基于三元空间的海洋经济地图集设计
——以《广州海洋经济地图集》为例

陶 岚 何华贵 王建军 梁飞龙

1 广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州，510060

海洋不仅是社会经济发展的重要战略资源，也是孕育新产业、引领新增长的潜力空间。2012年，党的十八大报告首次提出“建设海洋强国”，为中国海洋事业发展确定了战略目标。之后，习总书记多次指出要加快海洋科技创新步伐，提高海洋资源开发能力，培育壮大海洋战略性新兴产业，同时重视海洋生态文明建设，为子孙后代留下一片碧海蓝天。通过编制海洋经济地图集，可以客观展示海情和海洋经济发展情况，系统反映海洋经济发展战略举措和空间布局，既是对国家海洋强国战略的充分响应，也可为促进各地经济可持续发展提供指引。

随着信息技术的发展、大数据时代的来临和地图学理论的进步，由物理空间、人文社会空间和信息空间耦合而成的三元空间及泛地图可视化理论［1］，为海洋经济地图集的编制带来了新思维、新方法和新应用，因此，如何更加科学地进行内容设计和可视化表达是值得思考的问题。本文对海洋经济地图集制图对象的特点进行分析，基于三元空间泛地图可视化理论框架，从设计原则、内容结构、可视化表达和艺术设计几个方面为海洋经济地图集的策划编制提供设计思路。

1 海洋经济地图集的制图对象特点

1）需要进行海陆数据统一。海岛、海岸带地区等涉海区域的地图在分幅、投影、基准和规范方面的特殊性［2］，使得收集到的海洋地图数据和陆地地图数据需要进行格式转换、坐标转换、统一标准、要素关联等数据处理工作。收集到的制图资料往往存在陆地与海洋地图要素表达重点不一致、衔接处数据不一致且相互压盖、地物选取不一致、不同区域数据显示密集程度不同等问题，需要确定统一的标准进行数据融合。

2）陆海一体可视化表达要求高。陆地和海洋自然风貌迥异，地理特征丰富，地形地貌分别沿平均海水面向正向和负向延伸，高差变化较大，传统正射投影视角下的二维地图难以清晰地展示陆海一体化地貌。另外，海洋经济发展在资源基础、产业布局、航运交通、发展战略等方面与陆地区域关系密切，因此，在地图表达的内容指标选取上，陆地要素应该和海洋要素并重，既要展现陆地的自然资源、社会经济、生态环境、文化发展等内容，也要反映海域的地理、交通、水文、航道等情况［3］，需要进行各要素的统一协调处理，在要素表达方式上有所创新［4］。

3）社会与空间信息的融合。海洋经济地图集的设计需要大量人文社会信息的支撑，包括海洋政策、法律、规划等战略数据，海洋产业研究、产业政策、产业规划、产业投资、重点产业园区、产业技术等经济数据，海洋历史发展、教育宣传等文化数据，海洋卫星遥感、有人机和无人机遥感、观测站、船舶或传感器等动态监测数据［5］。对这些结构、种类、规模和存储量各异的数据进行清洗、精简、降维、分组聚合等处理后［6］，通过社会地理计算等大数据分析技术，挖掘和发现沿海制图区域的社会经济运行规律和发展动态。

4）科普性与规划性的双重体现。海洋经济地图集的编制目标主要是结合国家海洋强国战略，展现海洋经济发展的无量前景，让更加广泛的受众可以关心海洋、认识海洋、经略海洋。因此，地图编制时，除了要充分展现沿海地区文化、经济、科技、生态的现状特征外，还需要研究制图区域范围内的各类海洋发展规划，进行政策的解读和可视化展现［7］。同时，将海洋资源、海洋知识等内容通过遥感影像、全景照片、设计效果图、专题图表、知识图谱、手绘符号等方式进行生动展示，从而让图集更具有知识性，更直观生动地起到宣传教育作用。

