鲍秀英的情人:电子海图的种类和使用

电子海图的种类和使用

栾法敏

摘  要：电子海图的使用越来越普及，本文从专业的角度上来介绍电子海图的种类、操作标准及功能、特性、作用以及它的一些局限性等。

关键词：电子海图的种类   操作标准   特性

中图分类号：U675.81             文献标识码：A              文章编号：1006-7973（2007）01-0041-04

一、引言

自从人类文明拥有了航海技术以来，航海家们非常关心的问题是船舶在大海中的准确船位。为了获取船舶位置，航海家们不得不使用测定天体/观测陆标/接受无线电信号等手段获取船位线，然后将船位线或者数字船位标绘在海图上，进而获取直观的船舶位置。驾驶员根据获取的船位来判断航行的安全性，判断船舶是否航行在计划航线上。在实践操作过程中，驾驶人员往往花费在观测和标绘上的时间较多，而且判断航行的安全性往往要在做完观测和标绘后才能进行。也就是说，采用这种在海图上标绘进而获取船位的方式，驾驶人员很难得到直观的即时船位，驾驶人员所标绘出的直观船位是观测那一瞬间的船位而非即时的船位，造成了船位的获取滞后的现象。如果在大洋中这种滞后影响不是很大，如果近岸航行的时候就会对船舶的安全造成很大的影响。

电子海图能够解决在传统纸质海图上定位而产生的船位获取滞后的现象，可以自动的将即时船位即时的显示在海图上，让驾驶人员能够根据显示的即时船位连续性的来判断船舶航行的安全性；对电子海图的使用更为有益的是通过GPS/DGPS所获得的船位是不间断的，让电子海图的使用有了有利的技术保证。一个好的引水员或者团队最好可以做到每3分钟获取一个船位，电子海图系统可以做到每秒钟获取一个较为准确和值得信赖的船位。

电子海图也可以整合处理别的一些助航信息，譬如船舶的航向/船速/测深仪和雷达的数据等，这些助航信息和即时船位一并显示在仪器上；而且可以把所有的这些信息设定报警范围，报警时可以预先提醒驾驶员潜在的航行危险，进而确保船舶航行的安全性。

总而言之，在电子海图的帮助下，驾驶人员对即时的船舶动态和航区中存在任何危险都会一目了然，同时在雷达观测的帮助下对周围船舶的动态也做到心中有数；“知彼知己，百战不殆”，对自己和周围的情况都做到了清楚了解，航行的安全性就有了有力的保障。针对电子海图下面就着重讨论它的种类、使用方法、特性、作用以及它的一些局限性等。

二、电子海图的种类

1．电子海图相关术语

在理解什么是电子海图前，我们需要掌握一些术语和定义。我们必须区分什么是官方海图和非官方海图，官方海图指的是由政府授权的水道测量部门测量绘制的海图，而非官方海图是指由一些民间组织绘制的海图，非官方海图在绘制标准和数据的准确性上与官方海图有一定的差异。

ECS：电子海图系统（electronic chart system 缩写为ECS)是一种商业的电子海图系统，她并不完全适用于国际海事组织的SOLAS公约的全部要求。 ECS 主要用于助航，同时也是作为纸制海图功能缺陷上的一种补充。

ECDIS：电子海图显示与信息系统（An electronic chart display and information system 缩写为ECDIS)是一种使用电子导航海图或者其他功能类似的海图（譬如：NIMA 数字航用海图）并完全适用于SOLAS 公约要求的一种电子海图系统。

EC：电子海图（An electronic chart 缩写为EC)是一种数字海图并且可以显示在用计算机操作的助航系统上。

ECDB：电子海图数据库（An electronic chart data base 缩写为ECDB) 是生产电子海图的数据库。

ENC：电子导航海图（An electronic navigational chart 缩写为ENC)是由国家授权的水道测量部门发行的并且符合标准的电子海图。

ENCDB：电子导航海图数据库（The electronic navigation chart database 缩写为ENCDB) 是生产电子导航海图的数据库。

SENC：系统电子导航图 （The system electronic navigation chart 缩写为SENC) 是电子海图显示与信息系统的数据库。

RNC：光栅导航海图（A raster navigation chart 缩写为RNC) 是由国家授权的水道测量部门发行的光栅导航海图。是通过对纸质海图的一次性扫描，形成单一的数字信息文件，可以把光栅导航海图看做是纸质海图的电子复制品。

