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电子海图显示和信息系统温九龙摘要：电子海图显示与信息系统（ECDIS）被认为是继雷达/ARPA之后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命。从最初纸海图的简单电子复制品到过渡性的电子海图系统（ENS），ECDIS已发展成为一种新型的船舶导航系统和辅助决策系统，它不仅能连续给出船位，还能提供和综合与航海有关的各种信息，有效地防范各种险情。据不完全统计，目前世界上安装各类电子海图的商船、渔船、客船、游船及军舰在二十万条以上。对于SOLAS船舶而言，随着各国官方电子航海图（ENC）逐步完备、标准ECDIS的出现以及IMO对ECDIS的认可，ECDIS势必取代沿用了几百年的传统纸海图。关键词：定义与功能 使用特性 发展远景引言：IMO ECDIS性能标准给出了ECDIS的定义：电子海图显示与信息系统ECDIS是一种航海信息系统，该系统有足够的备用装置，可以认为符合1974 SOLAS公约的V20条规则要求的现实性海图的规定，通过从系统电子导航海图SENC中选择的信息与从导航传感器获得的位置信息的显示来帮助航海人员进行航线设计和航路监视。若需要可显示与航行有关的其他信息。规定了信息的显示、海图改正、航线设计、航路监视和航行记录等性能要求合在一起的自动导航系统的图形输出终端。1.电子海图的构成和主要特点电子海图由三部分组成，即硬件设备、海图显示系统和海图数据库。硬件设备包括处理器、显示器、电源、控制台和接口单元；海图显示系统是对电子海图操纵和控制的软件系统；海图数据库是按照某一格式制成的海图文件，由海图显示系统打开和显示。电子海图显示与信息系统ECDIS，是指以数字形式储存的海图及包括有关上述海图的数据、设备、系统、计算机软件和硬件等各种辅助手段的综合信息处理系统，其实质上是包括各种导航传感器，特别是RADARARPA、GPSDGPS、WEATHER FACSIMILE图像等，与数字化海图和其他航用数据。ECDIS的功能要满足IMO ECDIS性能标准的要求，所使用的海图信息应是由官方航道测量部门提供的符合IHO S-57标准的最新(经过改正后的)信息，ECDIS中电子海图的具体内容、显示方式以及颜色和符号的使用等要符合IHO S-52规范，ECDIS作为船用设备要通过IEC的性能测试。上述标准的制定，使厂家生产ECDIS有了明确的依据，也使ECDIS用户更加放心，并会激起船东购买该系统的更高热情，为ECDIS系统早日进入市场，促进海上安全，减轻驾驶员负担做出贡献。ECDIS之所以在航海界引起高度重视，是因为它具有纸质海图无法比拟的优点。ECDIS系统分别从陀螺罗经、计程仪、GPSDGPS、气象传真机等传感器接收航向、航速、船位及气象信息，按一定的算法解出本船的最佳船位，将计算结果实时地显示在显示器上，并对航向航迹监测、航行自动警报(如偏航、误入危险区等)。根据用户的需要，显示器还可快速查询船舶航行区域的海图及其他航海出版物所提供的信息，与其他航海仪器进行数据和信息交流，将RadarARPA捕获到的目标船动态叠显在海图上。可在海图背景上显示船位、注释船位，进行自动标绘。电子海图目前发展可完全脱离普通纸海图，还可以进行航线辅助设计、航向监视、航次记录与回放、多种报警设置、海图自动改正(数千幅海图改正只需几分钟)等自动化作业方式。ECS、ECDIS、RCDS三者之间的关系,光栅海图显示系统RCDS只能显示光栅海图，电子海图系统ECS和ECDIS主要是用来显示矢量海图，但光栅海图显示系统不能等同于电子海图显示与信息系统，也不能与电子海图显示与信息系统相媲美。由于光栅海图目前仍有一定市场，因此一些电子海图制造商生产的ECS和ECDIS也可同时显示光栅海图。ECS和ECDIS之间并没有明显的界限，就显示界面而言，一个性能完善的ECS与ECDIS无本质区别。但ECS可以使用非官方、非S-57(第3版)格式的海图数据库，而用于ECDIS的数据库则必须是官方的电子导航海图ENC。从法律上讲，ECDIS可以完全取代纸海图，而ECS则不能。国际海事组织在对ECDIS系统性能标准研制期间，清楚地认识到存在两种电子海图设备和相关的数据，其中能够满足执行标准的系统称为电子海图显示与信息系统ECDIS。ECDIS设备及海图数据一定要符合由国际海事组织和国际航道测量组织规定的严格技术要求，承认其为符合1974年国际海上人命安全公约第V章20条要求的最新海图的等效物。