电子海图ECDIS.doc

电子海图-ECDIS理论课一：电子海图与电子海图系统1.1 电子海图定义与种类矢量电子海图Vector chart是指以矢量形式（也就是通常所说的图形方式）表示的数字海图。数字化的海图信息分类存储，可以查询任意图标的细节（如灯标的位置、颜色、周期等），海图要素分层显示，使用者可以根据需求选择不同层次的信息量（例如只显示小于10米 的水深），能设置警戒区、危险区的自动报警，还可以查询其他航海信息（如港口设施、潮汐变化、海流矢量等）。有人把矢量海图称为 “ 智能化电子海图 ” ，有S57、S63等格式。光栅电子海图是指以栅格形式（也就是通常所说的图像方式）表示的数字海图，国际标准的栅格电子海图被称为“Raster Navigational Chart（RNC）”目前世界上主要的RNC产品有：英国海道测量局（UKHO）生产的ARCS和美国国家海洋及大气管理局（NOAA）生产的RNC。(1)光栅海图“忠实地”反映出纸海图上面所有的信息(如岸线、等高线、水深点、障碍物等)，并且色彩、符号与传统纸海图保持一致。航海人员对这种海图很有熟悉感，对他们进行培训较容易，能较快掌握这种系统的使用方法。(2)具有同纸海图一样的精度和可靠性，能完成标准导航任务，而且信息更多。(3)光栅海图的数字信息文件是一种图像文件，形成过程简单、可行。这些信息未经分门别类，因此不能对光栅海图进行查询式操作(如查询本船周围某一个距离内的危险物情况，本船周围水深情况等)。(4)当加入其他信息时，图像变得杂乱无章。(5)不能任意旋转海图方向，不能提供自动深度报警。(6)一般比矢量海图占用空间大。 海图ENCIMO MSC 232（82）性能标准对ENC的定义为：“电子航海图（ENC）系指由政府，或政府授权的航道测量机构或其他相关政府机构发布的与ECDIS一起使用的数据库，其内容、结构和格式都已标准化，并符合IHO标准。ENC包含安全航行所需的所有海图信息，并可包含纸质海图上没有但可视为安全航行所需的补充信息（例如航行指南）。”ENC的特点：（1）ENC为矢量海图；（2）官方发布，内容基于主管水道测量局的原始数据或官方海图；（3）根据S-57标准进行编码和编制，根据S-63标准加密；（4）ENC采用WGS84大地坐标系；（5）内容的保证由发行机构的水道测量局负责；（6）只由主管水道测量局发行；（7）根据数字化分发的官方改正数据进行定期改正。光栅航海图RNCIMO MSC 232（82）性能标准对RNC的定义为：“光栅航海图（RNC）系指由政府授权的航道测量机构发出或经其授权分发的纸质海图的复制品。”RNC的特点：（1）由官方纸质海图复制而成；（2）根据S-61标准制作；（3）内容的保证由发行数据的水道测量局负责；（4）根据数字化分发的官方改正数据进行定期改正。ECDIS“双重燃料”1998年7月召开的IMO NAV第44次会议上，会议讨论通过了在ECDIS A.817(19)性能上附带一个关于RCDS的性能标准的条款(草案)，目的是使ECDIS系统在ENC不足时或无法覆盖的部分可选择使用光栅海图；而会议在讨论“光栅海图能否作为SOLAS公约纸海图等效物”的议案时，会议仍存在着分歧。因此，ECDIS可以用于显示ENC、RNC或同时ENC与RNC的电子海图，把ECDIS能同时显示ENC和RNC的种性能称为“双重燃料（dual fuel）”。但ECDIS的双重燃料并不能视为是纸海图的等效物，即使用ECDIS“双重燃料”功能时还必须配有纸海图。 RCDS模式有以下局限性：（1）光栅扫描海图为有边界海图，如同纸质海图。（2）光栅扫描海图不能启动诸如防止搁浅的自动报警功能，但可以由用户加入信息的方式产生某些报警功能（如船舶的安全等深线、孤立危险物等）。（3）海图基准面和投影可能与ENC不同。（4）海图上的特征不能被简化或移除以满足某些特定航行要求，诸如雷达信息的叠加等。（5）光栅扫描海图应以其纸质海图的比例尺显示，过分的放大或缩小会严重降低RCDS的性能。（6）RCDS的海图变向显示会影响海图资料的读取。（7）不能对海图物标的附加信息进行选择性查询。（8）不能设置和高亮显示安全等深线或水深点。（9）基于光栅扫描海图，不同的颜色可能用于显示类似的海图信息，也可能出现白天和夜间颜色的不同。SOLAS公约对ENC和RNC的配备要求航行海域ENC是否覆盖？