2 海洋经济地图集的设计思路

海洋经济地图集作为国内近年来较新的一种专题地图集，可以客观地展示海情和海洋经济发展状况，系统反映海洋经济发展战略举措和空间布局，属于综合性地图集的一种，具有科学性、科普性、指导性、专业性等特征。泛地图时代地图类型、制图主体、地图用户、使用目的、表达方式均产生了明显变化，地图学理论的制图对象、表达维度、地图角色从二元空间扩展到了三元空间［1］，为海洋经济地图集的设计提供了广阔的思路。

从陆海一体的地貌、交通、水系、生物、地名、水文、气象、海洋化学、湿地、可再生能源、海底沉积等“物理空间”到海洋战略、政策、发展规划、产业布局、海志历史、文旅资源、航运资源、科技创新等“社会空间”，再到物联网动态监测、移动轨迹、动态感知、社交媒体等赛博“信息空间”，是制图对象的三元拓展，应该注意的是图面信息负载控制，制图对象表达规则的统一协调以及表达焦点的凸显，通过多源数据的融合和分析，深挖海洋经济空间背后的规律和机理。

从二维地图表达到三维动态展示，数字孪生技术的发展，结合游戏引擎的逼真渲染，可以将物理世界和人文社会信息在信息世界中进行真实模拟和展示［8］；增强现实和动态交互式电子地图增强了用户的参与性，将地图应用从“信息价值”向“服务价值”方向提升［9］；线上线下一体化的“孪生地图集”和在线智能制图系统可以进一步扩充海洋经济地图集的受众范围［10］。这是地图表达维度的三元拓展，借助多尺度、多视角、多元化的表达方式，可以优化海洋地图集的信息传输效率，丰富成果形式。

从单纯的制图者创作地图转变为用户参与制图。通过众源方式，用户可以成为地图数据的生产者，移动互联、动态交互和在线制图让用户直接参与地图的设计和表达。此外，三维地图、720°全景地图提供了全视角漫游浏览方式；无极制图可以实现在线地图的变比例尺表达，使用户自主控制地图的最佳浏览视点。这是地图角色的三元拓展，使地图信息的传输从单向传输模式变为半开放交互增值模式，可进一步增强海洋经济地图集的科普性和指导性。

2.1 设计原则

1）科学性。地图集具有重构复杂非线性地理世界“百科全书”的作用［11］，海洋经济地图集的设计除了体现数学要素、制图综合、符号表达、内容选取等地图科学性外，还要结合经济、海洋、生物学、人文、国土空间规划等进行多学科交叉，汲取灵感，寻求突破。

2）创新性。在地图表达方法、内容组织、可视化手段、成果宣传形式等方面结合信息技术、移动互联、大数据、机器学习等技术进行创新和演化，提升用户的读图体验［12，13］。

3）艺术性。海洋经济地图集除了是一部科学作品外，还应该是一部艺术作品。除了地图集风格、色彩、符号和装帧方面的设计要体现海洋的开放、自由、进取、神秘和祥和的性格特征之外，地图的可视化效果和电子地图的用户界面也需要经过专业的设计。

4）人文性。海洋经济本身就是一种社会活动，海洋现代产业体系的布局和发展方向、生态环境绿色可持续发展、海岸线和海岛的保护和利用、港口的对外开放合作、陆海统筹的基础设施建设等都是海洋经济地图集需要体现的内容。此外，中国古代航海时代的开启，孕育了中国悠久的海洋文化，根据不同制图区域的历史情况，展现海洋历史文化、军事文化、旅游文化、贸易文化或民俗文化的亮点，也是海洋经济地图集的内容选取方向。

5）科普性。提升海洋经济地图集的科普性，就要提升地图的叙事能力和表达能力，站在地图用户的角度思考和构思。首先明确“故事”的主题，然后在内容逻辑设计上形成闭合，再进行相应的数据收集处理和地图符号化，图面设计要突出主题，避免多余的干扰信息。地图成果可以以多种媒体为载体进行传播，除了纸质和电子地图外，新媒体也是很好的推广手段，如微信小程序、短视频、动画等。

