1、三亚航空旅游职业学院自编讲义电子海图显示与信息系统主编 岳昌华副主编 主审 三亚航空旅游职业学院2013 年 12 月 11 日前言电子海图系统是近十几年来航海领域出现并逐渐成熟的一项新技术。这项新技术适应了海运船舶驾驶实践的需求：航道拥挤程度的提高、船舶的大型化、以及超高速船舶的出现给船舶航行安全提出了严峻的挑战。解决这个问题的一种方式是集成式地把本船的位置、所处的静态环境、周围的动态目标信息显示在一个屏幕上，使得船舶驾驶员能够迅速地获取所有这些信息，及时地做出操船决策。海运船舶驾驶中使用各种现代化的导航设备和雷达设备，能够在很短的时间间隔内获取精确可靠的关于船位、船舶运动参数以及周围环境方
2、面的信息。 使用电子海图，能够把驾驶员从海图作业这一事务性工作中解脱出来，使其把主要精力放在航行监视和及时制定操船决策上来 。20 世纪 70 年代末，微电子技术的迅猛发展为电子海图的产生创造了条件。当时的船用电子海图系统被称为“视频航迹标绘仪”。 多功能船用电子海图系统在八十年代中期蓬勃发展起来。该系统是一种集成式的导航信息系统，它在使用电子海图的基础上，完成综合的船舶驾驶任务。多功能船用电子海图系统对保证船舶航行安全所起的重要作用得到了 IMO 和 IHO 以及众多航海专家的认可。ECDIS 的概念正是在总结多功能船用电子海图系统的结构、功能和应用的基础上提出来的。 1986 年 7 月，
3、IMO 和 IHO 开始合作, 成立了 ECDIS 协调小组（HGE） ，共同研究ECDIS。 1988 年 10 月 IMO 和 IHO 联合组织了著名的北海工程实验，以评价 ECDIS 的功能，分析其潜在用途。此后， IMO 和 IHO 均积极地对 ECDIS 进行研究，讨论制定相关的标准和规范：IMO 1995 年 11 月在第 19 届大会上，作为 A.817(19)号决议正式批准了现行的“IMO ECDIS 性能标准” 。96 年和 98 年进行了进一步修正。IHO 1991 年颁布了数字化海道测量数据传输标准 SP-57， 1993 年 11 月颁布了该标准的第二版，并称为 S-5
4、7。1996 年 11 月颁布了 S-57 的第三版, 也即现行标准。2000 年修订为3.1 版。IHO 电子海图显示系统委员会（COE） 1990 年 5 月发布了 ECDIS 海图内容和显示暂行规范 SP-52，1992 年 9 月颁布了该规范的第二版，1993 年 10 月颁布了该规范的第三版，并称为 S-52。1996 年 12 月颁布了 S-52 的第五版，即现行标准。目录第一章电子海图与电子海图系统随着计算机技术和航海技术的不断发展，产生了以数字形式表示的电子海图以及各种电子海图应用系统。它们的出现时水道测量领域和航海领域的一场新技术革命，使海图研究、生产以及使用跨入了一个新的纪
5、元，也促使航海自动化迈上了新台阶。所谓电子海图是在显示器上显示出海图信息和其他航海信息，所以也成为“屏幕海图” 。电子海图和其应用环境组成电子海图系统。对于电子海图及其系统，国际海事组织（IMO） 、国际水道组织（IHO）和国际电子技术委员会（IEC）都做出了相应的规定。本章对这方面进行讨论。第一节 电子海图与标准电子海图一、 电子海图“电子海图”是一个很模糊的概念，一般把各种数字式海图及其应用系统统称为电子海图。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
6、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。电子海图是描述海域地理信息和航海信息的数字化产品，主要涉及海洋及其毗邻的陆地，详细描述了岸形、岛屿、礁石、浅滩、沉船、水深、底质、助航标志、潮流、海流等航海所需的材料。电子海图按照制作方式可以分为：矢量电子海图（Vector charts）：是将数字化的海图信息分类存储的数据库，使用者可以选择性的查询、显示和使用数据，并可以和其他船舶系统相结合，提供诸如警戒区、危险区的自动报警等功能。矢量电子海图也被成为“智能电子海图”。光栅电子海图（Raster charts）：通过对纸
