电子海图与电子海图系统讲解

第一章 电子海图与电子海图系统第一节 电子海图与标准电子海图随着计算机技术与航海技术的不断发展，产生了以数字形式表示的海图以及各种电子海图应运系统。它们的出现是水道测量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元，也促使航海自动化迈上新的台阶。所谓的电子海图（Electronic chart, EC）是在显示器上显示出海图信息和其他航海信息，所以也称“屏幕海图”。电子海图及其应用环境组成电子海图系统。一、 电子海图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。详细的描述了岸形、岛屿、礁石、浅滩、沉船、水深、地质、助航标志、潮流、海流等航海所需的资料。电子海图按照制作方法可分为矢量电子海图和光栅电子海图两大类。（一） 矢量电子海图 （Vector Charts） 以矢量形式表示的数字海图。海图中的每个要素是以点、线、面等几何图形的形式存储在电子海图数据文件中、具有存储小、显示速度快、精度高、支持智能化航海等优点。用户查询电子海图中任意图标的细节（如灯标、颜色、周期）可根据需要有选择的显示不同的层次信息（如只显示小于10M的水深点）。矢量电子海图与其他的船舶系统相结合，能提供警戒区、危险区等自动报警功能。矢量电子海图被称为“智能电子海图”。（二） 光栅电子海图（Raster Charts）以光栅形式表示的数字海图,通过对纸质的海图的一次性扫描，形成单一的数字信息文件；以像素的排列反映海图中的要素，依靠眼睛识别航海要素。因此，光栅电子海图被认为是纸质海图的复制品，它包含的信息（如岸线、水深等）如纸质海图一一对应。光栅电子海图也可与定位传感器（如GPS）连接，但由于光栅电子海图制作原理上的局限性，光栅电子海图不能够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特征等）。光栅电子海图被称为“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、 标准的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的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。（一） 光栅扫描航海图（Raster Navigational Chart, RNC）符合国际水道测量组织（IHO）光栅海图产品规范S-61的光栅电子海图，是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，并与显示系统结合提供连续的自动定位功能的电子海图。 RNC具有以下属性：（1） 由官方纸质海图复制而成；（2） 根据国家标准制作；（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。RNC通常用于单一的海图或海图集的一些标准中。目前世界上主要的光栅扫描航海图产品有英国水道测量局（UKHO）生产的ARCS和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）生产的RNC等。（二） 电子航海图（Electronic Navigational Chart , ENC）ENC是完全符合相关国家标准的，由政府或授权的航道测量机构或相关政府机构发布的与ECDIS一起使用的数据库，具有标准化的内容，结构和格式。ENC包含安全航行所需的所以海图信息，并可包含如航路指南等纸质海图上没有但安全航行所需的补充信息。 ENC具有以下属性：(1) 内容基于主管水道测量局的原始数据或官方海图；(2) 根据国际标准进行编码和编制；(3) 基于WGS84坐标系；(4) 内容的保证由发行数据的水道测量局负责；(5) 由主管的水道局负责发行；(6) 根据数据化分发的官方改正数据进行定期的改正。通常所说的标准电子海图就是指ENC。不符合的标准的电子海图，以及由非官方机构自己数据格式制作的电子海图属于非标准的电子海图。相对于标准的电子海图（ENC）非标准电子海图存在如下缺点，给用户带来航行安全隐患。（1） 不是官方水道测量机构制作，不能保证数据的权威；（2） 不直接从事水道测量，不能保持数据的实时更新；（3） 通用性较差。目前，航海上通常用的非标准电子海图主要是罗威C-Map公司的CM93数据、英国商船（Transan）公司的TX97数据和美国国家地理空间站情报局(NGA)生产的数字航海图（Digital Nautical chart, DNC）.美国标准的ENC主要由另一家官方水道测量机构-美国国家海洋和大气管理局（NOAA）生产制作。第二节 电子海图应用系统电子海图，无论是矢量电子海图还是光栅电子海图，都只是将海上空间信息按照数据的方式进行组织和存储而形成的数据文件，无法单独使用。电子海图需要与电子计算机、通导设备、应用系统软件等相结合，实行信息显示、船位标绘、船位标绘、航线设计等导航功能。电子海图应用系统是指接受并显示电子海图数据，提供一定功能的软件或设备（包括软件和硬件）。