GPS 与海图:两种基准
“基准”这个词在海上干两件不同的事。水平方向上,它指位置所处的参考框架——您的 GPS 说的是 WGS84,而较老的海图和测量用的是本地基准,同一个点可能因此相差 100–400 米。垂直方向上,它指深度的零点在哪里——也就是海图基准面:多数海图取最低天文潮面(LAT),美国海图取平均低低潮面(MLLW)。所以图上的水深接近您在那里可能遇到的最浅水深,当天的潮高再加在上面。
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基准之一——水平:您的位置在哪个框架里
一个经纬度必须说明它是在哪个参考框架里测得的,否则毫无意义,而这个框架就是水平基准。您的 GPS 接收机在 WGS84(严格说,是与它对齐的框架)中计算位置,现代的官方海图也都以 WGS84 或其同类框架编绘。但全世界的海图存量很老:仍在流通的许多海图,以及旧版航路指南、沉船记录和潜点指南里几乎所有位置,都是在为某一地区建立的本地基准上测量的——欧洲和地中海一带用 ED50,美洲用 NAD27,东亚用 Tokyo Datum,英国陆地地图用 OSGB36。同一块礁石在不同框架之间可能相差 100–400 米,其中最著名的是地中海地区 WGS84 与 ED50 之间约 200 米的差异。
海图会在图题栏里交代这件事。留意“Positions refer to WGS84”(位置基于 WGS84);较老的图幅上则会有一条卫星定位位置注记,给出应加的改正量(“位置应向南移动 0.06′……”)。这种错误是无声的:把 WGS84 的 GPS 位置画在未改正的旧基准海图上,一切看起来都合理,却一直是错的——港口入口离海图画的位置有 150 米。英国陆地网格版本的同一个故事,连同其中的数学,见 WGS84 与 OSGB36。
基准之二——垂直:深度零点在哪里
第二种基准和位置无关。海图上的每个水深,都是从海图基准面——一个选定的“零水位”——向下量起的。遵循国际惯例的海图(英国和世界大部分地区)把海图基准面定在最低天文潮面:在任何正常的天文条件下,潮位能达到的最低水位。美国海图用平均低低潮面,也就是每天较低那次低潮的平均值,零点略高一些。两种做法的逻辑都偏保守:图上标注 2.0 米的水深,意思是那里大致不会比这更浅,当天的潮高(取自潮汐表,从同一基准面起算)再加在上面。实际水深 ≈ 图载水深 + 潮高。
高度的参考方向正好相反:桥梁净空和架空电缆是从一个高基准面量起的(最高天文潮面或大潮平均高潮面),所以同样是最不利情况。您的测深仪还有自己的零点——视安装方式而定,是换能器所在的深度,或者是水线。所以只有知道这三个零点,测深仪、海图和潮汐表才对得上。潮汐这一侧的故事继续见潮汐详解。
让 GPS 和海图一致
三个习惯能弥合这个差距。读图题栏:您据以航行的每张海图,都要看它的基准、单位(米,或者较老的英寻和英尺),以及任何位置改正注记。它只有一段话,却是海图亲口告诉您该怎样正确地对待它。让基准设置一致:绘图仪和手持机之所以能输出 WGS84 以外基准的位置,正是为了这个原因——在旧图幅上作业时,把接收机设成海图的基准,或者加上图上印的改正量。用现实校验一次:把船靠到海图上有的目标旁边,比如码头端头或灯标,确认标绘出的位置正好落在它上面;一个固定的偏移量会立刻说明基准有问题。
电子海图基本上化解了第一种基准问题——官方 ENC 都用 WGS84——但它们的每一个水深和它的垂直基准,都继承自背后的纸质测量,其中有些已有一百年历史。基准这一课不止适用于海上:只要一个位置在两张地图之间“移动”了,首先该怀疑的是参考框架,而不是定位结果。对潜点是这样,对港口入口也是这样。