另一个称为电子海图系统ECS，是不符合ECDIS技术要求的所有其他的电子海图。这些海图不会被国际海事组织认可为纸海图的等效物。只有电子海图显示与信息系统才能替代普通纸海图，电子海图系统只能结合普通纸海图使用2.ECDIS主要使用特性(1)海图显示在给定的投影方式下合成的显示海图(在使用墨卡托投影方式时，可适当选取海图的基准纬度，以减小海图投影变形)；以“正北向上”或“船首向上”方式显示海图；随机改变电子海图的比例尺(缩放显示及漫游)；分层显示海图信息(隐去本船在特定条件下不需要的信息)。 (2)海图作业在电子海图上进行计划航线设计(依照推荐航线进行手工设计或进行大圆航线计算)；以灵活的方式计算任意两点间的距离和方位(如利用电子方位线、可变距离圈等方式)预计到达转向点的时间等；标绘船位、航迹和时间。在航线设计中，如果设计的航线穿越了本船安全等深线，禁区边界或有特殊情况的某一地区边界，该系统会给出指示。在航行中，计划航线会自动出现在电子海图上，清楚地给出船舶的当前状态与计划航线的关系。需要时还能以表格形式显示各航路之间航线参数，如计划航速、航向和预计到达的时间以及实际航速航向和预计到达的时间。(3)海图改正ECDIS有许多优点，更主要的优点是与纸海图相比，电子海图的改正更容易、迅速和准确，大大地减轻了航海人员的工作量并降低了误差出现的机会。ECDIS能够接受由官方ENC制作部门提供的正式改正数据以及由航海人员从纸海图航海通告或无线电航行警告中提取的改正数据，实现ENC的自动、半自动和手工改正。 (4)定位及导航多种导航传感器实时连续地接收各种信息，ECDIS能够同计程仪、陀螺罗经、GPS、Loran-C、测深仪和气象仪等设备连接，接收来自这些传感器的信息，并进行综合处理，求得最佳船位、航迹、航向和航速等；能够进行各种陆标定位计算。在航行中，来自GPS或DGPS的本船船位可连续自动地显示在电子海图上，并连续地显示出航迹，以便与计划航线比较。根据IMO的性能标准：雷达信息或其他导航信息可以叠加到ECDIS显示中，但不得减少SENC信息并且明显地与SENC信息加以区别。(5)航海信息咨询获取电子海图上物标的详细描述信息以及整个航线上的航行条件信息，如潮汐、海流和气象等。在航行期间，可以用鼠标捕获目标，该目标属性及文字说明可显示在屏幕上，例如将鼠标置于引航站位置，该引航站的通信频率、呼号等可以得到显示。还可以查询本地的潮汐数据，也可计算到达位置的潮汐数据。通过复杂烦琐的绘算才能求得某一特定时间、特定地点的潮汐潮流计算问题，简化为在屏幕上的轻轻一击。 (6)雷达图像叠加在彩色显示器上，以电子海图为背景，叠加显示雷达图像可以认为是一种最有效的叠加显示方法。它既可以完成导航功能，又可以达到避碰的目的。海图背景、本船位置以及周围目标雷达图像的组合显示构成了安全航行所需要的全部信息。ECDIS可将雷达图像或ARPA信息叠加显示在电子海图上，提供本船、本船周围的静态目标与动态目标三者之间的位置关系，航海人员可据此判断避碰态势，做出避碰决策，同时，还能在电子海图上检测该避碰决策是否可行。 (7)航线设计根据IMO性能标准的规定：应包括直线和曲线两者在内的航线设计；能通过下述方法去修改航线：在航线上增加转向点；从航线上删除转向点；改变转向点的位置；改变航线中转向点的次序。除选定的航线外，应能准备一条备用航线。选定的航线应与其他航线明显区别；如果航海人员拟定穿越本船的安全等深线，应给出一个指示；如果航海人员拟定的航线会穿越禁航区的边界或存在特殊区域的边界，应给出指示；航海人员应规定一个偏离计划航线的限度，根据此限度，接通自动偏航报警装置。 (8)航路监视在船舶航行过程中，能清楚地给出船舶当前状态与计划航线的关系。ECDIS能自动计算船舶偏离计划航线的距离，当必要时给出指示和报警，实现航迹保持。ECDIS还可自动检测航行前方的危险海区、暗礁、禁航区和浅滩等，实现避碰，防搁浅。当本船船位偏离计划航线的距离大于设定距离时，该系统将会发出报警。 (9)航行记录根据IMO性能标准的规定：ECDIS应存储并能重现12h的航行过程和使用官方数据库所要求的最少量要素。ECDIS应能以1 min的时间间隔记录如下数据：本船航迹的记录：时间、位置、航向和航速。使用官方数据的记录：ENC来源、版本、日期、单元和改正情况。另外，ECDIS应记录时间标记间隔不超过4h的整个航程的完整航迹；ECDIS不能对记录的信息进行处理或变更；ECDIS应能保留前12h的航海记录和航迹记录。也就是说，ECDIS应具备类似“黑匣子”的功能。3.ECDIS的未来发展电子海图的使用作