RCDS：光栅海图显示系统（A raster chart display system 缩写为RCDS) 是在ECDIS （电子海图显示与信息系统）上显示官方光栅海图的系统。光栅海图没有办法代替传统的纸质海图，因为这种海图的特性不能适应IMO 的要求，因而电子海图显示与信息系统（ECDIS）只能在电子海图系统（ECS）模式下使用光栅海图。

电子海图的显示分别可以用大比例尺和小比例尺来显示。如果要显示大比例尺，可以通过操作让显示的内容拉近然后显示的比例尺放大，当然这种大比例尺的显示也是基于海图一定精度的基础上，并不是显示的越大精度越高。因而在某些危险区域最好使用大比例尺显示图象。ECDIS无论对大比例尺显示和小比例尺显示都能够提供报警的功能。

光栅海图数据：光栅海图数据就是对纸质海图进行一次性扫描，形成单一的数字文件。所有的光栅海图数据采用单一模式，显像仪器就是从这些数字文件中提取相关的海图而显示成像。对于光栅数据来讲，很难改变海图中的独特属性和要素因为他们是不可分割的数据文件。由于海图颜色和亮度数值的数据被分配到每一个像素中，因而光栅海图容易被放大。

矢量海图数据：矢量海图数据是海图数据的另一种形式，它可以把数字化的海图信息分类分层储存（例如可以只显示小于10m的水深）。它包含图象文件和能够生成符号/点/线/文字以及颜色等要素的程序文件，这些程序文件可以改变海图中的属性和要素。矢量海图是一种智能化的电子海图，驾驶员可以选择性的显示某些所需要的信息（例如港口设施、潮汐变化、海流矢量等），矢量海图可以提供给驾驶员准确的物标间的距离，并能够设置警戒区、危险区的自动报警。

2．使用电子海图法规方面的问题

对于海图配备，SOLAS公约第5章中有明确的要求：“所有船舶必须为航行需要配备足够的现行版本的海图”。电子海图以及它的技术支持已经成熟，公约中已经把电子海图看成海图的一种，并且对电子海图的配备要求做了详细的规定。

公约中关于电子海图的大部分内容是控制生产ECDIS的设备质量，该设备必须有高度的可靠性和可操作性。通过明确的限定，只有ECDIS才可以代替纸质海图，除了ECDIS的任何系统都不能解除驾驶人员在纸质海图上标绘的责任。不管怎么样，电子海图的使用不能代替驾驶人员良好船艺，需要尽职尽责的采用各种预防措施，确保船舶和船员的安全。

电子海图系统应该看做是一种助航手段，当拥有电子海图系统这一革新的技术时，应该把它看作是一种工具而不是解决问题的万能办法。公约对电子海图的使用规定同样同其他别的助航仪器一样：一个负责任好的驾驶人员不应该完全的相信某一个助航仪器。

三、电子海图的使用

1．电子海图系统（ECS）和电子海图显示与信息系统（ECDIS）的组成

ECS and ECDIS 是在数字化海图的基础上尽可能的将所有的航海仪器结合在一起使用，将所有的助航信息综合处理并在一台或者多台装置中显示，从而提高船舶航行安全、提高航行效率的一体化航行信息系统。总的来讲，主要由以下部分组成：

电脑处理器、软件、网络：这个系统控制着船舶的一些传感系统和各个助航仪器之间的信息传递。例如可以把GPS 或者Loran C 、雷达、电罗经、电子海图等连接在一起，使得很多的信息可以显示在同一个仪器上。

海图数据库：该数据库是电子海图系统的核心部分，由光栅海图和矢量海图组成；为使海图能够显示在仪器的屏幕上提供数据信息保障。

显示系统: 这个装置主要是显示电子海图，并在电子海图上显示船舶的位置，并提供其他的船首向、船速、距离、水深等一些信息。共有两种显示模式：相对运动和真运动。相对运动模式就是将本船置于显示屏幕的中心，船舶不做运动而电子海图相对于本船运动，这种模式因为要时刻更新显示的画面，因而需要消耗大量的电脑处理器的能量。真运动模式正好与相对运动相反，电子海图不做运动而船相对与电子海图做运动。