是否是否当前ECDIS使用的电子海图数据是？ENC（以满足航行需要的比例尺海图覆盖）RNC（以满足航行需要的比例尺海图覆盖）RNC商业海图要求的后备装置是？独立的ECDIS或其他满足要求的后备装置独立的ECDIS或其他满足要求的后备装置没有要求没有要求是否需要配备纸质海图?不需要（除后备装置为纸质海图外）配置适当的纸质海图满足航行需要的全部的纸质海图满足航行需要的全部的纸质海图ECDIS工作模式ECDIS模式RCDS模式RCDS模式ECS模式ECDIS是否完全满足海图配备要求？是是否否纸海图、RNC、ENC的比较功能纸海图RNCENC位置显示人工自动实时自动实时航线检查无无有防止搁浅无无有偏航报警无有有对象数据无无拾取显示综合功能无有有缩放无有限无级更新人工自动自动显示尺寸大小小分辨率好限制限制信息量有限有限大航线设计海图限制海图限制无坐标系差异大同纸海图WGS84夜晚使用灯光亮度调整颜色调整系统电子航海图SENCIMO MSC 232（82）性能标准对SENC的定义为：“系统电子航海图（SENC）系指一个数据库，以制造商内部ECDIS格式由整个ENC内容及其各次更新的无损转换而成。该数据库由ECDIS用于显示生成的海图和其他导航功能，等同于一张最新的纸质海图。SENC还可包含航海人员增加的信息和其他来源的信息。”官方电子海图（ENC）是为交换电子海图数据而设计的。显示电子海图，ENCs并不是存储、操作或准备数据的最有效方法。为此，ECDIS/ECS系统研制者设计了适合自己系统的电子海图存储格式或数据结构，目的是要使电子海图系统满足IHO S-52标准的性能要求。由此产生的电子海图存储格式或数据结构或数据库称为系统电子海图。SENC包括了ENC的所有信息和改正信息。任何一家原始设备制造厂家或电子海图应用设备制造厂家（OEM）的ECDIS/ECS都有自己的SENC，如DirectENC，是德国SevenCs公司电子海图软件开发包（SDK）的SENC；CM-93，是挪威C-MAP公司电子海图软件开发包（SDK）的SENC等。系统光栅航海图SRNCIMO MSC 232（82）性能标准对SRNC的定义为：“系统光栅航海图数据库（SRNC）系指RCDS转换RNC以通过适当方式对RNC进行更新而产生的数据库。”官方海图官方电子海图是由海道测量机构或其他相关政府机构定义的，或是由上述机构所有的。只有国家海道测量机构可以生产或授权其国家海域的电子海图生产。用户可以通过查询官方电子海图的生产机构代码、版次和更新号等了解官方电子海图的产品信息。官方海道测量机构对私人生产的、非官方的电子海图的精度或可靠性不负任何责任。(1)官方矢量数据ENC，由国家航道当局授权并颁发，按国际航道组织标准(S -57电子海图数据的传输标准)生产，它通常称为ENC数据。(2)官方光栅数据RNC，对纸海图进行扫描后而得到的数字信息文件，极受国家航道当局的欢迎，如英国的UKHO、美国的NOAA和加拿大的CHS。商业海图商业海图也称非标准电子海图，是指不符合 IHO 相关标准的电子海图，主要由非官方机构按自己数据格式生产制作的电子海图数据均属于非标准电子海图。 在航海领域常用的非标准电子海图主要有 C-Map 公司的 CM93 数据、Transas公司的 TX97 数据和美国国家地理空间情报局（NGA）生产的数字航海图（Digital Nautical Chart 简称 DNC）。非标准电子海图相对标准电子海图（ENC）存在着明显的缺陷，主要有： （1）不是官方海道测量机构制作的，不能保证数据的权威性。 （2）不直接从事海道测量，数据的现势性不能得到保证。 （3）通用性较差。ECDIS的认证ECDIS认证是指检验ECDIS设备是否符合IMO关于ECDIS的性能标准的要求、并予以承认的过程。认证过程由国际公认的认证实验室或专门从事认证的海事机关来执行。目前只有少数国家的航海安全管理局或海运局有自己的一套认证程序，世界上许多国家没有专门的ECDIS认证机构或组织。因此，许多国家大都会认可他国颁发的ECDIS认证证书。目前新诺XINUO正在向ECDIS认证方沟通相关事宜对于用户而言，要判断一套ECDIS系统是否经过了认证，最简单的方法是向电子海图系统生产商索要一份ECDIS型式认可的复印件 。1.2 电子海图系统系统组成1.3 电子海图系统有关国际规定1.4 电子海图显示与信息系统1.4.1 系统组成及硬件要求硬件部分ECDIS实质上是一个具有高性能的内、外部接口符合S52标准要求的船用计算机系统。