电子海图显示与信息系统培训教材

第1章电子海图显示与信息系统概念1．1 引言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。

(2) Vector Charts矢量海图，是电子海图数据库的另一种形式，数字化的海图信息分类存储，因此可查询任意图标的细节(如灯标位置、颜色、周期等)，海图要素分层显示，使用者可根据需要选择不同层次的信息量(如只显示小于10m的水深)，并能设置警戒区、危险区的自动报警，还可以查询其他航海信息(如港口、潮汐、海流等)，有人称矢量海图为“智能化电子海图”。

(4) SENC系统电子导航海图，英文为System Electronic Navigational Chart，它是ECDIS内部的一个数据库。

这个数据库是为了恰当使用ENC 而由ECDIS将其进行格式转换，同时通过恰当方法改正ENC，并且由航海人员注入其他航线信息，包括航线设计使用的点、线和区域以及ECDIS图库中的任何符号和文本注记信息。

SENC供ECDIS显示存取以及完成其他航海功能，且是ECDIS的一个组成部分，它还包含来自其他信息源的信息。

SENC是ECDIS中直接读取和显示的数据库，它是由ECDIS对ENC进行格式转换而得到的，目的是为了快速显示ENC。

SENC中包括ENC的所有信息，还可包括ENC的改正信息。

ENC、SENC和ECDIS三者的关系如图所示，SENC中只包括经常使用航线上的ENC，SENC是ECDIS从ENC中选取的，转换成本身的格式而产生的，与ENC有不同的数据组织格式。

SENC包括不属于ENC中的信息，如开发人员添加的数据域、航海人员的改正信息和其他信息。

ECDIS根据SENC来显示。

(8 ) DX - 90电子海图数据提供和交换1990 (S-57早期版本中使用格式)，英文为Format for Supply and Interchangeof Digital Cartographic Data (1990)。

(9 )S - 52IHO关于ECDIS的电子海图内容和显示标准，英文为IHO Specification for Chart Contentand Display of ECDIS。

它详细规定了海图内容、显示信息、色彩、符号及海图改正应遵循的规则。

(10 ) S - 57IHO关于数字化水道测量数据即电子海图数据的传输标准，英文为IHO Transfer Standard for DigitalHydrographic Data。

它包括目标分类、DX -90 格式、ENC产品规格、ENC更新图表，1996年11月发布第3版。

(13) ECDB电子海图数据库，英文为Electronic Chart Data Base。

包括由国家航道测量部门提供的电子导航海图ENC以及如航路指南、潮汐表、灯塔表等一些航海出版物的信息，包括海图信息和航道测量信息，使用时从中选用所需部分，并可以适当地处理以满足不同使用者、不同场合对显示海图信息的需求。

(14) RNC光栅导航海图，英文为Raster Navigational Chart。

光栅格式海图是一个数字信息文件的数据库。

它是由直接数字化纸海图而得到的，是纸海图的复制品。

(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)RCDS系统对计算机软、硬件性能的要求不高，开发这种系统从技术上来说比较简单，因而它的开发费用也较低，产品的价格相应较低。

(5)当加入其他信息时，图像变得杂乱无章。

(6)不能任意旋转海图方向，不能提供自动深度报警。

(7)一般比矢量海图占用空间大。

(4)全世界大洋中的矢量海图不可能在几年内得到。

(5)海图可以旋转。

(6)使用者可以裁剪、粘贴图像，图像可放大和缩小，为安全使用ENC需培训。

(7)显示数据完整，并且更容易用于其他导航设备，如与Radar进行数据交换。

矢量海图比光栅海图有许多优点，相信最终会取代光栅海图。

但是，只有各国官方航道测量部门提供的电子导航海图ENC或数据(符合S -57标准)才能被IMO和IHO承认与纸海有相同的法律效果，因为国家航道机构提供的资料或数据，赋有对产品的质量、安全等方面的法律责任。