设置系统：通过该系统使用者可以改变系统的参数，输入数据，控制电子海图的显示。雷达可以和ECDIS或者ECS连接在一起使用，当然SOLAS公约并不强制这么做。

2．ECDIS 的操作标准及功能

对于ECDIS的规范标准的制定来自3个互相关联的组织：国际海事组织（IMO）、国际水文组织(IHO) 和国际电工委员会(IEC). 国际海事组织在1995年11月首次公布了ECDIS的操作标准，并规定了ECDIS取代纸质海图的必要条件。规定包括15个附则和5个附录，附录6于1996年正式通过，该附录规定了对ECDIS的补充要求；附录7于1998年正式通过，该附录规定了ECDIS在光栅海图模式下操作的要求，以前的相关标准仅仅适应于矢量海图。随着电子海图的发展，国际海事组织对官方电子导航海图（ENC）的发行、更新、显示、颜色、专业术语和修正后的图式等都做了详细的规定，对ECDIS 操作上也做了详细的规定要求。

国际海事组织对ECDIS的操作标准总的来讲做了如下的要求：使用由国家授权的部门发行的最新版本的矢量海图，并要具备航线设计、航路监视、手动定位以及连续标绘船位的功能；要具备官方纸质海图的可靠性并能够代替纸质海图来完成工作；当遇到故障或者显示一定的信息的时候要提供适当的报警或者显示; 同时要具备一种操作模式使得可以在该模式下按照上述的标准操作光栅海图。

对ECDIS的操作标准除了上述以外，也规定了下列一些附加功能：:

• 有3种可选择的不同标准来显示系统信息。

• 确保具备正确输入ENC数据和海图改正信息的手段。

• 电子海图自动改正功能。

• 保护海图数据不被随意修改。

• 允许显示改正信息的内容。

• 分别存储改正信息的内容并在系统中保存运用记录。

• 能够使得存储中的大比例海图实现大比例显示或者小比例显示。

• 允许雷达或者ARPA的信息在ECDIS中显示。

• 要求使用北向上（NP）和真运动模式，同时也允许其他模式的使用。

• 使用IHO规定的方式、颜色和符号。

•  使用IEC规定的航海仪器和参数（量程和方位线标志、船位、本船的轨迹和矢量、转向点、潮汐信息等）

• 在电子海图中使用规定的大小的符号、字母和数字。

• 允许以符号的方式或者实际比例显示船舶。

• 显示航线设计和别的任务。

• 显示航路监视。

• 允许一人或者多人不论白天还是晚上都可以观看ECDIS。

• 允许设计的航线可以是直线也可以是曲线。

• 显示航路监视的信息。

• 可以规定计划航迹的范围，当船舶偏离安全航区或者驶近危险区域时能够提醒使用者。

• 当跟踪监视选择的航线时，要求能够显示船舶周围足够的视野范围。

• 能够在船舶偏离安全航区或者驶近危险区域时，提前一定的时间报警。

• 使用能够提供准确的连续性船位的仪器来确保船位标绘的顺利进行。

• 使用主定位系统和次定位系统来确保船位的来源。

• 当定位系统的信息丢失时能够提供报警。

• 当定位系统使用不同的地理测量系统时，能够提供报警。

• 提前12小时能够检测仪器和电子海图的持续工作能力。

• 使用至少每隔4小时标注一次船位的方式来记录整个航次的航迹。

• 不仅能够用数字的方式来显示距离和方位，而且能够用距离圈和方位线的方式来标注距离和方位。

• 要求系统连接相关的仪器而连续的显示船位、船首向和速度信息。

• 不能影响所连接的传感器的工作灵敏度，也不能因为这些传感器的连接而影响系统的工作灵敏度。

• 在船上能够对系统的主要功能进行测试，如果有故障要能够报警或显示。

• 在应急电源的支持下，能够满系统的工作需要。

• 允许电源突然停电45秒钟或者重新启动电源而不对系统造成损坏。

• 能够使用备用的设备来代替主设备使系统继续工作。

当包含最新资料的电子导航海图能够满足本轮航行的需要，并且ECDIS的仪器设备符合IMO的要求，设备由互相连接的主设备和备用的副设备构成并和所有传感器连接，可以在没有纸质海图的帮助下穿越国家规定的可航水域；在上述条件都满足的情况下，根据SOLAS公约的规定，ECDIS可以代替纸质海图。

