1.1 電子海圖系統(tǒng)解析及開(kāi)發(fā) 電子海圖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

近年來(lái)隨著船舶的大型化、高速化蠢琳、多樣化和交通交通量的增加,傳統(tǒng)的紙質(zhì)海圖結(jié)合雷達(dá)的導(dǎo)航或是監(jiān)控已有點(diǎn)力不從心沦疾。為簡(jiǎn)化紙質(zhì)海圖的分發(fā)侵蒙,更新造虎,存儲(chǔ)及相關(guān)海圖作業(yè)等相關(guān)流程,利用現(xiàn)代信息技術(shù)集成海事信息為海事從業(yè)人員提供導(dǎo)航監(jiān)控決策纷闺,電子海圖系統(tǒng)這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生算凿。

電子海圖之所以在海事界引起高度重視,是因?yàn)樗哂袀鹘y(tǒng)紙海圖無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)急但。一套性能完善的電子海圖系統(tǒng)可以進(jìn)行航線輔助設(shè)計(jì)澎媒、船位實(shí)時(shí)顯示、航向航跡監(jiān)測(cè)波桩、航行自動(dòng)警報(bào)(如偏航戒努、誤入危險(xiǎn)區(qū)等)、“黑箱”自動(dòng)存儲(chǔ)本船航跡和ARPA目標(biāo)镐躲、歷史航程重新演示储玫、快速查詢各種信息(如水文、港口萤皂、潮汐撒穷、海流等)、船舶動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示(如每秒刷新船位裆熙、航速端礼、航向等)禽笑,與其它航海儀器(如GPS、電羅經(jīng)蛤奥、計(jì)程儀佳镜、雷達(dá)、Navtex凡桥、AIS等)進(jìn)行數(shù)據(jù)與信息交流蟀伸,將雷達(dá)/ARPA捕捉到的目標(biāo)船動(dòng)態(tài)疊顯在海圖上,與電子海圖系統(tǒng)相配的雷達(dá)信號(hào)綜合處理卡可直接處理和顯示來(lái)自雷達(dá)天線的視頻信號(hào)缅刽,自動(dòng)生成若干類型的搜救(SAR)航線啊掏、海圖手動(dòng)改正或編輯,海圖自動(dòng)改正(數(shù)千幅海圖的改正只需幾分鐘)衰猛。

電子海圖系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了如下4個(gè)階段迟蜜。
(1)紙質(zhì)海圖等同物:20世紀(jì)70年代末到80年代中期,僅僅是把紙質(zhì)海圖經(jīng)數(shù)字化處理后存入計(jì)算機(jī)腕侄,此時(shí)的紙質(zhì)海圖相當(dāng)于一張張的圖片小泉,而電子海圖系統(tǒng)相當(dāng)于圖片瀏覽器。
(2)功能開(kāi)拓階段:上階段只解決了海圖的存儲(chǔ)問(wèn)題冕杠,功能非這不完善微姊,基本不可能用于實(shí)踐中。到1986年分预,人們開(kāi)始嘗試挖掘電子海圖的各種潛能兢交,對(duì)電子海圖系統(tǒng)的所具備的基本功能(如顯示船們、航線設(shè)計(jì)笼痹、擱淺報(bào)警等)達(dá)到了一定共識(shí)配喳,形成了多功能船用電子海圖系統(tǒng)的雛形。
(3)船行信息系統(tǒng)階段:1990年以后凳干,電子海圖作為航行信息的集成顯示平臺(tái)晴裹,開(kāi)始了國(guó)際化、標(biāo)準(zhǔn)化的ECDIS進(jìn)程救赐。1996年北海道海道測(cè)量局完成了“電子海圖顯示和信息系統(tǒng)(ECDIS)的發(fā)展對(duì)海道測(cè)量局所產(chǎn)生的后果”的課題研究涧团,對(duì)推動(dòng)ECDIS標(biāo)準(zhǔn)的制定起了重要作用。1997年國(guó)際海事組織(IMO)與國(guó)際海道測(cè)量組織(IHO)聯(lián)合成立了ECDIS協(xié)調(diào)組(HGE)经磅,負(fù)責(zé)制定與ECDIS有關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和使用性能標(biāo)準(zhǔn)泌绣。這一時(shí)期的一款名為Chart Plotter的設(shè)備,實(shí)際上是GPS液晶屏幕在顯示本船位置的同時(shí)顯示簡(jiǎn)單的岸線和水深预厌。Chart Plotter可以看作是電子海圖的雛形或前身
(4)強(qiáng)制應(yīng)用階段:2009年IMO海安全第86次會(huì)議上阿迈,通過(guò)MSC.282(86)會(huì)議,SOLAS公約第V章19條下新增了2.10和2.11項(xiàng)轧叽,規(guī)定了電子海圖顯示與信息系統(tǒng)應(yīng)用的具體要求苗沧,開(kāi)始了電子海圖系統(tǒng)的強(qiáng)制應(yīng)用過(guò)程刊棕。