7、质海图的光学扫描形成的数据信息文件，可以看作是纸质海图的复制品。因此，不能提供选择性的查询和显示功能（如查询某一海图要素特征，或隐去某类海图要素等） 。光栅电子海图也被称为“非智能电子海图”。目前，电子海图以矢量电子海图为主，光栅电子海图是在没有矢量电子海图的海域作为补充使用。二、标准电子海图随着电子海图的发展，相关国际组织通过制定标准规范和统一电子海图的数据格式，随之产生了标准的光栅电子海图和矢量电子海图，即光栅扫描航海图和电子航海图。光栅扫描航海图（Raster Navigational Charts，RNC）：符合国际水道组织（IHO） 光栅航海图产品规范 （S-61）的光栅电子海图，是
8、通过国家水道部或国家水道部授权出版的海图数字扫描而成，并结合显示系统提供连续自动的定位功能的电子海图。RNC 具有以下属性：由官方纸质海图的复制而成；根据国际标准制作；内容的保证由发行数据的水道测量局负责；根据数字化分发的官方改正数据进行定期改正。电子航海海图（Electronic Navigational Charts，ENC）：ENC 是内容、结构、格式均标准化了的数据库，这个数据库由官方授权的权威海道测量部门制作发行，供 ECDIS 使用。 这种海图不仅具有安全航行所需要的所有信息，还可以具有被认为是航行安全所需的其他纸质海图没有的信息。ENC 具有以下属性：内容基于主管水道测量局的原始
9、数据或官方海图；只由主管水道测量局发行；根据国际标准进行编码和编制；基于 WGS84 坐标系；内容的保证由发行数据的水道测量局负责；根据数字化分发的官方改正数据进行定期改正。通常所说的标准电子海图就是指 ENC。不符合标准的电子海图，以及由非官方机构按自己数据格式生产制作的电子海图数据属于非标准电子海图。相对于标准电子海图（ENC） ，非标准电子海图存在以下缺点，非用户带来航行安全隐患。不是官方水道测量机构制作，数据不具备权威性；不直接从事水道测量，不能保持数据的实时更新；通用性较差.第二节 电子海图应用系统第三节 电子海图系统相关标准第四节 电子海图显示与信息系统电子海图显示与信息系统的组成
10、如图 1-1-3 所示，包括硬件和软件两大部分。图 1-1-3 电子海图显示与信息系统的组成一、硬件部分ECDIS 实质上是一个高性能的、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。外部存储器存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、
11、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，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。利用打印机可实现电子海图和航行状态的硬拷贝，以便事后分析。VDR 按国际海事组织的要求记录航行数据。外
12、部接口一般是含有 CPU 的智能接口，保证从外部传感器接收信息（包括GPS、LORAN-C、罗经、计程仪、风速风向仪、测深仪、AIS、雷达/ARPA、卫星船站、自动舵等设备的信息）并按照一定的调度策略向主机发送这些信息。通过船用通信设备（如INMARSAT-C）不仅自动接收 ENC 的改正数据，实现电子海图的自动改正，而且还可接收其他诸如气象预报数据等。二、软件部分ECDIS 主要包括以下软件：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
13、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
14、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。三、ECDIS 替代纸质海图的条件SOLAS 公约关于海图配备要求.电子海图取代纸质海图的条件ECDIS 的性能标准、海图显示规范、数据标准、硬件设备标准的建立为 ECDIS 的合法化和实用化铺平了道路，标志着 ECDIS 取代电子海图的时代来临。电子海图要取代纸质海图，必须满足以下条件：ECDIS 需满足 IEC 61174 标准，病通过有关机构的类型认可；改正至最新的官方 ENC（官方水道测量部门提供的符合 IHO S-57 标准，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）并配备适当的备用配置。