电子海图应用系统种类很多，目前主要是有电子海图显示与信息系统（ECDIS）、电子海图系统（ECS）光栅海图显示系统（RCDS）一、电子海图显示与信息系统 电子海图显示与信息系统 （Electronic Chart Display and Information System, ECDIS）是指一种有足够备用装置，符合经修正的1974年SOLAS公约第V/19条和第V/27条要求的最新航行信息系统，可有选择的显示系统电子海图（SENC）信息及航行传感器的位置信息，帮助用户进行航线设计和航行监控，及显示其他相关航行信息。二、系统电子航海图快速显示ENC，将ENC及其更新数据无损的转换成制造商内部ECDIS格式后形成的数据库。如图所示。在ECDIS中将ENC进行格式转换，并综合用户手动改正信息和其它来源信息,形成SENC,显示设备直接读取和显示SENC. 电子海图显示设备 电子航海图 转化 系统电子海图 改正信息 ENC SENC 其它信息 ECDIS 三、电子海图系统 电子海图系统（Electronic Chart System ,ECS）是指用于显示官方或非管方矢量电子海图或光栅电子海图数据库，但不符合ECDIS相关国际标准的电子海图显示系统。ECS也可具有各种导航应用功能。ECS和ECDIS之间并没有明显的区界限，就显示界面而言，一个性能完善的ECS与ECDIS无本质区别。对ECS的相关要求略低于ECDIS，ECDIS中某些必备功能（如临时标绘）在ECS中并不强制要求。ECS可以使用非官方、非S-57格式的海图数据库，而ECDIS必须使用官方电子航海图（ENC）四、光栅海图显示系统光栅海图显示系统（Raster Chart Display System, RCDS）是一种航行信息系统，可显示航行传感器提供的位置信息来帮助用户计划航线和监控航线，也可显示其他相关信息。与ECS相似，为了快速显示海图数据和实现其它导航功能。RCDS先对RNC及更新数据进行格式转化，再生成新的数据库，即系统光栅海图（System Raster Navigational Chart, SRNC）。 RCDS有以下局限性：（1）光栅扫描海图为边界海图，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NEC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，如雷达信息的叠加;(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。 第三节 电子海图系统相关标准一、 ECDIS相关国标标准目前，ECDIS相关国标标准主要有五个：IMO ECDIS性能标准：IHO S-52，即ECDIS的海图内容和显示规范：IHO S-57，即数字化水道测量数据传输标准；IHO S-63，即数据保护方案；国际电工委员会（International Electrotechnical Commission,IEC）的IEC 61174，即ECDIS硬件设备性能和测试标准。此外，IHO也制定了一些关于电子海图其他方面的配套标准。（一）IMO ECDIS性能标准1995年11月，IMO第19届大会正式通过A.817（19）号决议“IMO ECDIS性能标准”（Performance Standard for Electronic Chart and Display System ,ECDIS）此后在1996年11月海安会通过MSC.64（67）决议增加了性能标准附件6“ECDIS 备用装置要求”1998年MSC.86(70)决议增加了附件7“RCDS操作模式”。2006年12月通过了MSC.232(82),对标准进行了全面的修订，使之成为现行的“IMO ECDIS性能标准”，俗称为IMO PS。 IMO ECDIS性能标准给出了ECDIS的定义、适用范围、提供和更新海图信息、操作和功能要求、比例尺、其他航行信息显示、显示模式和邻近区域的生成、颜色和符合、显示要求、航线设计、航路监控和航程记录、计算和精度、性能试验、故障报警指示、备用装备、与其他设备连接。电源等内容。 该标准有7 个附件； 附件1：制定标准时所参考的其他标准； 附件2：ECDIS在航线设计和航路监控过程中可显示的海图信息分类； 附件3：ECDIS中所使用的航行要素和参数术语及其缩写； 附件4：ECDIS在航线设计和航路监控过程中自动检测到的特殊地理区域； 附件5：ECDIS的报警指示的形式和内容； 附件6：ECIDS 备用装置的要求； 附件7：RCDS操作模式的相关要求。 MSC.232(82) 建议各国政府确保： （1）在2009年1月1日及以后安装的ECDIS设备，符合不低于本决议附件所规定的性能标准；（2）在1996年1月1日之2009年1月1日期间安装的ECDIS设备，符合不低于MSC.64(67) & MSC.86(70)决议修正的A.817(19)决议附件所规定的性能标准。（二）IHO关于ECDIS的相关标准 IHO一直致力有关海图与航海出版物规范、海图符号规格及其显示等方面的标准化工作。目前IHO制定的关于ECDIS的标准主要包括：1.IHO S-52IHO S-52是IHO 关于电子海图的内容和ECDIS显示方面的标准（IHO Specifications for Chart Content and Display