隨著電子海圖的數(shù)量和種類不斷增長(zhǎng),電子海圖的規(guī)范化問(wèn)題一直是國(guó)際組織和各國(guó)政府部門所討論的焦點(diǎn)崎页。隨之而來(lái)的便是名目繁多的術(shù)語(yǔ)鞠绰,諸如Raster、Vector飒焦、ENC、ECDIS屿笼、ECS牺荠、ARCS、RCDS驴一、DX90休雌、S-52、S-57等等肝断,下面就對(duì)這些名詞和術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解釋和說(shuō)明杈曲。

  • 電子海圖(EC) 用數(shù)字形式存儲(chǔ)的以描述海域地理信息和航海信息為主的海圖數(shù)據(jù)庫(kù);其內(nèi)容以海域要素為主胸懈,詳細(xì)表示水深担扑、礙航物、助航標(biāo)志趣钱、港口設(shè)施涌献、潮流、海流等要素首有。

  • 電子海圖系統(tǒng)(ECS) 本質(zhì)是一個(gè)電子海圖瀏覽器燕垃,后期可集成其他航海相關(guān)的信息,以達(dá)到輔助決策的目的井联。

  • 光柵式海圖(RC)卜壕,是電子海圖數(shù)據(jù)庫(kù)的一種形式,通過(guò)對(duì)紙海圖的一次性掃描烙常,形成單一的數(shù)字信息文件轴捎。光柵海圖可以看作是紙海圖的復(fù)制品,包含的信息(如岸線军掂、水深等)與紙海圖一一對(duì)應(yīng)轮蜕。可定期更正蝗锥,可與定位傳感器(如GPS)接口跃洛,但使用者不能對(duì)光柵海圖進(jìn)行詢問(wèn)式操作(如查詢某一海圖要素特征,或隱去某類海圖要素等)终议,不能在不失真的情況下進(jìn)行無(wú)級(jí)縮放汇竭。英國(guó)航道測(cè)量局(UK HO)制作的光柵海圖ARCS和美國(guó)國(guó)家海洋空間署(NOAA)制作的光柵海圖是比較有影響的兩種葱蝗。由于光柵式海圖制作簡(jiǎn)單,因此在紙質(zhì)海圖數(shù)字化的前期使用較廣泛细燎。目前該類型海圖已逐步退出歷史舞臺(tái)两曼。

  • 矢量式海圖(VC) 是電子海圖數(shù)據(jù)庫(kù)的另一種形式,數(shù)字化的海圖信息分類存儲(chǔ)玻驻,海域中的每個(gè)要素是在以點(diǎn)悼凑、線、面等幾何形式存儲(chǔ)在電子海圖數(shù)據(jù)文件中璧瞬,因此可查詢?nèi)我鈭D標(biāo)的細(xì)節(jié)(如燈標(biāo)的位置户辫、顏色、周期等)嗤锉,海圖要素分層顯示渔欢,使用者可根據(jù)需要選擇不同層次的信息量(例如只顯示小于10米的水深),并能設(shè)置警戒區(qū)瘟忱、危險(xiǎn)區(qū)的自動(dòng)報(bào)警奥额,還可查詢其他航海信息(如港口設(shè)施、潮汐變化访诱、海流矢量等)垫挨,有人把矢量海圖稱為“智能化電子海圖”。世界上生產(chǎn)矢量海圖數(shù)據(jù)庫(kù)最大的兩家公司是英國(guó)船商公司(Transas Marine Ltd.)和挪威C-Map公司盐数。

  • 電子航海圖(ENC) 標(biāo)準(zhǔn)化的矢量電子海圖棒拂,其內(nèi)容基于主管海道測(cè)量局的原始數(shù)據(jù)或官方海圖,根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)編碼玫氢,基于WGS84坐標(biāo)系帚屉,由國(guó)家主管海道測(cè)量局或機(jī)構(gòu)發(fā)行。ENC與普通矢量圖的差別是漾峡,ENC由官方為其背書(shū)攻旦,其采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),能被任何電子海圖系統(tǒng)所正常解析生逸。非標(biāo)準(zhǔn)矢量電子海圖可由生產(chǎn)廠商自定的編碼格式牢屋。目前C-Map公司海圖采用的CM93/3編碼,而船商(Transas)電子海圖采用的TX97編碼槽袄。非標(biāo)準(zhǔn)電子海圖在某些領(lǐng)域使用也較廣烙无,其精度與更新程序也不一定比標(biāo)準(zhǔn)電子海圖差,但其數(shù)據(jù)非官方遍尺,通用性差的明顯缺陷截酷,必將限制其進(jìn)一步的發(fā)展。如無(wú)特殊說(shuō)明乾戏,下文中的電子海圖特指ENC迂苛。

  • 電子海圖顯示與信息系統(tǒng)(ECDIS) 標(biāo)準(zhǔn)化的電子海圖系統(tǒng)三热,是滿足IMO的標(biāo)準(zhǔn),并通過(guò)IEC的性能測(cè)試的電子海圖系統(tǒng)三幻。ECDIS相較于ECS就漾,最大的區(qū)別在于其通過(guò)國(guó)際認(rèn)證。目前國(guó)內(nèi)一些廠商生產(chǎn)的ECS念搬,其功能抑堡,性能等已滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),但限于規(guī)模太小锁蠕、對(duì)國(guó)際認(rèn)證流程的不了解夷野,并沒(méi)有積極參與國(guó)際認(rèn)證,致使其產(chǎn)品無(wú)法走出中國(guó)荣倾。

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