楊洪金

（福清市三垣測(cè)繪技術(shù)有限公司，福建福清 350300）

宗海圖繪制是海洋測(cè)繪的一項(xiàng)內(nèi)容，也屬于不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪范疇。宗海圖記載著宗海位置、界址點(diǎn)、線(xiàn)及其相鄰的地理信息，一經(jīng)登記，便具有法律的屬性?！陡＝ㄊ『Ｓ蚴褂霉芾?xiàng)l例》明確規(guī)定：?jiǎn)挝缓蛡€(gè)人申請(qǐng)使用海域，應(yīng)當(dāng)向有審批權(quán)的海洋行政主管部門(mén)提出申請(qǐng)，其中宗海圖就是一個(gè)重要的申請(qǐng)附件。2018 年11 月以前，自然資源部未實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的宗海圖編繪技術(shù)規(guī)范，各測(cè)繪單位編制的宗海圖出現(xiàn)了圖幅大小不一、成圖要素繁簡(jiǎn)不一、圖斑色彩各異等問(wèn)題，給海籍精準(zhǔn)管理、海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)管等工作帶來(lái)了許多不便[1]。

1 宗海圖繪制方法

張金華等[2]、袁道偉等[3]對(duì)ArcGIS 一站式繪制宗海圖做了研究。目前成熟的制圖軟件可選用ArcGIS 或者CASS10.0，測(cè)繪單位制作自己的A4 或A3 圖幅圖框模板以供后續(xù)經(jīng)常使用。

1.1 已有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行國(guó)標(biāo)有2018 年11 月自然資源部實(shí)施的海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HY/T 251—2018《宗海圖編繪技術(shù)規(guī)范》、GB/T 20257.1—2017《國(guó)家基本比例尺地圖圖式第1部分：1 ∶500 1 ∶1 000 1 ∶2 000 地形圖圖式》、GB/T 20257.2—2017《國(guó)家基本比例尺地圖圖式第2 部分：1∶5 000 1∶10 000 地形圖圖式》和2016 年1 月國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布實(shí)施的GB/T 32067—2015《海洋要素圖式圖例及符號(hào)》都應(yīng)作為宗海圖繪制的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而在2023 年8 月啟用的GB 12319—2022《中國(guó)海圖圖式》，將全部取代現(xiàn)行的GB 12319—1998。上述的行標(biāo)和國(guó)標(biāo)是當(dāng)前宗海圖制作的主要技術(shù)依據(jù)。

1.2 前期資料分析

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人收集了解項(xiàng)目業(yè)主已有的工程規(guī)劃、用海信息、周邊已有宗海使用的范圍、法定海岸線(xiàn)和國(guó)家的海洋政策等信息，可以避免宗海圖繪制后出現(xiàn)項(xiàng)目重疊、交叉、縫隙的情況。實(shí)踐證明，前期資料的收集分析能有效提高宗海圖編繪的質(zhì)量，可避免出現(xiàn)多次的界線(xiàn)修改調(diào)整，從而幫助業(yè)主順利獲得用海區(qū)域使用權(quán)證。

1.3 分宗和界址界定原則

分宗的原則是尊重用海事實(shí)、用海范圍適度、節(jié)約利用海岸線(xiàn)、保護(hù)海岸線(xiàn)、避免權(quán)屬爭(zhēng)議和方便行政管理。按照同一項(xiàng)目編繪一幅宗海圖的原則：一是為了避開(kāi)海上風(fēng)電設(shè)施、跨海大橋和海上小島的分隔必須分宗。二是項(xiàng)目用海期限不同時(shí)需要分宗。同一用海項(xiàng)目存在多個(gè)宗海時(shí)，應(yīng)繪制宗海平面布置圖來(lái)展示其之間的平面位置關(guān)系。

近30 年的地籍測(cè)繪規(guī)定了宗地圖的界址點(diǎn)編號(hào)統(tǒng)一自西北角開(kāi)始，從左向右、自上而下，由“1”開(kāi)始順時(shí)針編號(hào)。然而，宗海由連續(xù)的界址點(diǎn)封閉連線(xiàn)構(gòu)成，卻特別規(guī)定界址點(diǎn)編號(hào)在用海單元左下角從“1”開(kāi)始逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)順編標(biāo)注。對(duì)于弧形界址區(qū)域，在弧形兩端與頂點(diǎn)，應(yīng)適當(dāng)增加界址點(diǎn)的數(shù)量，也可以采用圓心坐標(biāo)與圓半徑標(biāo)注來(lái)反映弧形特征。

