[科普中国]-航道图

简介

航道图是船舶及排筏在江河湖海或港湾等水域内安全行驶的通道图。有海上航道图、海上进港航道图和内河航道图等。一般以图例和色别、注字等标示航道的起迄、方位、走向和港埠、水深、宽度、里程、 主要水利工程设施和跨河建筑物以及航标等导航设备。可供综合开发河流、选择运输路线、编制航运计划等使用2。

航道图要素人们习惯上把以水部为描绘对象的图统称为海图，并将其视为地图的一种，而将主要服务于船舶航行使用的海图称为航行图。航道图是以海洋及通航的江河湖泊为主要描绘对象的，它是航行图门类中的一个分支。

航道图按照制图区域可分为港口航道图和江河图，它们都是以船舶的安全航行为服务对象。港口航道图以描绘港湾、锚地为主；江河图以描述通航的内河航道为主。

从制图角度出发，航道图的要素可分为：数学要素、地理要素和整饰要素三大类3。

数学要素数学要素是建立地图空间模型的数学基础，它主要包括有：投影、比例尺、方位、平面控制基础、高程基准面和深度基准面等。

1.投影

投影是建立平面上的点(用平面坐标或极坐标表示)和地球上的点(用纬度ψ和经度λ表示)之间的函数关系，用数学式表达这种关系就是：x=f1(ψ、λ)，y=f2(ψ、λ)。

如果我们建立好这种函数关系，就可以依据地面上的点(ψ、λ)，求出其在平面上的位置(x、y)，地面上的各种要素就可以按这种关系在平面表示出来。

2.比例尺

(1)比例尺的定义：

简单地说比例尺就是实地缩小比例数，也就是图上线段与实地相应线段长度之比，严格地讲，地图比例尺为图上微分线段的长度与地球椭球体上相应线段长度之比。

(2)主比例尺和局部比例尺：

由于地图投影有不同程度的变形，比例尺随着线段的地理位置和方向的不同而不同。图上标明的比例尺，只是某一条经线或纬线上的比例尺，这个比例尺称为主比例尺，它只是在某条经线或纬线上是正确的。如高斯——克吕格投影的中央经线、墨卡托投影的基准纬线。图上其他部位的比例尺均大于或小于主比例尺，它们被称为局部比例尺。

高斯——克吕格投影图上，中央经线上为主比例尺，其他部位为局部比例尺，且都比主比例尺大。由于采用分带投影，限制了投影变形，因而主比例尺与局部比例尺相差不大，实际应用时，可忽略其差值，直接采用主比例尺衡量长度。但为了指明图上变形的分布，需要在比例尺后注明中央经线的度数，如1：10000(117°)。

在墨卡托投影图上，基准纬线上为主比例尺，纬度高于基准纬度区域的局部比例尺大于主比例尺，纬度低于基准纬度区域的局部比例尺小于主比例尺，离基准纬线愈远，局部比例尺与主比例尺相差愈大。墨卡托投影应在比例尺后标明基准纬度数，如1：500000(35°)。

(3)比例尺的形式：

①数字比例尺：是以数字表达式表示的：如1：100 000或1/100 000。

②直线比例尺：是以图解形式表示的，一般位于海图的东西图廓。

③复比例尺：在小比例尺墨卡托投影的海图上，不但要表示主比例尺，而且还要表示局部比例尺，这种比例尺有纵横两种分划、故称之为复比例尺3。

3.方位：

海图上的方位是提供航海人员定向使用，确定海图上图形的地理方向，也就是确定北方的方位。人们习惯地认为地图的上方为北，下方为南、左方为西，右方为东。实际上地图表示的并非一个北方，而是三个北方向。

(1)三北方向线和方位角：

①真子午线与真方位角：通过某点的经线叫真子午线；真子午线与某点方向线的夹角叫真方位角。

②磁子午线与磁方位角：地球表面任意点上磁针所指的南北方向线叫磁子午线；磁子午线与某点方向线的夹角叫磁方位角。

③坐标纵线与坐标方位角：方格网的纵方向叫坐标纵线；坐标纵线与某点方向的夹角叫坐标方位角。

(2)三个偏角：

由于三北方向线在一般情况下各自的指北方向不同，彼此间形成夹角，我们称为偏角或三北方向角，即子午线收敛角、磁偏角和磁坐偏角。

①子午线收敛角：对于高斯——克吕格投影通过某点的坐标纵线与真子午线的夹角称子午线收敛角或坐标纵线偏角，用v表示；坐标纵线在真子午线东边(即某点位于投影带的中央经线以东)为东偏，角度值为正；反之为西偏，角度值为负。

