航道圖

航道圖又稱“航行圖”。為指引船舶(或船隊)安全航行的專用水道圖。圖上繪有地理坐標、磁差、航線、航標、水深點、流速和流向、航行障礙物及限航物、通航整治建築物和岸線的地形圖。

基本介紹

• 中文名：航道圖
• 外文名：Channel Chart
• 性質：地圖
• 別稱：航行圖
• 作用：指引船舶(或船隊)安全航行
• 繪圖內容：地理坐標、航線、流速和障礙物等

簡介

航道圖是船舶及排筏在江河湖海或港灣等水域內安全行駛的通道圖。有海上航道圖、海上進港航道圖和內河航道圖等。一般以圖例和色別、注字等標示航道的起迄、方位、走向和港埠、水深、寬度、里程、 主要水利工程設施和跨河建築物以及航標等導航設備。可供綜合開發河流、選擇運輸路線、編制航運計畫等使用。

航道圖要素

人們習慣上把以水部為描繪對象的圖統稱為海圖，並將其視為地圖的一種，而將主要服務於船舶航行使用的海圖稱為航行圖。航道圖是以海洋及通航的江河湖泊為主要描繪對象的，它是航行圖門類中的一個分支。

航道圖按照製圖區域可分為港口航道圖和江河圖，它們都是以船舶的安全航行為服務對象。港口航道圖以描繪港灣、錨地為主；江河圖以描述通航的內河航道為主。

從製圖角度出發，航道圖的要素可分為：數學要素、地理要素和整飾要素三大類。

數學要素

數學要素是建立地圖空間模型的數學基礎，它主要包括有：投影、比例尺、方位、平面控制基礎、高程基準面和深度基準面等。

1.投影

投影是建立平面上的點(用平面坐標或極坐標表示)和地球上的點(用緯度ψ和經度λ表示)之間的函式關係，用數學式表達這種關係就是：x=f₁(ψ、λ)，y=f₂(ψ、λ)。

如果我們建立好這種函式關係，就可以依據地面上的點(ψ、λ)，求出其在平面上的位置(x、y)，地面上的各種要素就可以按這種關係在平面表示出來。

2.比例尺

(1)比例尺的定義：

簡單地說比例尺就是實地縮小比例數，也就是圖上線段與實地相應線段長度之比，嚴格地講，地圖比例尺為圖上微分線段的長度與地球橢球體上相應線段長度之比。

(2)主比例尺和局部比例尺：

由於地圖投影有不同程度的變形，比例尺隨著線段的地理位置和方向的不同而不同。圖上標明的比例尺，只是某一條經線或緯線上的比例尺，這個比例尺稱為主比例尺，它只是在某條經線或緯線上是正確的。如高斯——克呂格投影的中央經線、墨卡托投影的基準緯線。圖上其他部位的比例尺均大於或小於主比例尺，它們被稱為局部比例尺。

高斯——克呂格投影圖上，中央經線上為主比例尺，其他部位為局部比例尺，且都比主比例尺大。由於採用分帶投影，限制了投影變形，因而主比例尺與局部比例尺相差不大，實際套用時，可忽略其差值，直接採用主比例尺衡量長度。但為了指明圖上變形的分布，需要在比例尺後註明中央經線的度數，如1：10000(117°)。

在墨卡托投影圖上，基準緯線上為主比例尺，緯度高於基準緯度區域的局部比例尺大於主比例尺，緯度低於基準緯度區域的局部比例尺小於主比例尺，離基準緯線愈遠，局部比例尺與主比例尺相差愈大。墨卡托投影應在比例尺後標明基準緯度數，如1：500000(35°)。

(3)比例尺的形式：

①數字比例尺：是以數字表達式表示的：如1：100 000或1/100 000。

②直線比例尺：是以圖解形式表示的，一般位於海圖的東西圖廓。

③複比例尺：在小比例尺墨卡托投影的海圖上，不但要表示主比例尺，而且還要表示局部比例尺，這種比例尺有縱橫兩種分劃、故稱之為複比例尺。

3.方位：

海圖上的方位是提供航海人員定向使用，確定海圖上圖形的地理方向，也就是確定北方的方位。人們習慣地認為地圖的上方為北，下方為南、左方為西，右方為東。實際上地圖表示的並非一個北方，而是三個北方向。