1.4 確定界址點(diǎn)坐標(biāo)

宗海圖測(cè)繪采用全國(guó)統(tǒng)一的2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系（China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000），該坐標(biāo)系的應(yīng)用，是我國(guó)大地坐標(biāo)系建設(shè)處于世界先進(jìn)行列的標(biāo)志，符合我國(guó)測(cè)繪法關(guān)于建立統(tǒng)一的現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系基礎(chǔ)的規(guī)定。這不僅有利于海洋與土地、規(guī)劃、建設(shè)等領(lǐng)域的交流和資源共享，還有利于防災(zāi)減災(zāi)、公共應(yīng)急，提高測(cè)繪服務(wù)保障能力，更有利于現(xiàn)階段的不動(dòng)產(chǎn)登記工作。

當(dāng)前，宗海及內(nèi)部單元界址點(diǎn)坐標(biāo)的采集作業(yè)采用成熟的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）定位技術(shù)，就是依靠福建省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)（FuJian Continuously Operating Reference Stations，F(xiàn)JCORS）進(jìn)行適時(shí)跟蹤定位，有力保證了坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一，10 年的測(cè)繪實(shí)踐證明這是相當(dāng)便利、高效的。現(xiàn)代的各種測(cè)量型GNSS 接收機(jī)在FJCORS 內(nèi)適時(shí)處理點(diǎn)位坐標(biāo)精度已經(jīng)達(dá)到毫米級(jí)，這便能夠滿(mǎn)足海籍界址點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于5 cm 的要求。當(dāng)然完全能夠滿(mǎn)足HY/T 124—2009《海籍調(diào)查規(guī)范》規(guī)定的位于人工海岸、構(gòu)筑物等的宗海界址點(diǎn)，其測(cè)量精度應(yīng)優(yōu)于0.1 m 的要求。

為了強(qiáng)化用地、用海銜接，宗海界址點(diǎn)厘米級(jí)的點(diǎn)位精度要求，即大地經(jīng)緯坐標(biāo)值保留秒后第3 位數(shù)值（0.001″）是必要的。而本文提出點(diǎn)位毫米級(jí)精度是有利于解決海域使用、宗海面積量算，有利于解決海域使用權(quán)證與不動(dòng)產(chǎn)權(quán)證銜接等海域管理一系列的問(wèn)題的，對(duì)維持坐標(biāo)換算前后面積的精度，以及宗海內(nèi)部劃分后面積總量的一致性起到了技術(shù)保障性作用。

1.5 制圖相關(guān)要求

制圖比例尺的選擇以能反映用海項(xiàng)目位置輪廓及其周邊毗鄰地物的特征性為宜，方便判讀且符合地圖的美觀需要。當(dāng)用海項(xiàng)目面積較小，可考慮使用大比例尺繪制。制圖時(shí)一般采用A4 或A3 幅面選擇橫向布局，在1∶5 000～1∶25 000 范圍內(nèi)選擇比例尺，歸到整百倍數(shù)值作為制圖的基本要求。當(dāng)然，也可以根據(jù)用海區(qū)域的分布形態(tài)縱向布局，在圖面接近中心位置顯示宗海項(xiàng)目，保證把相關(guān)重要信息描繪上圖。比例尺注記置于下圖廓內(nèi)中間位置。宗海界址圖占圖幅區(qū)域的2/3以上位于左側(cè)，右邊從上到下依次配置界址點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)列表、制圖信息列表等。

1.6 成果質(zhì)量檢查

項(xiàng)目質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)主要是參照GB/T 24356—2009《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》規(guī)范內(nèi)宗地圖質(zhì)量元素及權(quán)重表檢查項(xiàng)、宗地圖質(zhì)量錯(cuò)漏分類(lèi)表各質(zhì)量元素、海洋測(cè)繪成果質(zhì)量元素及權(quán)重表的符合情況。