子午线收敛角在同一条经线上随纬度的增高而增大；在同一条纬线上，随着与中央经线的经差增大而增大；中央经线和赤道上的子午线收敛角v=o；6°分带投影，子午线收敛角最大值为±3°。

②磁偏角：通过某点的磁子午线对真子午线夹角称为磁偏角；磁子午线在真子午线以东为东偏，角度值为正值；反之为西偏，角度值为负。在我国范围内，正常情况下磁偏角都为西偏，只有某些发生磁力异常区域，会表现为东偏。

③磁坐偏角：通过某点的磁子午线对坐标纵线的夹角称为磁针对坐标纵线夹角，简称磁坐偏角。以坐标纵线为准，磁子午线在坐标纵线以东为东偏，角度值为正值；反之为西偏，角度值为负3。

上述三种偏角组合的三北方向图形有十种情况，如图所示，图中C1表示子午线收敛角；C2表示磁偏角；C3表示磁坐偏角；常见的为前六种，有时会出现磁子午线同真子午线或坐标纵线重合的情况，如后四种。

(3)方位圈：

为了方便航海人员在海图上标绘方位，海图上绘有方位圈(也称罗径圈)。我国现行的海图上绘制的方位圈只表示了真北方位圈，以五角星指示的方向为真北方向(0°)，圆周按0°～360°细分。方位圈的中轴两侧分别注明磁偏角和年差值，以供航海人员推算目标或船舶方位使用。

4.海图制图的平面控制和高程控制：

海图是利用坐标控制平面位置的。如地理坐标、平面坐标等。其高程则是通过不同的高程系统以不同的基准面和大地控制点控制的。

(1)地理坐标：

表示地球表面任意点位的经度和纬度。利用天文测量的经纬度为天文经度和天文纬度；利用大地测量的经纬度为大地经度和大地纬度。

世界上通用地理坐标的规定是：通过英国格林尼治天文台的经线为起始子午线0°，由起始子午线向东向西各划分180°，东半球称东经，西半球称为西经。纬度，赤道为起始纬度0°，由赤道向南北各分为90°，南半球称为南纬，北半球称为北纬。

(2)北京坐标系及1980西安坐标；

(3)大地控制点：

根据制图需要，必须有精测的大地控制点的点位和高程作为绘制各种比例尺图的平面位置和高程控制的基础，图上一般表示的有：三角点、埋石点、水准点、独立天文点、测站点等，其符号见海图图式3。

5.高程和深度基准面：

海图上高程的起算面称为海图的高程基准面。各国都有自己的高程基准面，目前我国高程基准面采用“1985国家高程基准”。

(1)深度基准面：

海图上的深度基准面是水深的起算面，也是图上干出高度的起算面，我国目前海图上采用理论最低潮面。

江河航行图的基准面与海洋有所不同，江河的水文情况比较复杂，江河的下游，特别是入海和河口区主要受潮汐的影响；江河的中、上游水文随季节变化明显，雨季时水位增高，早季时水位降低。我国的江河图采用的基准面有两种：在下游一般采用理论最低潮面；在中、上游采用设计水位。设计水位也是根据多年水文观测资料，求算出的具有一定保证率的水位。我国航运部门将各河流按通航标准分为不同等级，并分别规定了各级航道的最低通航水位的保证率，一般江河图上绘有根据各基本水位站和短期水位求出各级的水位图绘制的深度基准面曲线图。

(2)基准面的关系：

航道图的高程基准面和深度基准面，统称为海图基准面。海图上各种地形地物的高程，如山高、岛高、明礁的高度等从高程基准面起算；图上水深及干出滩(干出礁)的起算面为深度基准面；灯高、人工地物的净空高度以及过江电缆的架空高度以平均大潮高潮面或最高洪水面起算。