(1)三北方向線和方位角：

①真子午線與真方位角：通過某點的經線叫真子午線；真子午線與某點方向線的夾角叫真方位角。

②磁子午線與磁方位角：地球表面任意點上磁針所指的南北方向線叫磁子午線；磁子午線與某點方向線的夾角叫磁方位角。

③坐標縱線與坐標方位角：方格網的縱方向叫坐標縱線；坐標縱線與某點方向的夾角叫坐標方位角。

(2)三個偏角：

由於三北方向線在一般情況下各自的指北方向不同，彼此間形成夾角，我們稱為偏角或三北方向角，即子午線收斂角、磁偏角和磁坐偏角。

①子午線收斂角：對於高斯——克呂格投影通過某點的坐標縱線與真子午線的夾角稱子午線收斂角或坐標縱線偏角，用v表示；坐標縱線在真子午線東邊(即某點位於投影帶的中央經線以東)為東偏，角度值為正；反之為西偏，角度值為負。

子午線收斂角在同一條經線上隨緯度的增高而增大；在同一條緯線上，隨著與中央經線的經差增大而增大；中央經線和赤道上的子午線收斂角v=o；6°分帶投影，子午線收斂角最大值為±3°。

②磁偏角：通過某點的磁子午線對真子午線夾角稱為磁偏角；磁子午線在真子午線以東為東偏，角度值為正值；反之為西偏，角度值為負。在我國範圍內，正常情況下磁偏角都為西偏，只有某些發生磁力異常區域，會表現為東偏。

③磁坐偏角：通過某點的磁子午線對坐標縱線的夾角稱為磁針對坐標縱線夾角，簡稱磁坐偏角。以坐標縱線為準，磁子午線在坐標縱線以東為東偏，角度值為正值；反之為西偏，角度值為負。

上述三種偏角組合的三北方向圖形有十種情況，如圖所示，圖中C₁表示子午線收斂角；C₂表示磁偏角；C₃表示磁坐偏角；常見的為前六種，有時會出現磁子午線同真子午線或坐標縱線重合的情況，如後四種。

十種三北方向圖形

(3)方位圈：

為了方便航海人員在海圖上標繪方位，海圖上繪有方位圈(也稱羅徑圈)。我國現行的海圖上繪製的方位圈只表示了真北方位圈，以五角星指示的方向為真北方向(0°)，圓周按0°～360°細分。方位圈的中軸兩側分別註明磁偏角和年差值，以供航海人員推算目標或船舶方位使用。

4.海圖製圖的平面控制和高程控制：

海圖是利用坐標控制平面位置的。如地理坐標、平面坐標等。其高程則是通過不同的高程系統以不同的基準面和大地控制點控制的。

(1)地理坐標：

表示地球表面任意點位的經度和緯度。利用天文測量的經緯度為天文經度和天文緯度；利用大地測量的經緯度為大地經度和大地緯度。

世界上通用地理坐標的規定是：通過英國格林尼治天文台的經線為起始子午線0°，由起始子午線向東向西各劃分180°，東半球稱東經，西半球稱為西經。緯度，赤道為起始緯度0°，由赤道向南北各分為90°，南半球稱為南緯，北半球稱為北緯。

(2)北京坐標系及1980西安坐標；

(3)大地控制點：

根據製圖需要，必須有精測的大地控制點的點位和高程作為繪製各種比例尺圖的平面位置和高程控制的基礎，圖上一般表示的有：三角點、埋石點、水準點、獨立天文點、測站點等，其符號見海圖圖式。

