分、秒。例：大连的纬度ψ38°52′30″NeqPNPSAGMθOφφλλh2海图的数学基础2、经度定义：是基准经线与过位置点的经线在赤道上所夹的劣弧长。划分：以基准经线为0°，向东、向西各计算180°。基准经线以东的称为东经，基准经线以西的称为西经，分别用“E”、“W”表示格式：单位度、分、秒。例：大连的经度λ121°40′00″EeqPNPSAGMθOφφλλh2海图的数学基础地图投影就是建立地球面与投影平面上点的一一对应的函数关系。2.2海图常用投影2海图的数学基础墨卡托投影等角正轴圆柱投影。由制图学家墨卡托所创制，并于１５６９年首先用于编制海图，故称为墨卡托投影。2海图的数学基础墨卡托投影示意图2海图的数学基础基准纬线圆柱面与地球相切或相割的纬线叫做基准纬线。若相切则赤道为基准纬线；若相割则在南北赤道存在两条对称于赤道的纬线圈。基准纬线的规定：同比例尺的成套航行图以制图区域中位为基准纬线；单幅图以本图中纬为基准纬线，基准纬线取至整分或整度2海图的数学基础2海图的数学基础切墨卡托投影2海图的数学基础割墨卡托投影2海图的数学基础地球面上经纬线网投影在圆柱面上，然后沿着某条母线展开2海图的数学基础墨卡托投影的经纬线形状2海图的数学基础墨卡托投影的经纬线特点：经线等间隔；纬线自赤道向两级渐长。2海图的数学基础墨卡托投影的重要特征等角航线的概念地球面上所有与经线成等方位角的曲线，叫做等角航线。2海图的数学基础墨卡托投影的重要特性等角航线投影成直线2海图的数学基础高斯－克吕格投影高斯-克吕格投影也叫做等角横切椭圆柱投影。设想一个椭圆柱横切于地球椭球某一经线（即中央经线），根据等角条件，用数学分析方法得到经纬线映像的一种等角投影。该投影最初由著名数学家高斯拟定，后经测量学家克吕格对其进行补充和完善，故名高斯-克吕格投影。该投影是我国编制基本比例尺地形图的投影和比例尺大于1：2万的海图投影。2海图的数学基础高斯－克吕格投影示意图2海图的数学基础横轴圆柱投影(高斯－克吕格投影)PNPSeq2海图的数学基础•分带方法6度带的分带方法自零子午线起，自西向东每隔经差为一投影带，全球共分为60个投影带。每带的带号用自然数1，2，3，4，…，60编号。3度带的分带方法自东经1度30分起，每3度为一带，全球共分为120个投影带，并使6度带的中央经线全部为3度带的中央经线。每带的带号用自然数1，2，3，4，…，120编号。2海图的数学基础高斯投影分带平面示意图2海图的数学基础坐标规定坐标纵轴西移500公里由于我国位于北半球，故x恒为正值。但y有正有负，为使用方便，避免y值出现负号，规定将各带的坐标纵轴西移500公里。Y=y+500000m。2海图的数学基础Y坐标前冠以带号由于沿经线分别投影，各带的投影完全相同。这样对于一组（x,y）值，能找到60个对应点。为了区别某点所属的投影带，规定在已加500km的Y值前再加上投影带号。2海图的数学基础日晷投影日晷投影是视点位于球心的透视方位投影日晷投影又叫方位投影2海图的数学基础日晷投影特性大圆航线是球面上的大圆弧，是球面上两点之间的最短距离。2海图的数学基础日晷投影具有大圆投影成直线的重要特性，即地球面上任何大圆弧经日晷投影后，在平面上的表象均为直线。2海图的数学基础舰船沿着大圆航线走距离最短，故日晷投影常用于制作远洋航行图2海图的数学基础2.3海图的基准面•海图的高程基准面和深度基准面，总称为海图基准面。•海图上各要素的高度一般从高程基准面向上起算。•而深度则是从深度基准面向下起算。2海图的数学基础2.3.1高程基准面•海图上高程的起算面，叫做海图的高程基准面。•海图上的山峰、岛屿、明礁的高程都从高程基准面向上算起。•高程基准面是根据验潮站所确定的多年平均海水面确定的。•海图上的高程是地面点至平均海面的垂直高度。2海图的数学基础我国的高程基准面•1956年以前，我国没有统一的高程基准面，而是采用了当地的平均海面，如大连平均海面、大沽平均海面、黄河口零点(平均海面)、青岛平均海面、坎门平均海面、吴淞平均海面、珠江基面等。•1957年确定，根据青岛验潮站1950～1956年共7年间的验潮资料求得的平均海面作为国家统一的高程基准面，并定名为“1956年黄海平均海面”。