电子海图的设计

懒猴航海

电子海图的设计


2．1
电子导航海图ENC的设计


2．1．1
电子海图的内容和显示

(1)ENC的内容

ENC最少应包含现有纸海图上所描述的与航海有关的全部信息。目前包含在各种出版物(如灯标表等)中的某些文本类HO信息也可编入ENC。


(2)ENC的显示信息分类

在航线设计和航路监视期间用于ECDIS海图显示的SENC信息可分为三类：显示基础、标准显示及其他信息。根据IMO性能标准：显示基础是指不能从显示中擦除的SENC信息，它由任何时候、任何地域、任何条件下均必需的信息构成，但它并不是指足以保证航行安全的信息；标准显示是指当海图最初在ECDIS上显示时，所默认包含的SENC信息，标准显示上的信息在用于航线设计和航路监视时可由航海人员根据需要显示或擦除；其他信息是指不包括在标准显示中的海图信息，默认为不显示，当需要时才显示的信息。

①显示基础包括：海岸线(高潮水位线)；本船安全等深线，由航海人员选择；位于安全等深线所定义的安全水域内，深度小于安全等深线的孤立水下危险物的指示；位于安全等深线所定义的安全水域内的孤立危险物，例如桥梁、架空电缆等，以及不论其是否具有助航功能的浮标和立标等；分道通航制；比例尺、范围、方向(北向上或航向向上)和显示方式(相对运动或绝对运动)；水深和高程单位。

②标准显示包括：显示基础；干出礁范围线；固定和浮动的助航标志；航路、水道的边界；视觉和雷达可测的显著物标；禁航区和限航区；海图比例尺边界；警告事项的指示。

③其他信息包括：水深点；海底电缆及管线；渡船航线；所有孤立危险物的详细信息；助航设备的细节；警告事项的内容；ENC版本日期；测量基准面；磁差资料；经纬线图网；地名。

(3)SENC信息的显示

根据IMO的性能标准SENC信息的显示包括：ECDIS应能显示SENC中的所有信息。ECDIS应能在任何时候仅靠操作员的一次操作提供标准显示。当一幅海图最初在ECDIS上显示时，应当使用SENC中显示区域的最大比例尺的数据提供标准显示。从ECDIS显示中应能容易地增加或删除信息，但不能删除显示基础中的信息。ECDIS应容许航海人员从SENC提供的等深线中选择一条安全等深线，并使得选出的安全等深线显示得比其他等深线更为醒目。

航海人员应能选择安全水深。每当需显示选择水深点时，ECDIS应着重显示那些等于或小于安全深度的水深点。ENC及其所有改正信息应在不减少它们任何信息内容的情况下加以显示，ECDIS应提供一种手段来确保ENC及其改正信息已被正确地输入SENC中。ENC及其改正信息应能明显地与其他被显示的信息(如航行要素、雷达信息、用户信息等)区别开来。

(4)数据分层与显示优先级

IHO S-52规定，ECDIS至少要把所处理的全部信息分成11级(一级内容许有多层信息，一层内容许有多种要素)：

①ECDIS的警告信息(如坐标系、深度基准面异常时的警告，显示比例尺大于或小于ENC原始比例尺时的警告)和指示；

②海道测量组织(HO)数据：点、线、面和自动航海通告(官方改正)；

③手工输入的航海通告和无线电航行警告；

④ENC警告(海图上的警告和注意信息)；

⑤HO的颜色填充区域的数据；

⑥HO提供的，经用户请求时才显示的数据；⑦雷达信息；

⑧用户数据：点、线和面(用户在电子海图上所做的标注)；

⑨ECDIS制造商的数据：点、线和面；

⑩用户的颜色填充区域的数据；

ECDIS制造商的填充区域数据。

上述各级是按照优先顺序排列的，每一级都不能遮盖其上面的各级。雷达信息应具有显示／关闭控制开关。应当指出，上述优先级顺序并不是指绘图时的先后顺序，例如颜色填充要在点线之前绘出。

(2)ENC改正服务

符合S-57规范的ENC海图单元改正信息可参照合作方提供的航海通告来实现。根据
IMO的性能标准规定：改正ENC的内容是不能的；改正数据应与ENC分开存储；ECDIS应能接受官方按照IHO标准提供的对ENC改正数据。这些改正数据应自动地施加到SENC。无论采用什么方法接收改正数据，执行过程不应妨碍数据在使用中的显示；ECDIS也应能接受手工输入的对ENC的改正数据并能用简单的方法在最后接收数据之前进行核对。

2．2
系统电子导航海图设计的总体要求



2．2．1
SENC的总体要求

ECDIS的信息基础是SENC。ECDIS功能的强弱、运行速度和工作效率取决于SENC的内容、结构和数据文件格式。SENC的设计是ECDIS研制的关键技术，它的建立是ECDIS的研制者所面临的首要任务。

(1)符合IHO S-57标准

IMO ECDIS性能标准要求，ECDIS中使用的海图信息应是由海道测量权威部门提供的符合IHO标准的最新的信息；ECDIS应能够接受符合IHO标准的正式的ENC改正数据。这就规定了ECDIS的研制者在设计SENC时，必须考虑IHO S-57标准的要求，使其从内容上能够完整体现和表示S-57格式的ENC所描述的信息。