5.高程和深度基準面：

海圖上高程的起算面稱為海圖的高程基準面。各國都有自己的高程基準面，目前我國高程基準面採用“1985國家高程基準”。

(1)深度基準面：

海圖上的深度基準面是水深的起算面，也是圖上乾出高度的起算面，我國目前海圖上採用理論最低潮面。

江河航行圖的基準面與海洋有所不同，江河的水文情況比較複雜，江河的下游，特別是入海和河口區主要受潮汐的影響；江河的中、上游水文隨季節變化明顯，雨季時水位增高，早季時水位降低。我國的江河圖採用的基準面有兩種：在下游一般採用理論最低潮面；在中、上游採用設計水位。設計水位也是根據多年水文觀測資料，求算出的具有一定保證率的水位。我國航運部門將各河流按通航標準分為不同等級，並分別規定了各級航道的最低通航水位的保證率，一般江河圖上繪有根據各基本水位站和短期水位求出各級的水點陣圖繪製的深度基準面曲線圖。

(2)基準面的關係：

航道圖的高程基準面和深度基準面，統稱為海圖基準面。海圖上各種地形地物的高程，如山高、島高、明礁的高度等從高程基準面起算；圖上水深及乾出灘(乾出礁)的起算面為深度基準面；燈高、人工地物的淨空高度以及過江電纜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

地理要素又稱圖形要素，它是航道圖上的核心內容，包括自然地理要素和社會經濟要素。

自然地理要素是構成自然地理環境的所有物體，包括地質、地形、水文、氣象、土壤、植被等各種自然要素。

社會經濟要素是人們在自然環境中進行物質生產所取得的勞動成果，它主要包括居民地、道路及各種人工地物和設施等。

從製圖角度出發，將地理要素按地理位置劃分為陸部地理要素和水部地理要素。

1.陸部地理要素：

陸部要素內容與地形圖基本一致，主要有：

(1)陸地地貌及土質要素：

包括山體、島嶼等，陸地的起伏形態(用等高線表示)，陡石山，岩峰等。

(2)水系要素：

包括較大的通海河流以及較大的運河、溝渠、湖泊、水井及泉等。

(3)居民地：

包括居民地的輪廓形狀、街區、具有航行方位意義的獨立房屋，居民地的行政等級。

(4)道路：

包括鐵路和公路及其附屬物，橋樑、渡口、水閘等。

(5)陸地助航要素：

包括燈塔、燈樁、立標、測速標、信號台、無線電指向標及具有航行方位意義的各種建築物，如大廈、飯店、煙囪、水塔、教堂、廟宇、鐘樓、電視塔、油庫等。

(6)界線：

包括國界、地區界線及各種管線等。

2.水部地理要素：

對水陸分界的岸線，在航道圖上是大潮高潮面時的潮侵地線，岸線以下的要素，在不同用途的航道圖上差別很大，在航道圖，主要有下列要素。

(1)潮間帶，又稱乾出灘，是海岸線與零米等深線(乾出線)之間的海灘地段，高潮時淹沒低潮時露出。

乾出灘按組成物質及生長的生物分為：

①軟性灘——泥灘、沙灘、礫灘、沙泥混合灘、沙礫混合灘。

②硬性灘——磊石灘、岩石灘、珊瑚灘，貝類養殖灘。

③植物灘——樹木灘、蘆葦灘、叢草灘。

乾出灘上的乾出高度註記，以整數下有一短線來表示，區別於水深，指深度基準面上的高度。

(2)海底地貌：

指海底表面的起伏形態和底質。水深註記、等深線，底質註記、淺灘、各種天然的礁石和岩峰等，都可以顯示海底地貌。

①水深註記：

表示深度基準面至海底的深度，以米為單位。

②等深線：

深度相同各點的連線。在航道圖上局部地段或遇有整米數時，等深線略向深的方向移動。在描繪狹窄航道時，必須儘量採用等深線而不是水深。而在水深很陡的峽灣地區應捨去所有的等深線。