地理要素地理要素又称图形要素，它是航道图上的核心内容，包括自然地理要素和社会经济要素。

自然地理要素是构成自然地理环境的所有物体，包括地质、地形、水文、气象、土壤、植被等各种自然要素。

社会经济要素是人们在自然环境中进行物质生产所取得的劳动成果，它主要包括居民地、道路及各种人工地物和设施等。

从制图角度出发，将地理要素按地理位置划分为陆部地理要素和水部地理要素。

1.陆部地理要素：

陆部要素内容与地形图基本一致，主要有：

(1)陆地地貌及土质要素：

包括山体、岛屿等，陆地的起伏形态(用等高线表示)，陡石山，岩峰等。

(2)水系要素：

包括较大的通海河流以及较大的运河、沟渠、湖泊、水井及泉等。

(3)居民地：

包括居民地的轮廓形状、街区、具有航行方位意义的独立房屋，居民地的行政等级。

(4)道路：

包括铁路和公路及其附属物，桥梁、渡口、水闸等。

(5)陆地助航要素：

包括灯塔、灯桩、立标、测速标、信号台、无线电指向标及具有航行方位意义的各种建筑物，如大厦、饭店、烟囱、水塔、教堂、庙宇、钟楼、电视塔、油库等。

(6)界线：

包括国界、地区界线及各种管线等。

2.水部地理要素：

对水陆分界的岸线，在航道图上是大潮高潮面时的潮侵地线，岸线以下的要素，在不同用途的航道图上差别很大，在航道图，主要有下列要素。

(1)潮间带，又称干出滩，是海岸线与零米等深线(干出线)之间的海滩地段，高潮时淹没低潮时露出。

干出滩按组成物质及生长的生物分为：

①软性滩——泥滩、沙滩、砾滩、沙泥混合滩、沙砾混合滩。

②硬性滩——磊石滩、岩石滩、珊瑚滩，贝类养殖滩。

③植物滩——树木滩、芦苇滩、丛草滩。

干出滩上的干出高度注记，以整数下有一短线来表示，区别于水深，指深度基准面上的高度。

(2)海底地貌：

指海底表面的起伏形态和底质。水深注记、等深线，底质注记、浅滩、各种天然的礁石和岩峰等，都可以显示海底地貌。

①水深注记：

表示深度基准面至海底的深度，以米为单位。

②等深线：

深度相同各点的连线。在航道图上局部地段或遇有整米数时，等深线略向深的方向移动。在描绘狭窄航道时，必须尽量采用等深线而不是水深。而在水深很陡的峡湾地区应舍去所有的等深线。

③底质注记：

底质是海底表面或下面一定深层的组成物质，如泥、沙、粘土、岩、石等，注记的位置在字的中心上。

(3)航行障碍物：

简称碍航物，是船舶航行的主要威胁。碍航物有天然的和人为的两大类天然的障碍物主要是各种礁石。浪花下面一般也存在着礁石或浅滩。人为的碍航物主要是沉船，其次还有各类遗弃物。

①礁石：

按其高度和几个潮位面的关系可分明礁、干出礁、适淹礁、暗礁四类。需特别注意的是各种礁石的高度或深度注记，其起算面是不同的。

明礁：注的是高程基准的高度。

干出礁：注的是深度基准面以上的高度。

暗礁：注的是深度基准面以下的深度。

②沉船：

沉入海底的各种航船，航道图上，以沉船和深度基准面的关系，将沉船分成若干种。如船体露出水面、干出沉船、危险沉船、沉船堆等。

③桩管、失锚、水雷、各类遗弃物等。

(4)助航标志：

简称航标，可分为航行目标和助航设施两类：

①航行目标：

是从海(水)上可望见有明显可辨特征且航行时能借助于导航定位的各类地物，如突出的山头或尖角，独立树、烟囱、水塔等。

②助航设施：

是专为航行定位设立的如灯塔、灯桩、信号杆、灯船、灯浮标等3。

③航标灯光的说明：

包括：灯光性质、灯光颜色、灯光周期、灯光高度、灯光射程等。

(5)各种区界线和管线要素：

包括扫海区、疏浚区、禁区、港界、一般区界线、海底电缆、海底油气管等。

(6)海洋水文要素：

包括潮流、海流、潮信、急流、旋涡、冰情等要素，大都与潮汐相关。

(7)其他要素：

主要有潮信表、对景图、资料采用略图等。

①潮信表：

潮汐的类型一般分为全日潮，半日潮和混合潮，由于潮汐的类型不同，潮信表的形式也不同。航道图上刊印的潮信表，为航海人员提供了部分潮讯情况和基面情况，可根据潮流表提供的数据，概略地推算该海区的潮时、潮高。

②对景图：

对景图是船舶航行在一定位置(对景点)上时，视海岸、岛屿、水道、港口及各种有实用价值的航行目标景象的素描或照片，附在航道图(或航路指南)中。由于它有直观感觉，易于和实地目标对照，因此是识别目标和航路的重要参考图景。