2.2 内容设计

海洋经济地图集的内容主要是展现制图区域的海洋经济布局，通过对海洋总体情况的综合分析、海洋资源条件调查、海洋经济基础研究、海洋政策举措研判、产业空间布局和分布态势调研、未来愿景和发展蓝图研究，对制图区域的海洋事业发展进行全方位把控。制图内容可以按照内容线组织方式，从整体到局部、从宏观到微观、从面到点；也可以按照时间线的组织方式，从海洋历史文化到现代海洋经济布局再到未来发展蓝图展示。

2.3 可视化表达设计

利用水下地形测量成果建立河道和近海区域的水下地形模型，经过陆海基准统一后，与陆地模型融合，建立水上水下一体化三维模型，将其作为空间地理底图载体，可以任意选择视角进行场景漫游，包括顶视图浏览陆域情况和水下模式展现海底地貌。针对重点区域和河段，采集移动实景数据，进行二三维一体化漫游。 结合参数化建模方式和Unreal Engine4 游戏引擎，可以快速搭建大规模三维模型，并进行逼真的场景渲染，包括天气变化、太阳光照、夜景灯光的仿真模拟。值得注意的是，三维模型处理、前端渲染、贴图材质、灯光和后期效果虽然通过代码实现，但美工的参与可有效提升可视化表达效果。

在二维地理底图表达方面，根据海洋与内陆的经济关联范围可以设计多尺度地图作为底图。比如，在展现区位优势时使用世界地图、中国、区域性和省级地图；在展现沿海经济带规划发展辐射关系时，采用区域性地图；在展现产业布局时，需要根据沿海地区的制图要素分布情况，定制2～3 级尺度的地图关联港口与腹地的关系。

在专题地图符号设计方面，除了传统专题地图表达方式外，还可采用信息图表对统计数据和知识地图分析结果进行展示，如柱形图、饼图、雷达图、气泡图、甘特图、仪表盘、框架图等。对于大数据分析结果，可采用热力图、网格聚合图、矩形树图、弦图、桑基图、圆堆积图、玉块图等进行展示。

2.4 艺术设计

准确应用视觉设计原理可以提升地图外观美感，有效传输地图内容。海区和陆地区域通过饱和度与明度的调节以及撞色的使用可以加强主次对比；点状海洋经济要素使用手绘符号和象形符号可有效提升易读性，但要注意符号尺寸应大于简单几何符号的尺寸；海洋与陆地交界区域采用下沉浮雕和阴影效果可以增加海洋的纵深感；在一张图上表达多项专题要素时，要注意信息的分离，在不同视觉层次体现要素的相对重要关系；在页面整体排布时，视觉重量的设置可以引导读者首先关注重点内容，视觉方向的配置可以帮助用户按照特定顺序进行阅读。

3 《广州海洋经济地图集》设计

广州市地处南海之滨，位于珠江水系入海口，自古以来向海而生，因海而兴，从古代海上丝绸之路始发港，到中国最早的对外通商口岸，再到举世闻名的中国进出口商品交易会（广交会）中国第一展，一直是中国海上对外贸易的集圣地。广州市地处繁忙的太平洋主航道，面朝广袤的南海，作为粤港澳大湾区建设的核心引擎，拥有华南地区最多的涉海管理机构、研发机构和科技人才，海洋经济发展态势强劲，在国家海洋强国战略实施方面一直发挥着主力军作用。《广州海洋经济地图集》（简称《图集》）于2020年上旬开始编制，为深化落实市委、市政府高质量建设海洋强市的要求，以规划为引领展现广州海情和海洋经济发展情况，分析广州海洋经济发展战略举措，挖掘经济增长潜力空间。《图集》遵循泛地图时代的三元地图空间理论进行设计和编制，在数据获取、内容组织、可视化表达、叙事视角、成果应用方面均有创新。

