1.1 地上看地图，在海上看什么，海图吗？

还真是看海图。

其实，海图就是地图的一种，也称“海洋地图”，主要以海洋及其毗邻的陆地为研究对象。

作家史蒂芬·茨威格曾写过：“没有人知道前路通向何方，人们常常迷失在无穷的海面上。”在海上，海图就是航海人的“眼睛”，也是舰艇航行的“护身符”，更是海军走向远海大洋的“通行证”。

海图工作无小事，特别是对海军而言。因为海图不但要保障舰艇航行安全，更是事关国家主权和海洋权益的必备资料。曾有前辈半开玩笑说：“向外偏一毫那就是侵略，向内偏半毫就是卖国。”

图片说明：郑和舰上使用的海图（张志友团队 / 摄）

海图是怎么制成的？和地图差不多吧

海图和地图的制图基本方法一致。本质上，都是将极不规则的地球表面上的现象呈现在平面上，需要用特定的数学基础和特殊的符号系统进行综合和概括。制图程序也差不多，都需要先进行测量和调查，然后进行整理和制图作业，然后编制成图。

要了解地球上的各种信息并加以分析，最理想的方法自然是制成地球仪。但是，地球如此庞大，信息复杂，小球面很难呈现；而且，地球仪制作难，成本高，也不便于量测使用和携带保管——所以，我们常用的还是各种比例的地图。

但是，要用地图来表示地球，又会面临一个矛盾：因为地球面是不可展的曲面，而地图是连续的平面，如果强行将地球表面铺成地图，就如同将橘子皮剥下铺成平面，不可避免会产生裂口和褶皱。

为了解决这个问题，诞生了“地图投影”，简而言之，就是将地球（椭球）上的点转换为地图平面上的点。

投影方式有很多种。比方说，你可以想象，在地球表面上或者外面，有一个光源，这个光把地球的经纬线投影到一个二维平面上。根据需求，这个平面可以是与地球表面相切的平面，也可以是圆锥面或圆柱面上（如图）。把这些形状展开，就得到了地球投影。

图片说明：海图常见投影方式 1-圆柱投影 2-圆锥投影 3-方位投影

但是，几何透视法也有很大的局限性，只能解决一些简单的“从球面到平面”变换问题，却很难将全球投影下来。后来，人们开始普遍采用数学分析方法来解决地图投影问题。

到目前为止，有近260种地图投影，但归纳起来，建立投影的方法不外乎几何透视法或数学分析法两大类。

大多数的数学分析法往往是在透视投影的基础上，建立球面与投影面之间点的函数关系。实际上，目前很少有地图投影是真正采用几何学原理的所谓“投影”，而是绝大多数采用数学方法来解决“地球表面到平面”的变换问题。所以，地图投影学又称数学制图学。

不论是几何透视法，还是数学分析法，这些将立体地球表面上的经纬线及各要素等变换到地图平面上的方法，都统称为地图投影。

但是，无论哪一种投影，由于地球表面是一个不可展平的曲面，所以任何数学方法转换都会产生误差和变形，包括长度变形、角度变形和面积变形。而且，采用不同投影方式，地图上的面积及形状会存在很大差异，即便是相同的投影方式下，在不同位置进行投影后，得到的陆地面积及形状也会存在很大差异。

二、古今中外，海图发生了哪些变化？

我们在看地图的时候，大部分时候看的是标注的数字，看的是比例关系，看的是对照。就好像城市里的地铁图一样，实际上的地铁不会真的跟图一样横平竖直，斜的都是45°角，或者每一站之间距离都是一样的。这样的图是为了让我们对地铁线路有整体的认知，来指导我们怎么乘坐，怎么方便快捷地选择路线。

不同的地图功能也不同。海图就是一种帮助人们了解海洋情况的地图。人们是为了航行的需要看海图的，最开始了解的是海岸线的情况、海洋和陆地的关系、哪里有港口、海洋到底有多大这些信息。而后逐渐发展，海图也越来越丰富。

从全球范围来看，最早的比较精确的航海图出现在13世纪，叫做波特兰海图（portolan chart），大多绘制在羊皮纸上。这种地图有一个特点，上面有很多放射状的直线，由交会的中心点发射出去，划分出32个方位。

图片说明：14世纪地中海和黑海波托兰海图 / 图片来源：维基共享资源 / 版权：公共领域

虽然看起来包括了所有的方向，但其实这种海图仍然是一种平面的图，连线两端的港口和海岸标得很详细清楚，在小范围内，比如地中海沿岸，是好用的，但这些信息并不能对应地球球面，所以用来跨洋航行就不合适了。

到了1569年，制图学家墨卡托首次编制了具备等角正轴圆柱投影性质的航海图——《世界地图》，可以理解成把地球投影在围着它的圆柱体上，然后把圆柱展开，其中经线之间互相平行且间隔相等，纬线之间也互相平行，但是间隔随着纬度的增高而加大——

这样的话，可以想象：越靠近两极，面积的变化越大，就好像逐渐被拉开了一样，所以这种图的面积存在变形。墨卡托投影法会导致航海图上的大陆面积发生改变。比如在墨卡托海图上，格陵兰岛的面积几乎和非洲大陆的面积一样大，但其实格陵兰岛的面积约为216万平方千米，非洲的面积约为3022万平方千米，约有14个格陵兰岛那么大。

墨卡托海图在大小、比例上如此不准确，为什么航海家在海上航行的时候还要使用它呢？这是因为原本在地球上相互垂直的经纬线，投影到墨卡托海图上时依然保持相互垂直的属性；而且，地球表面上的各种地形在被绘制成墨卡托海图后，其角度基本不会发生变化。