ECDIS(配以ENC)已经成为合法的纸海图的替代品，使用光栅海图的船舶必须要同时配备纸海图。

在过渡期内即合法的ENC不能覆盖全部海域时，在有ENC的水域使用ENC而无ENC的水域使用RNC。

在使用RNC水域必须配备相应的纸海图，也就是说RNC不能取代纸海图，最终在航运市场上最代表纸海图的是矢量格式数据而不是光栅格式数据。

1．4 ECS与ECDIS1．4．1 电子海图系统ECS一般来说，完整的电子海图系统ECS由三部分组成，如图所示。

(1)硬件设备：包括显示器、处理器、电源、控制台和接口单元。

(2)海图显示系统(ECS、ECDIS、RCDS)：是对电子海图操纵和控制的软件系统。

(3)电子海图数据库：按某一种格式(如Raster或Vector)制成的海图文件，由海图显示系统打开和显示。

1．4．2 电子海图显示与信息系统ECDIS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ECDIS之所以在航海界引起高度重视，是因为它具有纸海图无法比拟的优点。

ECDIS系统分别从陀螺罗经、计程仪、GPS／DGPS、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Radar／ARPA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。

1．5 RCDS与ECDIS的功能1．5．1 光栅海图显示系统RCDS的功能(1)将大量的海图以数字化形式存储在计算机的硬盘或CD-ROM中，便于保管、传递，极大地减少了航海保证部门在制作、保存、管理和开发过程中的人员和资金的开支。

(2)查询与提取海图方便、快捷，只要将各种海图的图号、名称、比例尺、海区、基准等信息收集存入它的数据库，就可以查询到任一张所需的海图，并将它显示在荧光屏上，整个过程所需时间可以达到秒级。

(3)更新海图快捷、方便，画面及时更新、滚动、拷贝，光栅数据进入RCDS时不需要进行转换，可以快速显示在屏幕上。

海区情况会不断发生变化，比如说某个地方沉了船，某个地方灯标移了位置等，发生这些情况后航海保证部门都会以航海通告的形式通知航海人员。

有了电子海图系统后，就可以将改正过的海图制成光盘或拷人软盘发给或出售给使用者，由使用者利用RCDS提供的海图改正模块将对应的海图替换为经过改正后的海图。

另外，也可以通过无线电或卫星通信的方式(比如使用INMARSAT 船站)来改正海图。

1．5．2 电子海图显示与信息系统ECDIS的功能它具有光栅海图所有的功能，同时还具有许多光栅海图所没有的功能：(1)可以对海图上任意一个点进行查询操作，比如可以用光标单击某灯标符号就可以查询它的有关灯质、设计的年份、可靠程度等信息。

用光标点击引航站位置，可显示该引航站的通信频率、呼号等，特别是ECDIS能显示出一些在纸海图上不能反映出来而需要查找其他航海资料才能获得的信息。

1．6 ECDIS的国际标准1．6．1 IMO的ECDIS使用性能标准1995年11月召开的IMO第19次大会通过，该标准对ECDIS的各种使用性能做出明确的规定，为未来电子海图的发展奠定了基础。

该标准还规定，ECDIS可以作为“1974年海上人命安全公约(SOLAS)中V／20条”所要求的纸海图的等价物，换句话说，ECDIS(配以ENC)可以取代传统的纸海图。

IMO明确地要求国际水道测量组织成员国生产电子海图(ENC)并尽可能早地进行联合更新服务，在设计和生产ECDIS时要保证产品质量符合性能标准。

1996年11月，IMO又增补了ECDIS备用设备的条款。

1．6．3 IEC的ECDIS测试标准与此同时，国际电工委员会IEC提出了对ECDIS硬件设备的检验和测试结果的标准。

1998年7月，这个标准(即IEC61174)被IEC确定为ECDIS系统的测试认可标准。

任何厂家生产的ECDIS系统必须按该标准经严格测试并达到标准要求的结果，才能被官方认可投入市场。

IEC还有一个对船用导航设备的“环境测试标准”，成为IEC60945，用来检测ECDIS系统在不同温度、湿度、振动等情况下的可靠性。

IMO ECDIS性能标准给出了ECDIS的定义：电子海图显示与信息系统ECDID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V／20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。

IHO S-52，规定了电子海图的内容和显示、数据结构、改正方法和信息传输途径，以及屏幕上电子海图的颜色和符号等使用细节。

IHO S-57(Edition 3．0)描述了用于各国航道测量部门之间的数字化航道测量数据的交换以及向航海人员、ECDIS的生产商发布这类数据的标准，是具有法律效力的矢量式电子导航海图和数据交换和传输标准。

IEC 61174描述了ECDIS的性能测试方法和要求的测试结果。

通过该标准的测试是ECDIS合法地成为船用设备的前提。

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。