董愛民

(黑龍江省航道事務(wù)中心，黑龍江 哈爾濱 150026)

0 引 言

松花江位于北緯45°26′～47°42′、東經(jīng)124°39′～132°30′之間，自西向東走向，航道里程全長928 km，流域總面積56萬平方公里，上接嫩江和第二松花江于三岔河，向下匯入中俄界河黑龍江于同江三江口，是連接蒙、吉、黑與俄羅斯的重要水上通道。

1 地形圖分幅方式

1.1 梯形分幅或國際分幅

國家基本比例尺地形圖均采用梯形分幅或國際分幅方式，我們稱為標(biāo)準(zhǔn)分幅。以標(biāo)準(zhǔn)間隔經(jīng)緯線界定每幅范圍，并對各幅冠以唯一圖號。我國處于北半球，受投影方式影響，圖內(nèi)經(jīng)線自赤道開向北收斂，緯線為向上弧形，但圖幅邊線為直線。

這種分幅具有發(fā)下特點：

(1)分幅位置固定，圖號唯一；

(2)橫向規(guī)格相同，縱向規(guī)格自上而下漸大；

(3)多采用高斯投影體現(xiàn)，圖幅距中央子午越遠(yuǎn)，變形越大；

(4)根據(jù)算法可自動生成；

(5)便于檢索和查找。

梯形分幅或國際分幅的圖形資料多以單幅體現(xiàn)，一般不成冊裝訂或保存。

1.2 梯形自由分幅

梯形分幅的地形圖通常會出現(xiàn)把某一整體要素劃分至多個圖幅中的情況，雖然這種分幅符合分幅標(biāo)準(zhǔn)，但給實際應(yīng)用帶來很大不便。梯形自由分幅為行業(yè)需求創(chuàng)造了條件，在輸電線路圖、鐵路線路圖、通航河流地形圖等專題圖中得到廣泛應(yīng)用。作為梯形分幅的衍生分幅方式，這種分幅更能體現(xiàn)出其優(yōu)越性：

(1)能按需求選擇框定范圍，最大限度表達(dá)區(qū)域要素，節(jié)省圖幅數(shù)量；

(2)經(jīng)緯度差值可根據(jù)需要適當(dāng)微小調(diào)整，能有效表達(dá)特殊區(qū)域狀況。

1.3 矩形分幅

矩形分幅以正方形分幅為主，對于特殊區(qū)域可采用長方形分幅，這種分幅方式以平面直角坐標(biāo)表達(dá)，在大比例尺(如1∶5 000)及以上工程類地形圖中多采用。

2 內(nèi)河航行圖集分幅

(1)各幅規(guī)格基本一致。以黑龍江和烏蘇里江圖航行圖集為例子，規(guī)格約為465 mm×330 mm，很好地滿足了裝訂要求。

(2)可按河流走向確定圖幅方向。根據(jù)“區(qū)域最大”原則，合理布局圖幅縱、橫方向，無論縱向圖幅還是橫向圖幅，均應(yīng)要求圖幅邊框與經(jīng)緯網(wǎng)基本平行，以確保北方向明示。

(3)相鄰圖幅有重疊區(qū)域。由于航行圖是裝訂成冊的，在使用時不像單幅圖使用時方便拼接，用重疊區(qū)域處理主要是方便相鄰圖幅使用時的視覺接續(xù)性。

(4)方里網(wǎng)和經(jīng)緯網(wǎng)并存。以經(jīng)緯網(wǎng)為主框架，方里網(wǎng)為輔助，這樣既可根據(jù)經(jīng)緯網(wǎng)快速報告某點的點位，又可以根據(jù)方里網(wǎng)方便標(biāo)出測繪要素。

3 松花江航行圖集分幅設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

(1)規(guī)格一致原則。根據(jù)任務(wù)要求，確定1∶5萬比例尺，各圖幅規(guī)格與界河航行圖集一致，均為465 mm×330 mm，誤差±2 mm。

(2)要素最大原則。繪圖范圍上起三岔河，涵蓋嫩江、松花江交匯區(qū)域，下至三江口，涵蓋松花江匯入黑龍江區(qū)域，以體現(xiàn)松花江上、下端位置情況；沿河道邊界分別向兩側(cè)延伸800～1 000 m。按圖幅要素表達(dá)最大原則，經(jīng)測算優(yōu)化，松花江全河段分幅總計33幅。

(3)圖中央經(jīng)線與圖幅底線垂直原則。這與其他航行圖集分幅不同，松花江航行圖集這種要求雖然增加了分幅難度，但能很好地確定每幅圖的北方向，受經(jīng)線向北收斂的影響，33幅圖沿緯線方向呈弧形分布。

(4)重疊區(qū)域最小原則。以重要的航道要素導(dǎo)標(biāo)為參照，前后標(biāo)符號定義間距5 mm，為防止導(dǎo)標(biāo)可能位于分幅被分割的情況，確定圖幅重疊區(qū)域的間距最小為2倍導(dǎo)標(biāo)間距，即10 mm。

3.2 投影及分幅方式確定

采用CGCS2000國家大地坐標(biāo)系，基于上述設(shè)計原則，確定松花江航行圖集為正向自由梯形分幅，按雙標(biāo)準(zhǔn)緯線等面積割圓錐投影方式，各幅除獨立設(shè)立中央經(jīng)線外，其他投影參數(shù)相同。這種分幅使各圖幅中央經(jīng)線均垂直圖幅底邊線，圖幅不作任何角度調(diào)整；同時根據(jù)松花整體呈東西走向的特點，可以有效地保證橫向(沿緯線方向)經(jīng)差相同時，其面積相等。