1）内容体系结构设计。《图集》的内容以空间和时间为组织维度，纵向上以海丝文化历史传承为起点，讲述南海盘古国沧海桑田的变化，古代海上丝绸之路的兴盛和最早的对外通商口岸等广州海洋文化故事；现代针对“十三五”海洋产业布局规划内容，选取海洋资源分布、海洋基础设施建设、产业体系布局，航运重点等内容进行展示，以海洋产业“十四五”规划发展重点为展望，面向未来展现提升主导产业、规划新兴产业、培育潜力企业的重要措施。横向上从不同的空间尺度展现广州市海洋经济发展的区位优势，包括世界重要的港口地位、国家重要的中心城市、广东省区域发展新格局重要支点、粤港澳湾区核心引擎城市等内容。《图集》内容结构体系见图1。

图1 《图集》内容体系结构Fig.1 Architecture of the Atlas Content

2）《图集》编制特点。《图集》的编制特点包括以下几个方面：

①规划引领面向未来。海洋经济地图集是政策导向很强的专题地图集，《图集》的编制时间处于“十三五”和“十四五”交替期间，在紧扣《中共广州市委广州市人民政府关于发挥海洋高质量战略要地作用全面建设海洋强市的决定（征求意见稿）》《广州市海洋经济“十三五”规划》《广州市国土空间总体规划（2018—2035年）》等政策文件主旨的同时，与海洋经济发展“十四五”规划编制同步开展。通过前期规划调研收集了大量文化、经济、历史、政治的第一手现势资料，在经过政策解读、资料分析、战略定位和规划论证后，将海洋经济和产业布局的规划蓝图进行地图可视化表达，突出广州市未来将重点优化提升海洋交通运输、高端船舶和海洋工程装备、海洋化工、海洋旅游等主导产业的发展；加速海洋生物和现代渔业、海洋电子信息产业、海洋公共服务业等新型产业的发展；培育海洋新材料制造业、天然气水合物产业等潜力产业的发展导向。同时，以科技创新为引领，开展国家级可燃冰科研总部、国家科技兴海产业示范基地，南方海洋科学与工程省重点实验室等重点工程项目建设，进一步为新型战略性新兴产业提供技术支撑。《图集》的编制团队由地图编制、城乡规划、地理信息等专业人员组成，开展学科交叉和思想碰撞，也为《图集》内容表达提供了全新的视角。广州市海洋经济“十三五”规划和“十四五”规划意向对比见图2。

图2 “十三五”规划和“十四五”规划意向对比Fig.2 Comparison of the“13th Five Year”Plan and the“14th Five Year”Plan Intention

②海丝文化传承历史。广州市地处岭南一隅，背山临海，位于东、西、北三江交汇处，河网密级。长久以来由于五岭山脉的阻挡，其与中原的交通和经济联系不发达，但借海河之力，以及早在南越时期就开始的“船舟”文化，广州市成为海上丝绸之路万国云集口岸的“千年商都”。广州市两千多年蓝色海洋文明发展对当今城市格局、城市性格和对外贸易政策产生了深远影响。《图集》在广州海志篇章，从新石器时代开始的海岸线演变、向海而兴的海洋文化起因、历代海上丝绸之路重要港口的历史见证与海上对外贸易情况等视角讲述了广州市的海洋故事，既是对历史文化的传承，也是对当代海洋经济发展成因的剖析。广州古海岸线历史演变示意图见图3。

图3 广州古海岸线历史演变示意图Fig.3 Diagram of Historical Evolution of Ancient Coastline in Guangzhou

③视觉设计立足现代。在色彩设计方面，《图集》地理底图采用低纯度中明度的莫兰迪色系，降低视觉平面，不同尺度的地理底图采用不同色调进行搭配，保持整体风格统一，体现优雅和高级之感。同时采用地中海色系作为专题颜色，体现蔚蓝海岸与白色沙滩，以黄色和红褐色作为重点元素用色，增强对比，提升《图集》的现代气质；采用从海洋俯视内陆的视角对广州海区进行整体展现，将平面地图信息、三维模型以及手绘效果融合，绘制三维透视景观地图，展现广州市依山沿江滨海的独特城市风貌，广州概貌三维透视景观图见图4。在数据可视化方面，将图幅所涉及的信息、数据、知识尽可能采用信息图表进行展现，通过图形可视化的方式让用户高效提取复杂抽象的规划政策信息。