•我国海图设计中确定高程基准面时，是以编绘规范为依据的，规定高程基准面采用1985年国家高程基准”，或“当地平均海面”。2海图的数学基础2.3.2深度基准面•深度基准面又叫海图基准面，是海图上水深的起算面。•从深度基准面至水底之间的垂直距离称为“图载水深”。•水深测量是在随时升降的水面上进行的，因此，在同一点上不同时刻测得的水深值不同。•求算深度基准面的原则是既考虑到船舶航行的安全，又要考虑到航道的利用率。2海图的数学基础深度基准面•世界各国所采用的深度基准面深度基准面国家理论最低潮面(理论深度基准面)中国、前苏联(太平洋、大西洋)、加拿大、印度尼西亚、澳大利亚、新西兰、阿根廷、智利等。平均低低潮面美国(太平洋)、墨西哥(太平洋)、菲律宾、洪都拉斯最低低潮面阿尔及利亚、法国、摩纳哥、突尼斯、几内亚、马达加斯加。平均大潮低低潮面比利时、南斯拉夫、荷兰、百慕大群岛最低低潮面(印度大潮低潮面)印度、日本、朝鲜、伊朗、巴西平均低潮面美国(大西洋)、墨西哥(大西洋)、古巴、巴拿马(大西洋)平均海面前苏联(波罗的海、黑海)、德国、罗马尼亚，波兰、瑞典、芬兰、上耳其等平均大潮低潮面英国、意大利、巴拿马(太平洋)、希腊、埃及、秘鲁等赤道大潮低潮面挪威2海图的数学基础我国深度基准面的采用情况•我国1956年以前的海图上一般采用略最低潮面(印度大潮低潮面)•从1956年开始采用理论深度基准面，也就是理论最低潮面。•理论最低潮面是理论上可能出现的最低潮面。2海图的数学基础2.3.4海图上各种要素的起算面•海图上航标的灯高，是从大潮高潮面向上起算至灯光中心的距离。这样，便于在船上直接测灯高。•各种地形、地物的高程、明礁高度从高程基准面向上起算。•礁石采用不同的基准面：•明礁的高程从高程基准面起算：•干出滩(礁)高度，从深度基准面向上起算；•海底及水下障碍物深度，从深度基准面向下起算；•暗礁则从深度基准面向下起算：•适淹礁则是位于深度基准面上的礁石。•海图上的基准面不但决定了海图上的安全水深，还决定了礁石的性质。2海图的数学基础海图上各种起伏要素的起算2海图的数学基础2.4海图比例尺•比例尺概念–图上线段长度与实地对应线段长度之比。表示由实地到海图图面的缩小程度。–其数学表示：式中：M——海图比例尺分母dS‘——图上某一微分线段的长度dS——实地对应线段在地球椭球面上垂直投影所得线段的长度dSSdM12海图的数学基础比例尺的形式–数字式：1:5,000；–文字式：五千分之一；图上x厘米相当于实地x公里；等–图解式：•直线比例尺•公里尺•复比例尺，注意与陆图的区别。500012海图的数学基础2.5海图坐标系•坐标系的概念–地理坐标：用经纬度表示的地面点的平面（或球面）位置。–大地坐标：用某一坐标系中的经纬度表示的地面点的地理坐标。–坐标系：指定了椭球体和大地原点和起始方位角的地理坐标系。–坐标系的确定：选定一个椭球体并确定它与大地体的关系。2海图的数学基础2000国家大地坐标系（CGCS）•2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下：•长半轴a＝6378137m•扁率f＝1/298.257222101•地心引力常数GM＝3.986004418×1014m3s-2•自转角速度ω＝7.292l15×10-5rads-12海图的数学基础–1954北京坐标系•引进苏联大地坐标系•东北地区联测•克拉索夫斯基椭球体•北京建立大地原点•1958年开始采用2海图的数学基础•1980坐标系–即西安坐标系–IUGG推荐椭球体（a＝6378140；扁率＝1:298.257）–陕西泾阳建立大地原点–全国范围最佳拟合2海图的数学基础•WGS－84坐标系–即世界大地坐标系–WGS-84(WorldGeodeticSystem,1984年)是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标的几何定义是：原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向国际时间局(BIH)BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交