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引言

　　海圖是開發利用海洋資源、維護海上安全不可缺少的工具，也是研究航行海區的地理環境、選擇航線和制定航行計劃、定位和解算有關的航海問題以及海上作戰等不可或缺的工具。與地形圖相比較，海圖（主要指航海圖）比例尺本身不成系列，海圖圖幅不是按系統的經、緯差分幅，而且圖幅之間有一定的重疊― 即同比例尺成套海圖的相鄰圖幅之間有一定的疊幅（疊幅是為了在航行換圖時方便、準確地轉移航線，以保證航行安全）。對于給定的海區，連續分布而又相互分離的單張海圖使得完整的海洋地理空間發生人為的割裂。

　　隨著信息技術的發展，海洋地理信息的存儲介質由紙張發展為計算機，作為計算機可識別存儲介質上的有序集合― 數字海圖仍延用最初的分幅方式。分幅表達海洋空間信息存在著這樣的弊端：① 分幅方式本身破壞了地理實體的完整性。分幅表達在物理上割裂了地理實體的完整性，使得同一地理實體穿越多個圖幅，在計算機系統中完整的目標要分塊或分段存儲，這種存儲上的分散導致地物整體一致性維護的復雜性；② 它不便于數據庫的分布式管理。對于同一地理實體，存儲分布于不同的網絡結點上，檢索和存取效率將難以優化提高；查詢也要在多個圖幅間進行，這要求系統能夠在多個相鄰圖幅間靠地物標識進行空間和邏輯上的匹配、關聯等操作；③ 海圖分幅的疊幅特點使得相鄰海圖的疊幅部分的海洋信息重復獲取與存儲，這會產生裂隙和數據冗余，致使資源空間在使用上浪費。排除上述弊端的措施是利用計算機方法實現數字海圖無縫拼接― 將分片的數字海洋信息處理成連續無縫的數據，并進一步建立相應的數據模型進行無縫管理。

2 縫隙來源及無縫的含義

2 . 1 數字海圖縫隙的來源

　　空間地理數據的縫隙主要源自數據獲取、數據的表示與組織以及數據處理等方面［' ］。在數據獲取方面，連續的地表空間被劃分為若干個相互鏈接的子空間，使得該空間中的同一地物相應地被劃分成若干個部分，分布于不同的圖幅中，從而產生縫隙（如圖1 ，局部完整的海岸線被分割于分離的連續圖幅中）。值得注意的是，數字海圖的自由分幅與數字地形圖的經緯線分幅有所區別：數字地形圖采用高斯一克呂格投影，依照國家基本比例尺系列按不同的經差、緯差分幅，圖廓線由經緯線構成，相鄰比例尺地形圖之間完全連續，同比例尺相鄰圖幅之間沒有間隙，也沒有重疊；而同比例尺成套航海圖則采用墨卡托投影，按航線規劃，自由分幅，不存在分帶投影問題。但鄰幅之間有一定的重疊（也稱為疊幅部分），重疊的范圍不絕對，視海區的自然狀況和航海需要而定（一般不超過圖幅的四分之一，寬度不窄于10cm ，廣闊海域可窄于10 ℃ m 甚至邊接邊，邊接邊可視為疊幅范圍為零）。另外，對于數字海圖而言，傳統的紙質海圖作為一種基本的空間數據源，在進行數字化時，設備精度與采集精度會使海圖在疊幅部分的重復內容處產生縫隙。

　　在數據表示方面，雖然以經緯度表示的地理坐標系可以連續無縫地覆蓋整個橢球面，但以高斯一克呂格投影坐標來描述的橢球面不可避免的會遭遇跨帶所導致的裂縫問題（如圖3 ）。例如我國1 : 2 . 5 萬一1 : 印萬地形圖均采用高斯一克呂格投影，分分帶；1 : 1 萬及更大比例尺的地形圖和1 : 2 萬及更大比例尺的航海圖則采用高斯一克呂格投影，3o 分帶。在數據的存儲和管逛色上，按圖幅以文件形式來組織和存儲空間幾何數據，造成不同的圖幅之間存在縫隙。理過程的不一致會產生縫隙。在數字化或節點聚合的過程中，若兩點間的距離在容差范圍內，可以認為是同一點，當數據精度要求更高時，就容易產生縫隙。

2 . 2 數字海圖無縫的幾個方面

　　兩個相鄰圖幅數字海圖的空間數據在結合處可能存在邏輯縫隙和物理縫隙。數字海圖無縫拼接的目的是實現邏輯無縫和物理無縫。邏輯縫隙有兩種情形：一種是同一地物在相鄰圖幅的兩個分離的數據文件中具有不同的地物編碼A 與B ；另一種是同一地物在這兩個數據文件中具有不同的屬性信息。那么對于相鄰圖幅之間的邏輯縫隙，一方面要使同一目標在相鄰圖幅中的地物編碼和屬性賦值取得一致，另一方面是將同一目標在相鄰圖幅中的空間實體數據在邏輯上鏈接在一起。這樣處理后的兩個相鄰圖幅之間鏈接上的無縫稱為邏輯無縫。在圖形顯示時，兩圖幅的內容看上去也不存在裂縫。然而，邏輯無縫的相鄰圖幅，卻可能存在著物理存儲上的分離― 物理縫隙，即一個完整的地物被分割于不同的數據文件之中。那么，當兩個相鄰圖幅合并成一個大區域后，只有在被分割的對象完成幾何合并和對應的屬性合并后，即兩圖幅在物理存儲上合并成為一個文件，才實現了物理無縫。在邏輯無縫的情形下，當我們對一個完整的目標進行查詢時，如果可以完整地選取目標而不出現斷裂，并可以獲得與該目標整體相關的信息，那便是取得了與物理無縫情形下相同的查詢結果。這樣的邏輯無縫查詢對于海洋地理信息系統空間分析功能的實現是有意義的此時，盡管物理上空間數據是有縫隙的，但空間數據在使用上具有連貫性，即數據在邏輯使用上是無縫的。如果數字海圖中某一目標的幾何特征被改變時，其相應的屬性數據并不與之同步改變，這說明了屬性數據與幾何數據之間存在縫隙，這種縫隙的消除要通過空間數據庫的物理層與概念層之間合理的內部映射來實現，即取決于數據模型的設計。

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