(2)支持IMOECDIS性能标准

SENC设计的一个重要原则就是要快速高效地支持IMO ECDIS性能标准中规定的ECDIS的各项功能。为了使ECDIS屏幕上的信息保持清晰，必须显示在一定条件下航海人员所需要的信息。为此，性能标准要求SENC信息可分为三类，即显示基础、标准显示和其他信息。为了支持这项功能，必须根据海图要素的属性信息(在S-57格式的ENC中描述)和用户输入的安全等深线以及安全深度将SENC中的信息进行上述分类，以便在海图显示时减少信息的筛选所需的时间，提高显示速度。

(3)支持IHOS-52标准

符合IHOS-52标准是对电子海图显示的基本要求。在设计SENC时必须考虑使数据的组织支持该标准。例如，为了使ECDIS屏幕上的信息能够按照预期的叠盖次序(点状物标和线状物标可以叠盖在区域状物标上，重要物标可以叠盖在次要物标上)显示，必须为每类信息规定显示优先级，也就是说，必须将SENC中的每类信息按照这个优先级顺序排序，以便于电子海图的显示。IHO S-52标准所推荐的显示库(Presentation Library，简称PL)中将上述显示优先级分为9级，在设计SENC时可以参考。

2．2．2
电子海图数据的转换

(1)非标准电子海图转换为标准电子海图的过程
船舶航行世界各地，可能取得各国的电子海图，而不同国家采用的纲要及其制作的ENC均有所不同，不能要求应用系统设计出针对每一种ENC的数据接口，各国电子海图要能互相交换，数据模型与数据结构需要一致，或至少让应用系统得知其数据结构。这就要求有一个国际标准ENC，“IHOS-57数字海道测量数据转换标准”正是为此而制定的，它要求各国能将非标准ENC转换为S-57标准ENC(同一产品规范)，这个过程如图所示，可用程序自动完成。
(2)纸海图和测量数据转换为S-57标准电子海图的过程

标准电子海图的数据可能取自于纸海图，也可能直接取自于测量资料。可将测量的实体坐标或使用数字化仪将海图实体的空间坐标进行数字化，以空间记录的空间属性域存储，每个测量的地理实体或纸海图实体的特征属性可能在一个特征记录的特征属性域存储(水深点除外)，理论数据模型和文件组织结构均应符合S-57标准。
(3)S-57标准ENC与SENC数据的转换
S-57标准ENC与SENC数据的转换依赖以下3点：
①S-57定义了标准ENC数据结构，每个ECDIS都应能够接受ENC并将其转换为内部存储格式，ENC中的数据不容许ECDIS制造商和用户擦除、重写或修改。在ECDIS中必须存储ENC的拷贝，再加上自动航海通告(ENC改正信息，同样采用S-57格式)，将它们由ECDIS转换成SENC，如图所示。

②数据字典记录或S-57标准定义了对象、属性和属性值。
③用ISO／IEC8211"信息交换的数据描述文件规范”包装S-57标准数据库，使得每个文件的数据组织形式相当明确，应用系统可进行数据处理。

以上3点使得不同的ECDIS迅速对标准ENC解码，将S-57标准ENC转换为基于不同计算机系统的SENC。

3．2．2
ECDIS与VTS

今天船舶交通管制的一个重要方面就是不断地采用电子海图显示与信息系统的相关技术。在今后，预计船舶交通管制将会采用一种数字化导航广播服务。经常被称为“静默的船舶交通管制”(Silent VTS)，今后将会通过数字化通信网络把在船舶交通管制作用范围内的各种船舶的位置和运动情况通报给所有有关船舶。除了其他与航行安全有关事项之外，这一信息被显示在船舶交通管制的控制中心和有关船舶的电子海图显示与信息系统上。ECDIS在船舶交通管制(VTS)方面也将得到广泛的应用。在狭水道和港口运作的VTS通过数字化通信网络(数字广播)把在其作用范围内的各种船舶的识别码、通信设备情况、航速、航向等通报给所有有关船舶。

进入VTS作用范围的每艘船舶上的ECDIS能够自动显示所接收到的其他船舶的位置和运动情况，并能查询这些船舶的其他静、动态信息。在需要避让时，本船可根据识别码同其他船舶建立通信联系，将拟采取的避让措施及时通知对方，从而达到协调行动的目的。这种方式克服了在狭水道中通信目标容易混淆的缺点。同样地，预计电子海图显示与信息系统的更新和自动航行通告将通过航行安全广播以数字化方式提供。采用标准格式和草案(例如船舶识别、位置、航向、航速以及时间)就有可能在每一船舶的电子海图显示与信息系统中显示在船舶交通管制工作区域范围内的其他船舶的位置和运动。理想情况下，这种类型的广播服务对全球的船舶交通管制都是标准化的。

2．2．3
电子海图数据库

ECDB(Electronic Chart Data Base)，即电子海图数据库，是指提供电子海图数据(ENCD)的基础数据库。由国家航道测量组织采用数字形式建立，包括海图信息以及其他航海信息和航道测量信息。应当指出，国家航道测量组织应当有权对自己所负责的海域独立制作和发布ENC并进行通告改正服务。实用意义下的电子海图系统应当具备相当大的全球海图数据库(例如数千幅)，具有相当数量的专业制图人员来维持和扩展海图数据库，具有完善的电子海图自动改正系统，具有庞大而有效的全球分销网点，具有与各国官方航道测量局签署的版权协议，能够兼容其他国家航道测量局制作的光栅海图(如ARCS、NOAA)和矢量海图(如ENC)数据库，具有国际组织和各国海运部门的认证证书