系统的中心是高速中央处理器和大容量的内部和外部存储器。外部存储器的容量应保证能够容纳整个ENC 、ENC改正数据和SENC。中央处理器、内存和显存容量应保证显示一幅电子海图所需时间不超过5秒。内部接口应包括图形卡、语音卡、硬盘和光盘控制卡等。以光盘或软盘为载体的ENC及其改正数据，以及用于测试ECDIS性能的测试数据集可通过内部接口直接录入硬盘，船舶驾驶员在电子海图上所进行的一些手工标绘、注记，以及电子海图的手工改正数据的输入等可通过键盘和游标实现。同喇叭相连接的语音卡，以实现语音报警。图形显示器用于显示电子海图，其尺寸、颜色和分辩率应符合IHO S-52的最低要求，即有效画面最小尺寸应为350x270mm，不少于64种颜色，像素尺寸小于0.3mm。在进行航路监视时显示海图的有效尺寸至少应为270mmx270mm（IMO ECDIS 性能标准的要求）。文本显示器用于显示航行警告、航路指南、航标表等航海咨询信息，其尺寸应不小于14寸，支持24x80字符显示。软件部分海图信息处理软件：由ENC向SENC转换的软件、电子海图自动和手工改正软件、海图符号库的管理软件、航海咨询信息的管理软件、电子海图库的管理软件、海图要素分类及编码系统的管理软件、用户数据的管理软件等。电子海图显示系统软件：电子海图合成软件（给定显示区域、比例尺和投影方式，搜索合适的海图数据，并进行投影和裁剪计算，生成图形文件）、电子海图显示软件（根据图形文件调用符号库，在屏幕上绘制海图）、电子海图上要素的搜索软件、航海咨询信息的显示软件等。计划航线设计软件: 在电子海图上手工绘制和修改计划航线、计划航线可行性检查、经验（推荐）航线库的管理、航行计划列表的生成（每个航行段的距离、航速、航向、航行时间等）。传感器接口软件：与GPS、LORAN-C、罗经、计程仪、风速风向仪、测深仪、AIS、雷达/ARPA、卫星船站、自动舵等设备的接口软件，以及从这些传感器所读取的信息的调度和综合处理软件。航路监视软件：计算船舶偏离计划航线的距离、检测航行前方的危险物和浅水域、危险指示和报警等。航行记录软件：记录船舶航行过程中所使用的海图的详细信息以及航行要素，实现类似“黑匣子”的功能。航海问题的求解软件：船位推算、恒向线和大圆航法计算、距离和方位计算、陆标定位计算、大地问题正反解计算、不同大地坐标系之间的换算、船舶避碰要素（CPA、TCPA）计算等传感器的种类船舶自动识别系统、Track Pilot航迹舵、AMWSS驾驶台值班系统、Route Backup航线备份、GPS、风速仪、测深仪、计程仪、电罗经、发动机控制系统、水温指示器、报警器等。传感器性能极限航海人员必须明确认识和理解传感器的性能极限和误差来源，做到在使用ECDIS的时候，能够掌握并正确处理传感器的运行：仪器所基于的坐标系的不同导致的误差仪器天线、传感器的位置造成的误差仪器性能的下降或突然的故障仪器产生数据的时间周期不同步等ECDIS的网络组成ECDIS的网络组成1.4.2 系统海图及功能与其他导航系统与设备的集成雷达图像、ARPA目标叠加雷达图像可以叠加在电子海图上显示，但应注意：整个图像不能完全重合。（主定位系统误差造成）某物标的位移。（物标的位置变化）船舶航行矢量线不重合。ARPA目标需要捕捉后，才能在ECDIS上显示。1.4.3 替代纸质海图的条件ECDIS与AIS数据融合需要注意如下问题：（1）由于本系统扫描周期和AIS信号发送周期不同可能造成AIS目标与ARPA目标不完全重合。（2）由于他船定位系统有误差，导致他船位置显示错误。此外，ECDIS还提供AIS消息接收和发送功能，他船发来的AIS消息可显示在电子海图上，在电子海图上可直接回复，可单发或群发。（3）还要注意的是，AIS是被动接收的，若他船AIS未开机或者故障，会导致其不在ECDIS显示。一定要保持正规瞭望，不应只盯着屏幕航行。海图外其他航海信息的使用ECDIS可以显示的其他航海信息主要包括：（1）航路指南：世界航路指南信息；（2）港口信息：相当于港口指南的信息；（3）潮汐信息：相当于潮汐表的信息，并能够根据地理位置和时间进行推算潮位；（4）气象信息：风向、风力以及天气情况、气象图等；（5）海流信息：流向、流速信息，能以表格形式显示，也能以矢量方式在海图界面上显示；（6）