第一个型号的ECDIS随着1998年标准的出台于1999年正式通过认证验收合格。

认证代理部门签署的证书有效期为2年。如果更新升级，通过检验认为系统、软件版本、组成部分以及使用的材料符合标准的要求，而且这种更新变化能够被看得见，而且不会影响标准的要求。

生产商旨在提供符合标准的ECDIS给船舶经营者，而不是不符合标准的产品。如果没有充足的电子导航海图为ECDIS提供工作保障的话，那么船舶不得不配备改正到最新日期的纸质海图在船上。有些不完全的部分设备小到在单个个人电脑中运行ECDIS软件，大到配备IEC所认可硬件的ECDIS。在这种情况下，在纸质海图上进行标绘是最基础的手段。当电子导航海图及其改正信息满足航行需要的时候，而且政府允许在没有纸质海图的帮助可以航行的情况下，船舶经营着可以把他们的设备升级到将ECDIS符合IMO的全部要求并作为航行的最基本手段。

3．ECS 的操作标准及功能

虽然IMO不为ESC设定标准，美国的海事无线电技术委员会（RTCM）逐渐对ESC形成了一个民间的生产技术方面的标准。该标准于1994年颁布，标准要求 ECS 能够执行执行最基本的航海功能，并能够提供可以显示一些航海信息的指示器；这个标准允许ECS既可以使用光栅海图也可以使用矢量海图，和一些简单可靠的最新的改正信息。

2001年11月，RTCM出版了“RTCM对电子海图系统推荐标准”的版本2.1，这个更新的版本为了更好的确定行驶在不同区域的不同级别船舶的适应要求。3个级别的船舶被界定如下：

大型商船（远洋船)

小型商船（拖轮、研究考察船）

小船 (游艇、渔船等)

目的是让使用者、生产商、主管部门对不同类型的船舶对ECS的配备上区分对待。RTCM标准的指导思想是ECS能够最低的满足减少事故危险提高航行效率。

总的来讲，ECS不象ECDIS一样，ECS不必要完全遵从SOLAS对海图要求的最新规定。正因为如此，ECS必须被认为是一种单一的助航仪器，需要使用由政府授权的部门发行的纸质海图来标绘。

最初，IMO规定在ECDIS总使用矢量海图，光栅海图不具备矢量海图所具有的可变通性。但是世界水文测量部门对一些重要区域不仅仅只生产矢量海图，同时商业利益也刺激了大量的光栅海图出现在电子海图市场上；许多国家的水文测量部门也制作自己的光栅海图以满足市场的需要。结果是需要人工精心制作的矢量海图的生产远远落后于光栅海图，大量的一整套光栅海图覆盖了世界航行密集区域。鉴于这种局面，然后IMO不得不将规定改正为允许ECDIS在RCDS（电子光栅海图系统）模式下使用官方光栅海图并结合一定纸质海图来工作。每个国家可以作出规定授权使用光栅海图系统并规定在自己水域中与光栅海图系统结合使用的纸质海图的数量与内容。

总的来讲，ECS没有被设计成可以显示S-57模式，而且也难以满足ECDIS或者RCDIS的工作标准。但是当使用光栅海图或者非S-57模式矢量海图的时候ECDIS能够在ECS模式下进行操作。当一个通过标准认证的ECDIS 在没有备用ECDIS连接的时候或者使用非官方电子导航海图或者使用没有被改正过的电子导航海图，这种情况下可以说是在ECS模式下工作，这时的ECDIS 不能够代替官方的改正过的纸质海图。

四、电子海图的显示特性

生产电子海图系统的厂商已经设计好了系统专利性的颜色和符号标记，但是IMO的标准要求所有的通过标准认证的ECDIS必须服从国际水文组织（IHO）所规定的颜色和符号标记。这些规定被收录在ECDIS使用说明书中。ECDIS的发展在1990年前后与加拿大和德国的努力分不开的，为了提高ECDIS对航行的安全性，所有的信息都应该被清楚的显示出来，而且这些信息都不是模棱两可和断章取意的。非官方的ECS在IHO的控制下继续自由的发展，总的来讲，他们想努力赶超传统的纸质海图。