1）數(shù)據(jù)質(zhì)量：界址點(diǎn)注記是否秒后3 位數(shù)，界址邊長(zhǎng)的準(zhǔn)確性；宗海面積計(jì)算結(jié)果的正確性，計(jì)算軟件的可靠性、內(nèi)業(yè)計(jì)算驗(yàn)算情況。法定海岸線(xiàn)、岸線(xiàn)修測(cè)，陸上和海上重要地物的測(cè)量、重要地理要素的齊全性和正確性；必須杜絕測(cè)繪質(zhì)量的A 類(lèi)和B 類(lèi)錯(cuò)漏，杜絕發(fā)生宗海界址的不準(zhǔn)確，以維護(hù)不動(dòng)產(chǎn)的權(quán)威性。

2）要素質(zhì)量：宗海號(hào)、宗海名稱(chēng)、界址點(diǎn)符號(hào)及編號(hào)、各類(lèi)線(xiàn)劃寬度、色彩、海洋要素和相鄰宗海表示正確性和成果取舍的合理性。

3）整飾質(zhì)量：各類(lèi)符號(hào)、注記字體字號(hào)、圖廓經(jīng)緯網(wǎng)坐標(biāo)注記、指北針、比例尺和測(cè)繪單位等制圖信息是否符合現(xiàn)行圖式規(guī)范。

4）資料質(zhì)量：宗海圖制作技術(shù)總結(jié)內(nèi)容的全面性、資料的齊全性、項(xiàng)目用海信息說(shuō)明的正確性等。

2 高斯正反算的應(yīng)用

2.1 高斯投影反算（x，y）→（B，L）

首先把GNSS 接收機(jī)采集的CGCS2000 直角坐標(biāo)作為展點(diǎn)繪制的需要，換算為大地經(jīng)緯度坐標(biāo)作為圖面成果列表注記的需要，這里使用高斯反算公式

式中：Bf為所求點(diǎn)y坐標(biāo)在中央子午線(xiàn)上垂足處的緯度；Mf、Nf分別為所求點(diǎn)y垂足處在子午圈和卯酉圈的曲率半徑；ηf=e/cosBf；tf=tgBf。趙長(zhǎng)勝教授提出應(yīng)用迭代法進(jìn)行高斯投影坐標(biāo)反算取代傳統(tǒng)的算法，使用VB語(yǔ)言編程迭代計(jì)算6 次，使收斂值達(dá)到0.000 1″便能獲得可靠的精度結(jié)果。陳俊任等[4]利用Excel 完成坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理。表1 取福清市某處宗海8 個(gè)界址點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行高斯反算，獲得0.000 01″高精度大地坐標(biāo)B、L，保留0.001″坐標(biāo)成果注記于圖面。

表1 硋灶村宗海圖8 個(gè)界址點(diǎn)高斯反算對(duì)照表

2.2 高斯投影正算（B，L）→（x，y）

宗海圖廓的經(jīng)緯網(wǎng)格20″～1′15″注記需要使用對(duì)應(yīng)的直角坐標(biāo)值在圖紙上面展繪。同樣，宗海圖圖面界址點(diǎn)注記成果也可以反算出對(duì)應(yīng)的參考橢球面上投影直角坐標(biāo)，這些過(guò)程通過(guò)下面公式

式中：X為計(jì)算點(diǎn)的平行圈與赤道在中央子午線(xiàn)上截取的線(xiàn)段長(zhǎng)度；l//為計(jì)算點(diǎn)的經(jīng)差，以角秒為單位；B為計(jì)算點(diǎn)的緯度；t即tgB；η=e/.cos2B（e/為橢球第二偏心率）；N=a/（1-e2sin2B）1/2,計(jì)算點(diǎn)卯酉圈的曲率半徑。

由地球平均半徑R為6 371 km，得到赤道圓周長(zhǎng)40 075 km。經(jīng)推算可知60 進(jìn)制的1 弧秒長(zhǎng)約等于地面長(zhǎng)度31 m，于是知道要得到毫米級(jí)的精度，對(duì)應(yīng)的是經(jīng)緯度（B，L）0.000 1″數(shù)值。因此在進(jìn)行高精度計(jì)算時(shí)就需要取用大地經(jīng)緯度值的秒后第5 位（0.000 01″）數(shù)值參加計(jì)算，這是計(jì)算前編輯坐標(biāo)組文件時(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)。為了研究秒后不同位數(shù)換算成果的點(diǎn)位精度，利用8 個(gè)界址點(diǎn)（B，L）的0.000 1″坐標(biāo)組進(jìn)行高斯正算，與實(shí)測(cè)坐標(biāo)比較得到點(diǎn)位中誤差M4=±0.001 m，顯然是毫米級(jí)點(diǎn)位精度;又?。˙，L）的0.001″坐標(biāo)組進(jìn)行高斯正算，得到點(diǎn)位中誤差M3=±0.013 m，能滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)界址點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于5 cm 的要求，見(jiàn)表2；再?。˙，L）的0.01″坐標(biāo)組進(jìn)行高斯正算，得到點(diǎn)位中誤差M2=±0.102 m，不能滿(mǎn)足規(guī)范的要求，見(jiàn)表3。