就拿前面举例的格陵兰岛和非洲来说，虽然它们在墨卡托海图上的大小与真实情况相差甚远，但墨卡托海图上的格陵兰岛和非洲，与地球表面上的真实轮廓基本相同。

墨卡托海图的这种特性，极大地方便了航海家们的使用。此后，他们想要到达某个目的地，只需拿出墨卡托海图，然后在出发点和目的地之间连一条直线，量出这条航线和经线的夹角,即可确定航行路线。

继波特兰海图之后，墨卡托海图成为海图发展史上的又一个里程碑，现在世界各国仍采用墨卡托投影来编制海图。

此后，随着航运业和航海事业日渐发达，对航海图的要求变得更高，也促进了航海图的发展。

进入17世纪后，俄国、英国、荷兰等一些发达的欧洲国家先后编制出版了一系列航海图，到18世纪中期，海图已基本形成现代航海图的雏形。为保证海图质量，法国、丹麦、英国等国家先后成立了海道测量组织，用实测资料来编制海图。

19世纪后，船用上了蒸汽机，首先促进了航海事业的发展，同时也对海图测绘有了更迫切的需求。世界上的主要海洋国家相继成立了海道测量机构，从此，海图的测绘工作走上了有计划的发展轨道。

20世纪以来，科技进步极大地促进了海图发展，不但数量猛增，品种更多样，内容更精确，制图技术也在不断进步。1970年后，计算机技术的引入成为海图制图技术发展史上的一个里程碑。制图新理论、新技术的研究和开发利用，为海图发展开辟了一个崭新的局面。

在海图发展史上，一个关键性的日子是1921年6月21日。这一天，国际海道测量局成立了。它是世界海洋测绘的资料中心，也负责组织协调国际海图的编制与出版工作。国际海图的出版为海图的国际标准化奠定了基础，成为现代海图发展成熟的重要标志之一。

三、在我国，海图是怎么发展的？

我国最早的海图出现在唐朝，一般认为是唐代地理学家贾耽组织画工绘制的《海内华夷图》。《旧唐书》中有记载：“……谨令工人画《海内华夷图》一轴，广三丈，从三丈三尺，率以一寸折成百里。别章甫左衽，奠高山大川。缩四极于纤缟，分百郡于作缋。宇宙虽广，舒之不盈庭；舟车所通，览之咸在目。”不过，当时的海图能做到面积大和范围广，但始终介于图像描绘和山水画之间，并不能指导航海。

到了明代，我国海图发展史上出现了一个重要里程碑，那就是永乐年间绘制的《郑和航海图》，一共有40余幅，详细标注了古人用罗盘针指示的航道。它是我国最早不依附于海道专书而能独立指导航海的海图，不仅是中国第一部航海图集，也是世界上现存成图时间最早的航海图集。

此后，我国海图不断完善。晚清时期的《八省沿海全图》、民国时期的《江河水道图》，几乎覆盖我国沿海海域和主要江河。1919年，中国政府派人参加了在伦敦召开的国际海道测量大会。1921年在摩纳哥正式成立国际海道测量局，我国为创建国之一。1922年，民国政府正式成立海道测量局。

新中国成立后，随着科技的进步和海运事业的发展，我国海道测量和海图出版水平稳步提升。

从20世纪50年代至今，我国海图更新了五代。第一代海图始于1951年，我国海军采用解放后部分自主新测资料、旧版资料和外版资料，清绘了第一代海图。从1961年到1983年，又全面借鉴苏联海图制图经验，采用海军新测资料编制清绘了第二代航海图，并利用外版资料编制了大洋航行图和外轮用航海图书。从1983年开始，我国在借鉴国际海道测量组织（IHO）有关国际海图标准的基础上，编制刻绘了第三代航海图，风格与世界海洋大国海图基本一致。1990年，我国正式出版了海图的国家标准，并应用这些海图法规生产了第四代航海图。为使新世纪的海图进一步与国际海图接轨，1998年又对海图的国家标准进一步完善，由此拉开了生产第五代海图的序幕。

过去的海图多为纸质，随着航行进程，需要不断更换或绘制新海图，既给航海者增加了工作负担，而且，也因为使用者水平不同，导致海图的使用效率千差万别。

因此，上世纪70年代开始，人们开始想办法减少涉及海图作业的劳动强度。不过，当时也仅仅是把纸质海图经数字化处理后存入计算机中。到1986年，人们开始挖掘电子海图的各种潜能。如在电子海图上显示船位、航线设计，显示船速、航向等船舶参数、报警等等。

1999年开始，利用计算机辅助制图，海图技术迅速发展，并正式成长为数字海图。它能够以数字的形式在计算机屏幕上动态显示海洋地理要素，并且能够进行及时处理和传输，使海洋信息实现数字化，从而提供精确、高效、快捷的航海保障。

图片说明：船上用的数字海图（张志友团队 / 摄）

总体来说，海图的发展历程，就是人们一直在思考“如何把三维的地球体给转化到平面纸上以方便携带”。但这其实并没有完美的解决方案，总会存在这样那样的问题，比如距离变形、面积变形、角度变形等等——

就像我们不能追求样样圆满，只能依据自己的需求，看看哪项才是我们最关切的，或者说，哪个在当下属于马克思讲的主要矛盾，我们就先埋头攻破哪个。

来源: 海军大连舰艇学院

内容资源由项目单位提供