为减少杂乱，IMO规定永久显示最基本的信息譬如水深、助航仪器以及海岸线等信息；其他的信息可以做一定的选择，驾驶人员可以根据航行的需要来选择。晚上黑色的背景显示可以有一个好的视觉效果而不影响驾驶员的视觉。同样地，为了在白天对显示有好的视觉效果也设计了非常亮的显示，同时也尽可能的对浮标等在颜色上有比较大的对比度，易于辨认。

对ECDIS的图标符号是在熟悉的纸质海图图标符号的基础上，增加了一些可选择性的额外的一些东西，譬如在夜间可以显示清晰的简单的浮标。自从ECDIS被船上熟悉使用以来，新的一些符号被加了进去，譬如高亮度的可选择的安全等深线，显著的孤立危险标等。

使用说明书中对图标的颜色和符号以及在电子导航海图中的使用规定都有详细的说明，同时也对特殊情况做了说明，譬如对交迭物标的优先显示等。任何在电子导航海图中的显示特征必须符合使用说明中符号对照表的规定，对于复杂的情况，要使用代表性的符号来表示，这种做法被用做象灯这样的物标，因为灯光有很多种变化，如果在对照表上一一表示会比较麻烦。使用说明书中有一张海图，对所有符号进行了图例说明。给出了IHO S-57的数据标准和S-52的显示特性，不管是水文测量部门生产的ENC还是厂商生产的ECDIS，它们显示的水域应该看上去一样。

使用矢量海图的ECDIS最大的优点是能够在显示中消除一些不需要的杂乱的信息，而纸质海图和光栅海图就不能够改变。第二个优点是可以根据需要显示“COURSE-UP”，这样的话图象可以移动到屏幕上方，易于观察。

得益于大功能计算机的帮助，一些ECDIS现在可以分屏显示，运动模式、方位以及显示比例分别被显示在不同的屏幕板面上；譬如，一边显示小比例尺的“NORTH-UP”真运动模式，另一边则显示大比例尺的“COURSE –UP”相对运动模式。另一个显示优点是在使用图象推拉功能时（ZOOM）要显示的内容会自动的出现在屏幕的中央，这些功能是光栅海图所不具备的。

显示方式由一套规则所支配，而且电子海图数据是被分层次存储的；例如，当线条重叠时，次要的线条就不会显示。更复杂的规则是总是把物标的相关信息显示在同一个位置，不论这个位置是否有别的东西存在。因为一个长的名字或者灯质的说明总是盖住另一个物标，所以唯一的解决方法是把物标拉近（ZOOM IN）直到和别的物标分开。注意由于显示较多的内容会引起视觉上的杂乱，而且对航行安全并非至关重要的内容，在使用的时候可以不让这些内容出现。

显示比例虽然可以随意调整，但是要求可以表示出距离物标的距离。一些生产商使用相当严格但是熟悉的雷达距标圈来完成表示物标距离的要求，另外一些生产商使用其他的方式来获取距离。ECDIS也在显示的一边显示1海里的比例线，同时也选择性的显示航向和速度的矢量。显示船首线并指示在将来1分钟、3分钟或者其他可选择的时间船舶的轨迹。

ECDIS有一个可选择的手动改正海图的功能，可以在显示上画线，增加文字内容以及插入一些储存的物标等。这些可以存储在使用者的文件中，在使用的时候调出，然后在显示屏幕上编辑。一但调入到系统电子导航海图中，这些物标就象系统电子导航海图中其他的物标一样，可以被选择的使用。

ECDIS可以把选择性的把ARPA和雷达的图象转移到本系统中显示。 IMO对ECDIS的要求标准是使用者为了避免出现太多海图上的杂乱信息，可以让雷达图象不显示海图中某些信息。

五、结束语

电子海图越来越广泛的使用在商船和渔船上，随着电子海图使用上的普及，越来越多的人对电子海图感到并不陌生；但是，电子海图毕竟有一定的局限性，而且现在可以生产ECS和ECDIS的厂商也很多，使用方法也不尽相同，使用者在使用的时候需要认真阅读说明书，确保正确的使用电子海图，保证航行的安全。

参考文献

[1] IMO 有关电子海图的规定．

[2] SOLOAS 公约．

[3] 余胜超，郑海，瞿学林．电子海图系统中航海数据加密技术的研究与实现．航海技术．2003，03．

Abstract: Electronic Charts was widely used in the navigation, here introduce its type/capability and performance standards/characteristics/function and limits etc.

Key Word: Electronic Chart’s type , performance standards, characteristics