③底質註記：

底質是海底表面或下面一定深層的組成物質，如泥、沙、粘土、岩、石等，註記的位置在字的中心上。

(3)航行障礙物：

簡稱礙航物，是船舶航行的主要威脅。礙航物有天然的和人為的兩大類天然的障礙物主要是各種礁石。浪花下面一般也存在著礁石或淺灘。人為的礙航物主要是沉船，其次還有各類遺棄物。

①礁石：

按其高度和幾個潮位面的關係可分明礁、乾出礁、適淹礁、暗礁四類。需特別注意的是各種礁石的高度或深度註記，其起算面是不同的。

明礁：注的是高程基準的高度。

乾出礁：注的是深度基準面以上的高度。

暗礁：注的是深度基準面以下的深度。

②沉船：

沉入海底的各種航船，航道圖上，以沉船和深度基準面的關係，將沉船分成若干種。如船體露出水面、乾出沉船、危險沉船、沉船堆等。

③樁管、失錨、水雷、各類遺棄物等。

(4)助航標誌：

簡稱航標，可分為航行目標和助航設施兩類：

①航行目標：

是從海(水)上可望見有明顯可辨特徵且航行時能藉助於導航定位的各類地物，如突出的山頭或尖角，獨立樹、煙囪、水塔等。

②助航設施：

是專為航行定位設立的如燈塔、燈樁、信號桿、燈船、燈浮標等。

③航標燈光的說明：

包括：燈光性質、燈光顏色、燈光周期、燈光高度、燈光射程等。

(5)各種區界線和管線要素：

包括掃海區、疏浚區、禁區、港界、一般區界線、海底電纜、海底油氣管等。

(6)海洋水文要素：

包括潮流、海流、潮信、急流、旋渦、冰情等要素，大都與潮汐相關。

(7)其他要素：

主要有潮信表、對景圖、資料採用略圖等。

①潮信表：

潮汐的類型一般分為全日潮，半日潮和混合潮，由於潮汐的類型不同，潮信表的形式也不同。航道圖上刊印的潮信表，為航海人員提供了部分潮訊情況和基面情況，可根據潮流表提供的數據，概略地推算該海區的潮時、潮高。

②對景圖：

對景圖是船舶航行在一定位置(對景點)上時，視海岸、島嶼、水道、港口及各種有實用價值的航行目標景象的素描或照片，附在航道圖(或航路指南)中。由於它有直觀感覺，易於和實地目標對照，因此是識別目標和航路的重要參考圖景。

使用對景圖時，船舶一定要位於對景點或圖中標明的目標的方位、距離附近，否則容易認錯目標。

③資料採用略圖：

航道圖上採用的製圖資料比較複雜，無法用文字說清楚時，一般繪製資料採用略圖供用圖者分析航道圖資料使用。

整飾要素

航道圖是一種科學和藝術結合的產品，它不但要求內容豐富、真實、科學性強、而且在表現形式上也講究一定的藝術性。航道圖的整飾要素就是航道圖藝術的表現形式。

航道圖的整飾要素主要有：符號、註記、色彩、圖表及圖廓等。

1.符號：

航道圖上的各種自然地理要素及社會經濟要素主要是通過符號來表現的，通過符號直觀而鮮明地表示這些要素的位置、性質及數量指標。

符號可分為依比例尺符號、半依比例尺符號和不依比例尺符號。

2.註記：

航道圖上的註記一般分為名稱註記、說明註記和數字註記。這是為了更明確，更詳細表示製圖要素的內容，更多地增加海圖的信息量，並幫助人們識別航道圖。

在航道圖上通常採用不同的字型和字型表示圖上不同類型的要素，以使圖面顯得生動、活潑，從而增強海圖的藝術表現力。

3.色彩：

航道圖的印刷如今都採用多色印刷。航道圖的符號及底色的普染由於採用不同的顏色，使海圖顯得美觀、清晰、易讀。

航道圖的印色不是越多就越好，印色過多，不僅增加了成本，而且由於套印次數增多，增加了印刷過程中套合誤差，從而降低海圖的精度。目前出版的航道圖一般是採用4～5種顏色，陸地普染黃色，乾出灘範圍疊印淺藍色及黃色，水部淺水域分層設色，分為淺藍實色和淺藍斜線，其用色範圍圖式中已作了具體規定。圖上接幅線、發光符號、各種禁區、危險區界線等採用紫色，大面積的掃海區域用綠色表示，圖廓、岸線、等高線、等深線等多數線劃及符號採用黑色。