3.3 設(shè)計步驟

(1)標(biāo)定繪圖范圍，通過衛(wèi)星影像標(biāo)繪出松花江主河道兩側(cè)各的區(qū)域界線。

(2)添加空間參考，對區(qū)域界線進(jìn)行投影，形成圖幅基本經(jīng)緯網(wǎng)，并設(shè)定1∶5萬比例尺。

(3)預(yù)定義矩形，按設(shè)計規(guī)格將矩形布局在繪圖區(qū)域，并使矩形上下邊線盡量與幅內(nèi)中央經(jīng)線垂直，建立分幅初步模型。

(4)計算矩形對角點坐標(biāo)并精化，生成正向自由梯形圖幅，即橫向經(jīng)差相等，縱向緯差相等。

3.4 軟件應(yīng)用

(1)BigeMap：按影像標(biāo)定繪圖范圍，并下載影像數(shù)據(jù)，可生成kml文件；

(2)Global Mapper：進(jìn)行投影變換，生成經(jīng)緯網(wǎng)，輸出PDF文件；

(3)Illustrator：以矩形初步框定分幅，輸出DWG初步分幅模型文件；

(4)AutoCAD：計算預(yù)定義矩形對角點坐標(biāo)，并優(yōu)化至秒，生成梯形分幅四角點坐標(biāo)精確數(shù)據(jù)；

(6)Office Excel：登記四角點精確坐標(biāo)，并生成十進(jìn)制經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。

分幅是一項專業(yè)性很強(qiáng)的單一而分散工作，涉及的知識面和數(shù)據(jù)處理很難應(yīng)用某個軟件自動生成，在設(shè)計時需要多個軟件的特定功能來完成，在應(yīng)用中技術(shù)人員要在多個軟件中切換。

3.5 設(shè)計難點及解決方案

由矩形初步分幅模型，到等規(guī)格梯形自由分幅四角點坐標(biāo)生成，是分幅的難點，其主要體現(xiàn)在：一是沒有可用的計算工具或軟件同時滿足各角點坐標(biāo)投影正算與反算；二是各幅圖經(jīng)緯差不同，區(qū)域不同，重疊范圍不同，不能設(shè)置統(tǒng)一的參數(shù)編程或利用軟件自動生成，只能單獨定制；三是設(shè)計規(guī)格嚴(yán)格，在計算角點坐標(biāo)的同時，還要測算是否超限。

上述三個難點中，四角點坐標(biāo)正算與反算是關(guān)鍵，只要破解這一關(guān)鍵難點，其他難點即可迎刃而解。本次任務(wù)借助了AutoCAD軟件通過圖面解析方法得以實現(xiàn)。

(1)打開由Illustrator生成的DWG矩形初步分幅模型文件

此時的分幅是經(jīng)過投影變換的，可以發(fā)現(xiàn)圖上經(jīng)線以中央經(jīng)線呈對稱分布，且向北收斂，緯線呈向上弧形分布。

(2)量取經(jīng)線和緯線交點至矩形某一角點距離

由控制測量學(xué)可知，縱向緯差相同則距離基本相等，且不隨位置而改變；而橫向受經(jīng)線向兩極收斂影響，經(jīng)差相同情況下距離隨著緯度升高而變小，但同緯度上基本相等。這種地理尺度的變化，在AutoCAD界面中量取點的縱向與橫向距離不能互相代替，且橫向量距時盡量與緯線方向一致。

(3)矢量定義及計算

我國位于北半球和東半球，緯度自下而上漸大，經(jīng)度自西向東漸大，所以確定向上為緯度正方向，向東為經(jīng)度正方向，相反則為負(fù)方向。量取距離時按“起始點～角點～終止點”的順序執(zhí)行。圖2中，緯度方向起算點、角點、終止點分別為B1、P、B2，以此確定距離矢量。

矢量定義的優(yōu)點在于無論采用某角點同側(cè)起算點(如起算緯度B1、終止緯度B2)還是兩側(cè)點算點(如起算經(jīng)度L1、終止緯度L2)，均采用下列統(tǒng)一的矢量計算公式計算角點P(B，L)的坐標(biāo)。

上述公式適用于多個已知點編程計算，當(dāng)只有兩個已知點時，可簡化。

如圖2，已知B1=46°18′=46.3°，B2=46°20′=46.333 33°，量得S1=106.8 mm，量得S2=-32.8 mm。代入公式，求得角點P坐標(biāo)：

Bp=(B2S1+B1S2)/(S1+S2)

=(46.333 33°×106.8-46.3°×32.8)/(106.8-32.8)

=46.3481°=46°20′53″

同樣，求得

Lp=129°18′41″

角點坐標(biāo)精確至整秒(四舍五入)，得到以度、分、秒方式表達(dá)的完整角點精算坐標(biāo)數(shù)據(jù)。同樣的方法得到對角點精算坐標(biāo)數(shù)據(jù)，其他兩角點復(fù)用已得到的前面對角點經(jīng)緯精算坐標(biāo)數(shù)據(jù)，形成梯形四個角點坐標(biāo)數(shù)據(jù)并記錄。33幅分幅均采用這種處理方式。

4 結(jié) 論

各行業(yè)對于地形圖分幅有不同要求，等規(guī)格梯形自由分幅給行業(yè)需要帶來方便，隨著繪圖軟件的發(fā)展，上述分幅算法可通過程序?qū)懭胲浖?，方便用戶?yīng)用。