使用对景图时，船舶一定要位于对景点或图中标明的目标的方位、距离附近，否则容易认错目标。

③资料采用略图：

航道图上采用的制图资料比较复杂，无法用文字说清楚时，一般绘制资料采用略图供用图者分析航道图资料使用。

整饰要素航道图是一种科学和艺术结合的产品，它不但要求内容丰富、真实、科学性强、而且在表现形式上也讲究一定的艺术性。航道图的整饰要素就是航道图艺术的表现形式。

航道图的整饰要素主要有：符号、注记、色彩、图表及图廓等。

1.符号：

航道图上的各种自然地理要素及社会经济要素主要是通过符号来表现的，通过符号直观而鲜明地表示这些要素的位置、性质及数量指标。

符号可分为依比例尺符号、半依比例尺符号和不依比例尺符号。

2.注记：

航道图上的注记一般分为名称注记、说明注记和数字注记。这是为了更明确，更详细表示制图要素的内容，更多地增加海图的信息量，并帮助人们识别航道图。

在航道图上通常采用不同的字体和字型表示图上不同类型的要素，以使图面显得生动、活泼，从而增强海图的艺术表现力。

3.色彩：

航道图的印刷如今都采用多色印刷。航道图的符号及底色的普染由于采用不同的颜色，使海图显得美观、清晰、易读。

航道图的印色不是越多就越好，印色过多，不仅增加了成本，而且由于套印次数增多，增加了印刷过程中套合误差，从而降低海图的精度。目前出版的航道图一般是采用4～5种颜色，陆地普染黄色，干出滩范围叠印浅蓝色及黄色，水部浅水域分层设色，分为浅蓝实色和浅蓝斜线，其用色范围图式中已作了具体规定。图上接幅线、发光符号、各种禁区、危险区界线等采用紫色，大面积的扫海区域用绿色表示，图廓、岸线、等高线、等深线等多数线划及符号采用黑色。

4.图廓要素：

它包括图廓、图号、航道图的标题、出版单位、出版时间、航道图的改正、编号、密级等，航道图的图廓整饰要素体现了航道图的数学基础，航道图的基本情况和现势程度。在航道图图式中对海图图廓的整饰式样作了统一规定。

上述要素的图式符号、色彩、注记字体规定等详见《水运工程测量规范》中的图式和《国家标准海图图式》3。

长河段航道图测量航道图是直接为船舶航行服务的图籍，而实际工作中它的用途是很广泛的。首先应满足船舶安全航行，同时能作为航道整治、维护、管理的主要依据外，还应用在沿岸的工业、陆上交通、国防等领域。

由于它的用途广泛，涉及面广，因此测量的项目和采集的资料，数量较多，要求较高。需要测量洪水线或高潮位以下的全部水深、地形以及不同水位的碍航物、助航物;了解图内各河段气候、水文、滩险情况;收集有关港口、航道基本设施情况等资料。依内河航道维护技术规范维护工作分类，属于一类维护的航道，应进行长河段航道图测绘。对二类、三类维护，根据需要和条件可测长河段航道图或简图4。

主要技术要求(一)测图比例和分幅

测图比例尺一般比出版图的比例大一倍，滩险、重点水道、重要港口的局部扩大图，图比根据需要选定。测图分幅的原则是在充分容纳需上图的测区范围，并能稍留空白供写必要的备注说明。在幅面大小全线一致情况下，相邻图幅可错口对接，也可纵幅与横幅相接，拼图时注意，尽量使图幅数最少。并绘制索引图，以利于测量和编绘的安排与检核。简图可采用小于上述的图比4。

(二)平面控制和高程控制

航行图的平面控制和高程控制，必须是全测区整个河段连贯完整、精度一致。对于测区内的国家高级点和系统不同的原有控制点应联测，换算以低级服从高级、局部服从整体的原则，强制平差、附合。

在测区未有国家等级控制点又急需测航行图时，可建立独立平面系统，定临时水准基面，作为控制，但应考虑以后国家高级点与整个河段控制网锁的连接4。

(三)绘图基准面

航道图全测区必须用统一的绘图基准面成图。航行图的绘图基准面一般采用航行基准面。确定绘图基准面(航行基准面)的方法与步骤如下：

1.确定基本水位站航行基准面：根据所测航段的航道等级，按规定的最低通航水位要求的保证率，用综合历时曲线法或保证率频率法来确定测区内各基本水位站的航行基准面。

2.推算基本水尺航行基准面：在基本水位站之间，沿河每隔5～12km，设置一根基本水尺，以控制各个区间内的水位。对基本水尺应在枯水期接近航行基准面的水位时，与邻近的基本水位站进行水位同步观测。基本水尺航行基准面水位采用与基本水位站水位相关法来推求。