图4 三维透视景观地图Fig.4 3D Perspective Landscape Map

3）推广应用创新。《图集》在封面设计和装帧设计上都力求新颖别致和贴合主题，通过借鉴时尚和国际化的视觉设计理论，增强《图集》吸引力。同时，在《图集》的基础上，概括编制了小开本的精简版和折叠宣传彩页，将用于全市海洋领域的会议派发以及2022年7月18 日海洋宣传日宣传推广。下一步计划将《图集》主要专题制作成动画视频专辑，并采用微信小程序在线传播，动态地向受众科普广州市海洋文化和产业规划布局，利用新媒体传播拓展《图集》的应用范围。

4 陆海一体三维地理场景可视化

为了进一步直观展现广州市沿岸地带的陆海一体地形地貌，特别研发了广州市珠江口可量测三维地理场景应用系统，利用历年水下地形测量数据对珠江口水域河床进行三维建模，采用无人机倾斜摄影方式对港口及陆上复杂结构建筑进行高精度快速建模，制作重要海洋基础设施（如航标、跨海大桥、灯塔、船灯等）的三维符号模型，同时与已有的陆域三维模型、数字高程模型（digital elevation model，DEM）、高精度遥感影像进行数据匹配和融合，实现了沿岸地带水上水下三维地理场景的可视化表达，并可进行顶视角与水下视角模式下的任意点三维漫游浏览［14］。三维可视化效果见图5。

图5 陆海一体三维地理场景可视化Fig.5 3D Geography Scene Visualization of Sea-Land Integration

1）海陆基准的统一。通过精准坐标转换与计算，将水深基准面与大地基准面进行配准校正，实现统一基准下的三维环境无缝接合和传统水深基准面与大地基准面有效接合。在陆海过渡区域采用基于自适应网格动态加权技术，实现海岸区域的三维平滑过渡，解决了过渡区域内三维对象表达不真实的问题。

2）海底模型快速建模。基于交互式规则生成方法，实现海底陆地三维地形以及拓扑关系的自动化建模。以高清二维遥感影像数据以及矢量地图数据为基础，实现了三维河床与陆地模型以及拓扑关系的自动化构建，可视化效果逼真。

3）支持用户进行水下地形的数据上传、模型生成、管理和发布。通过建设历史河床三维模型，形成可供三维分析的长系列河床模型数据，供研究河道、河床的演变和发展趋势。

4）海洋经济发展决策支撑。利用《图集》编制时收集的海洋经济专题数据构建空间数据库，并将其与南海基础地理信息数据库关联，在三维可视化环境下有效展示岸线分布、重点产业发展集群、涉海院校、科研机构和企业的分布以及水文气象、海事服务机构、水上水下设施、港口支持系统、码头情况等专题数据，实现三维空间量算、查询、分析等功能［15］，为用户提供二三维一体化辅助决策依据。

5）重点区域实景漫游。针对重点水域、生态保护区域、重点文旅资源，采集移动实景影像，在三维平台中通过热点转跳到实景漫游场景，模拟船只在行进时的浏览视角，并可通过二维地图实现导航联动。

5 结束语

海洋经济地图集是各地区推进海洋强国战略的重要手段，通过对海情的分析和把握，可以进一步认清海洋经济发展的巨大潜力，探索海洋开发新途径和综合管理新模式。三元空间下泛地图的表达手段、状态语义、空间几何维度、读者视角、可视范围等可视化维度的变化和组合［16］，可以为新型专题地图集的编制提供更加多元的技术手段和应用模式［17］，海洋经济地图集设计也应顺应时代，通过学科交叉和技术融合，使成果更加科学、美观、符合大众认知和便于推广应用，更好地支撑海洋管理，服务海洋经济建设。