4.圖廓要素：

它包括圖廓、圖號、航道圖的標題、出版單位、出版時間、航道圖的改正、編號、密級等，航道圖的圖廓整飾要素體現了航道圖的數學基礎，航道圖的基本情況和現勢程度。在航道圖圖式中對海圖圖廓的整飾式樣作了統一規定。

上述要素的圖式符號、色彩、註記字型規定等詳見《水運工程測量規範》中的圖式和《國家標準海圖圖式》。

長河段航道圖測量

航道圖是直接為船舶航行服務的圖籍，而實際工作中它的用途是很廣泛的。首先應滿足船舶安全航行，同時能作為航道整治、維護、管理的主要依據外，還套用在沿岸的工業、陸上交通、國防等領域。

由於它的用途廣泛，涉及面廣，因此測量的項目和採集的資料，數量較多，要求較高。需要測量洪水線或高潮位以下的全部水深、地形以及不同水位的礙航物、助航物;了解圖內各河段氣候、水文、灘險情況;收集有關港口、航道基本設施情況等資料。依內河航道維護技術規範維護工作分類，屬於一類維護的航道，應進行長河段航道圖測繪。對二類、三類維護，根據需要和條件可測長河段航道圖或簡圖。

主要技術要求

(一)測圖比例和分幅

測圖比例尺一般比出版圖的比例大一倍，灘險、重點水道、重要港口的局部擴大圖，圖比根據需要選定。測圖分幅的原則是在充分容納需上圖的測區範圍，並能稍留空白供寫必要的備註說明。在幅面大小全線一致情況下，相鄰圖幅可錯口對接，也可縱幅與橫幅相接，拼圖時注意，儘量使圖幅數最少。並繪製索引圖，以利於測量和編繪的安排與檢核。簡圖可採用小於上述的圖比。

(二)平面控制和高程控制

航行圖的平面控制和高程控制，必須是全測區整個河段連貫完整、精度一致。對於測區內的國家高級點和系統不同的原有控制點應聯測，換算以低級服從高級、局部服從整體的原則，強制平差、附合。

在測區未有國家等級控制點又急需測航行圖時，可建立獨立平面系統，定臨時水準基面，作為控制，但應考慮以後國家高級點與整個河段控制網鎖的連線。

(三)繪圖基準面

航道圖全測區必須用統一的繪圖基準面成圖。航行圖的繪圖基準面一般採用航行基準面。確定繪圖基準面(航行基準面)的方法與步驟如下：

1.確定基本水位站航行基準面：根據所測航段的航道等級，按規定的最低通航水位要求的保證率，用綜合曆時曲線法或保證率頻率法來確定測區內各基本水位站的航行基準面。

2.推算基本水尺航行基準面：在基本水位站之間，沿河每隔5～12km，設定一根基本水尺，以控制各個區間內的水位。對基本水尺應在枯水期接近航行基準面的水位時，與鄰近的基本水位站進行水位同步觀測。基本水尺航行基準面水位採用與基本水位站水位相關法來推求。