3.测定临时水尺的航行基准面、基本水位站与基本水尺和上、下基本水尺之间各点的航行基准面一般用临时水尺瞬时水位法测定。其具体做法是选择枯水接近最低通航水位而水情变化稳定的日期，在河段控制、比降变化明显处或滩险地段300～500m，一般河段1.5～2.0km的间距(水流平缓、比降小的平原河流可适当放宽以满足水深换算时的要求为度)，设置临时水尺或水位桩，在规定的时间与基本水位站、基本水尺同时观测得出瞬时水位。基本水位站、基本水尺(或上、下两基本水尺)瞬时水位与其航行基准面水位的较差相同时，临时水尺水位减去其较差即为该临时水尺的航行基准面的水位。当不一致时采用落差插入法进行临时水尺的航行基准面计算4。其计算公式如下：Z=ZX-{△Z上-(△Z上-△Z下)/(Z上-Z下)*(Z上-ZX)}，式中：Z-临时水尺的航行基准面水位；ZX：临时水尺的瞬时水位；Z上、△Z下：上、下基本水尺瞬时水位与航行基准面水位的差值；Z上、Z下：上、下基本水尺的瞬时水位。

以水位H为纵坐标，距离L为横坐标，将测区内各基本水位站、基本水尺、临时水尺(水位桩)的测时水面和航行基准面水位，点绘于图上并连接起来，就得各段的测时水面和整个测区的航行基准面来。

全线各水尺绘图基准面(航行基准面)测设确定后，两水尺之间的河段，便可以基准面的每0.1m绝对高程分区，作为地形测量时由绝对高程换算为绘图基面起算的干出高度的依据，同时也是水深测量时计算绘图深度的依据4。

(四)水深测量

航行图原图是内容完整、图幅连续的水道图集，对水深测量来说除应按航道测量一般要求测深外，特别应注意图幅之间、深水浅水之间、水下陆上之间的衔接，不容空漏更不允相互矛盾。对浅点、暗礁、沉物等不能确定其最浅的位置和深度时，应考虑扫测来确定。

(五)地形测量

航行图的地形测量除满足一般地形测量技术要求外，尚应每幅图测出图廓线外一、二排测点作为接图和校对用，高水位(高潮位)时淹没的地形、地物，特别是可能碍航的，其最高点、航道一侧的次高点以及整个范围必须测出。溪沟要测进300～500m。港区及重点航槽要详细测绘，必要时另测大比例尺测图。洪水位、高潮位以上，堤岸以外地形，有近期测图的，经现场校核后，可加以利用。

(六)碍航物、助航物(助航标志)的测量

碍航物是指妨碍航行安全的物体，包括水下的沉船、沉物、水下管线、空中的过江线缆、跨河桥梁、堤坝等。助航物和助航标志是枯、中、洪或涨退潮期不同水位时对船舶航行有导向或帮助的物体和标志。助航物体如山头、孤石、塔尖、烟囱、大树等。其中过江线缆、穿河管线和桥梁等碍航物的测量已在第八章有专门叙述。对于其他碍航物、助航物的测定，除按一般碎部测量要求进行外，尚应注意以下几点：

1.对于离测站较远的物体，采用多余观测的交会法施测，以检验和保证成果的质量。

2.对枯水期干出，水位涨到一定高度就碍航的，而施测时又不能攀登的礁石或桥底、可用水准仪逐步凑平的方法施测其高度。

3.水下碍航物用点测水深不能反映其地貌特征，应用扫测的办法施测4。

测量的时机航行图的绘图基准面的测定和河床的碎部测量，都必须在枯水期接近于最低通航水位时同步进行。因此要根据水情首先抓住时机测定航行基准面，其次河床的水深、碍航物、低水位地形等测量，再次中水位以上的地形。做布设控制网锁，调查水文、气候和内业整理的工作，可利用高水位期进行4。

修改与更新在图内局部河段由于自然或人工因素使之发生变化原航行图已不能反映其实际情况时，则应对该段进行重测，将航行图作部分修改。

在航道条件已大部发生变化，或航运发展原有航行图已不能满足其需要时，应定期予以更新。

按内河航道更新周期宜取10～15年，航道变化较大的可4～8年，航道较稳定的可延长至20年更新。更新测量除碎部测量和碍(助)航物全部重测外，控制测量和航行基准面也应在原有资料上进行测算和更新，以符合现形的实际4。