表2 8 點(diǎn)（B，L）取0.001″進(jìn)行高斯正算坐標(biāo)及點(diǎn)位中誤差計(jì)算表

表3 8 點(diǎn)（B，L）取0.01″進(jìn)行高斯正算坐標(biāo)及點(diǎn)位中誤差計(jì)算表

3 面積量算

現(xiàn)行的HY/T 124—2009《海籍調(diào)查規(guī)范》規(guī)定，采用界址點(diǎn)坐標(biāo)解析法進(jìn)行平面面積計(jì)算，平面面積計(jì)算取至整數(shù)m2，單位轉(zhuǎn)為hm2，保留4 位小數(shù)在圖面注記。顯然，解析法相對(duì)于圖解法，數(shù)學(xué)精度和計(jì)算效率方面都得到了可靠的提升。同樣，電算編程需要正確的數(shù)學(xué)模型，這里列出嚴(yán)密的面積計(jì)算公式

式中：Xi，Yi為宗海界址點(diǎn)坐標(biāo)。當(dāng)i-1=0 時(shí)，X0=Xn，當(dāng)i+1=n+1 時(shí)，Xn+1=X1。

王俊[5]對(duì)項(xiàng)目中弧形曲線(xiàn)折線(xiàn)化的處理，是建立在扇形面積公式研究中，通過(guò)計(jì)算最優(yōu)的折線(xiàn)數(shù)后，使用弧段圓心角、弧長(zhǎng)和半徑、起始方位角和轉(zhuǎn)折角求解內(nèi)分點(diǎn)坐標(biāo)，最后還是利用坐標(biāo)法計(jì)算面積，已經(jīng)證明完全能滿(mǎn)足面積量算的誤差要求。表4 以實(shí)測(cè)高精度定位界址點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算項(xiàng)目面積為標(biāo)準(zhǔn)，分別使用0.001″、0.01″反算的坐標(biāo)值計(jì)算面積的誤差，雖然都滿(mǎn)足了不動(dòng)產(chǎn)面積的限差，但是誤差是10 倍的差距，可見(jiàn)計(jì)算、數(shù)據(jù)注記取位的重要性。

表4 福清市某處宗海8 個(gè)不同精度界址點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算面積的誤差表

4 結(jié)束語(yǔ)

精確的高斯投影正反算是十分繁雜的過(guò)程，是測(cè)繪工作者提升技術(shù)所要研究掌握的一項(xiàng)課題。注記0.001″大地經(jīng)緯坐標(biāo)，換算結(jié)果保留了3 位小數(shù)，表面上精確到0.001 m，實(shí)際上對(duì)應(yīng)的是厘米級(jí)的坐標(biāo)，當(dāng)然可以滿(mǎn)足規(guī)范的要求。要獲得毫米級(jí)的點(diǎn)位精度，對(duì)應(yīng)的是經(jīng)緯度秒后第4 位數(shù)值0.000 1″，因此數(shù)值有必要取用秒后第5 位參加計(jì)算。坐標(biāo)換算軟件的使用，進(jìn)行準(zhǔn)確性的驗(yàn)證是必要的。

宗海圖是為滿(mǎn)足頒發(fā)海域使用權(quán)證的需要，其編制內(nèi)容相對(duì)于海圖19 大類(lèi)海洋要素來(lái)說(shuō)，圖面較為簡(jiǎn)陋，許多時(shí)候其圖面的色彩種類(lèi)與專(zhuān)用圖例符號(hào)使用并不多，是因?yàn)楦赜诮缰方缇€(xiàn)的精確性。隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家規(guī)范的實(shí)施，測(cè)繪技術(shù)水平不斷提高，宗海圖必定是趨向規(guī)范化高質(zhì)量發(fā)展，從而有力推動(dòng)海洋測(cè)繪的發(fā)展。