3.測定臨時水尺的航行基準面、基本水位站與基本水尺和上、下基本水尺之間各點的航行基準面一般用臨時水尺瞬時水位法測定。其具體做法是選擇枯水接近最低通航水位而水情變化穩定的日期，在河段控制、比降變化明顯處或灘險地段300～500m，一般河段1.5～2.0km的間距(水流平緩、比降小的平原河流可適當放寬以滿足水深換算時的要求為度)，設定臨時水尺或水位樁，在規定的時間與基本水位站、基本水尺同時觀測得出瞬時水位。基本水位站、基本水尺(或上、下兩基本水尺)瞬時水位與其航行基準面水位的較差相同時，臨時水尺水位減去其較差即為該臨時水尺的航行基準面的水位。當不一致時採用落差插入法進行臨時水尺的航行基準面計算。其計算公式如下：Z=Z_X-{△Z_上-(△Z_上-△Z_下)/(Z_上-Z_下)*(Z_上-Z_X)}，式中：Z-臨時水尺的航行基準面水位；Z_X：臨時水尺的瞬時水位；Z_上、△Z_下：上、下基本水尺瞬時水位與航行基準面水位的差值；Z_上、Z_下：上、下基本水尺的瞬時水位。

以水位H為縱坐標，距離L為橫坐標，將測區內各基本水位站、基本水尺、臨時水尺(水位樁)的測時水面和航行基準面水位，點繪於圖上並連線起來，就得各段的測時水面和整個測區的航行基準面來。

全線各水尺繪圖基準面(航行基準面)測設確定後，兩水尺之間的河段，便可以基準面的每0.1m絕對高程分區，作為地形測量時由絕對高程換算為繪圖基面起算的乾出高度的依據，同時也是水深測量時計算繪圖深度的依據。

(四)水深測量

航行圖原圖是內容完整、圖幅連續的水道圖集，對水深測量來說除應按航道測量一般要求測深外，特別應注意圖幅之間、深水淺水之間、水下陸上之間的銜接，不容空漏更不允相互矛盾。對淺點、暗礁、沉物等不能確定其最淺的位置和深度時，應考慮掃測來確定。

(五)地形測量

航行圖的地形測量除滿足一般地形測量技術要求外，尚應每幅圖測出圖廓線外一、二排測點作為接圖和校對用，高水位(高潮位)時淹沒的地形、地物，特別是可能礙航的，其最高點、航道一側的次高點以及整個範圍必須測出。溪溝要測進300～500m。港區及重點航槽要詳細測繪，必要時另測大比例尺測圖。洪水位、高潮位以上，堤岸以外地形，有近期測圖的，經現場校核後，可加以利用。

(六)礙航物、助航物(助航標誌)的測量

礙航物是指妨礙航行安全的物體，包括水下的沉船、沉物、水下管線、空中的過江線纜、跨河橋樑、堤壩等。助航物和助航標誌是枯、中、洪或漲退潮期不同水位時對船舶航行有導向或幫助的物體和標誌。助航物體如山頭、孤石、塔尖、煙囪、大樹等。其中過江線纜、穿河管線和橋樑等礙航物的測量已在第八章有專門敘述。對於其他礙航物、助航物的測定，除按一般碎部測量要求進行外，尚應注意以下幾點：

1.對於離測站較遠的物體，採用多餘觀測的交會法施測，以檢驗和保證成果的質量。

2.對枯水期乾出，水位漲到一定高度就礙航的，而施測時又不能攀登的礁石或橋底、可用水準儀逐步湊平的方法施測其高度。

3.水下礙航物用點測水深不能反映其地貌特徵，套用掃測的辦法施測。

測量的時機

航行圖的繪圖基準面的測定和河床的碎部測量，都必須在枯水期接近於最低通航水位時同步進行。因此要根據水情首先抓住時機測定航行基準面，其次河床的水深、礙航物、低水位地形等測量，再次中水位以上的地形。做布設控制網鎖，調查水文、氣候和內業整理的工作，可利用高水位期進行。

修改與更新

在圖內局部河段由於自然或人工因素使之發生變化原航行圖已不能反映其實際情況時，則應對該段進行重測，將航行圖作部分修改。

在航道條件已大部發生變化，或航運發展原有航行圖已不能滿足其需要時，應定期予以更新。

按內河航道更新周期宜取10～15年，航道變化較大的可4～8年，航道較穩定的可延長至20年更新。更新測量除碎部測量和礙(助)航物全部重測外，控制測量和航行基準面也應在原有資料上進行測算和更新，以符合現形的實際。