ECDIS在引航的应用和发展

懒猴航海

转载自：中国引航网  

广州港引航站 梁叶根

【摘要】 本文简要回顾了ECDIS的发展过程，结合作者的引航实践，论证了ECDIS在引航中的应用及未来的发展趋势。
【关键词】ECDIS；引航；应用；发展

Application and development of ECDIS to pilotage

Abstract  Thisarticle reviewed the ECDIS developing process briefly, unifies author'spiloting practice, has proven the application and the future trend ofdevelopment of  ECDIS to pilotage.
Key word   ECDIS   pilotage   application  development

电子海图显示与信息系统(Electronic Chart Display and Information System,简称ECDIS)是继雷达/ARPA之后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命，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，还能提供与航海有关的各种信息，有效地防范各种险情。随着各国官方电子海图(ENC)逐步完备、标准ECDIS的出现以及IMO的认可，未来10年左右ECDIS将全面取代纸海图，成为21世纪航海信息综合处理手段。

1.ECDIS的发展背景

自从1988年10月，IMO和IHO联合组织的著名北海工程实验结果表明ECDIS不仅仅是纸质海图的等效物，而且是未来智能化船舶的必要组成部分，ECDIS必须走国际标准化的道路，在各国政府和国际组织提供法律保证后，这两大国际组织成功地对ECDIS进行了大量的研究和实践，到目前ECDIS已得到了众多商家和航海人员的认可。ECDIS在上世纪70年代末被称为“视频航迹标绘仪”。这种标绘仪不仅能显示简单的海图轮廓，而且可以在上面进行如船舶的航迹标绘等简单海图作业。后来在80年代中期发展成多功能船用电子海图系统，该系统是一种集成式的导航信息系统,在当时得到了国际海事组织（IMO）和国际水道组织（IHO）以及众多航海专家的认可。而ECDIS系统就是在多功能船用电子海图的基础上提出并发展起来的。它具有地理信息系统的特点，能够根据航海人员的需求提供地理要素的咨询信息，如航标、碍航物、航道等的特征，以及整个航线上的航行条件信息。
在1995年11月，IMO讨论通过了ECDIS的性能标准，此标准明确规定，ECDIS可以作为“1974SOLAS”公约所要求的纸海图的等价物。它的主要内容包括序言、ECDIS 的定义、系统电子导航海图SENC信息的显示、海图信息的提供与改正、比例尺、其他导航信息的显示、显示方式和相邻区域的生成、颜色和符号、显示要求、航线设计、航路监视和航行记录、精度、与其他设备的连接、性能测试、故障报警和指示、备用装置、电源。该标准对电子海图的发展奠定了基础。与IMOECDIS性能标准相呼应，IHO在1996年12月增补通过了关于电子海图内容、图标、颜色和ECDIS显示系统的规范，简称IHOS-52（第五版）规范。IHO又在2000年11月IHO公布了它的S-57（3.1版）,这个标准是关于数字化水文数据的转换和传输的标准，它包括物标分类、S-57 数据格式，ENC 数据库的性能标准，以及ENC的改正概要。

2.ECDIS在港口引航作业的应用

电子海图之所以引起高度重视，是因为它具有传统纸海图无法比拟的优点。电子海图系统可以进行自动航线设计、航向航迹监测、自动存储本船航迹、历史航程重新演示、航行自动警报(如偏航、临近危险物、误入危险区等)、快速查询各种信息(如水文、港口、潮汐、海流等)、船舶动态实时显示(如每秒刷新船位、航速、航向等)，将雷达/ARPA的回波图像叠显在海图上，具有全天候航海导航功能。当今全国各大港口引航员如上海港、宁波港、青岛港等，都已相继配备ECDIS，为港口引航提供有力的安全保证。本人使用ECDIS已有一段时间，对ECDIS的功能有了更深的了解，下面就ECDIS在广州港引航工作的应用，谈谈个人的心得体会，供同行们参考。
2.1 ECDIS的优越性
2.1.1 航线监视，准确把握船位
广州港的通航水域受地理环境因素的制约，可航水域的宽度极其有限，同时通航密度大，航行秩序差，突发天气及能见度不良等影响，给港口引航工作带来极大的困难。船舶在航行中，由于受到风压、流压的影响和航行中船舶间的避碰，常常会偏离既定的航线，占用其他船舶的航路，影响航行安全；或者偏离航道造成本船操纵性变差甚至搁浅。在引航过程中，引航员需要不断核对自己的船位，随时进行修正，核对的依据就是航标、陆标、雷达图象或GPS船位。由于航标目标小，而且会出现移位，它有时被航行的船舶遮蔽，它的灯光有时与繁星似海的航行灯混杂在一起，引航员要发现它，需要花费很大的精力，在没有ECDIS的时代，引航员靠的是肉眼、望远镜和雷达。当能见度不良时，靠肉眼是不够的，靠望远镜是有限的，主要靠雷达。引航员从雷达图像判断航标的位置，一般是靠经验，主要有以下几种方法：一是根据多对航标的现对位置（船首向与多对航标的位置），判断本船在航道的位置。二是根据雷达图像中具有显著特征的目标的位置来推定临近航标的位置。三是通过连续的观察，首先把固定回波从活动的回波中区分开来（开启目标尾迹显示），再从固定回波中根据回波的形状、大小和位置分辨出哪些是船舶哪些是航标。四是根据航标附近的特征岸线和码头的相对位置来判定。这些都需要花费相当多的精力和时间。使用了ECDIS，航标清晰地标记在电子海图上，它的图像不受外界干扰，本船的动态信息及船位也清晰显示在电脑屏幕上，引航员花很短的时间，就可以知道航标的位置和自己的船位。这样，引航员可以把更多精力放在船舶的操纵和避碰上。
2.1.2 轻松应对突发天气
由于全球气候变暖，雷暴、强风等突发天气时有发生，来势凶猛，来去匆匆，给航行中船舶造成极大的影响。船舶在航行中突然遇到雷暴雨的袭击时，引航员就感到眼前象是拉了一层雨帘，有时凭肉眼看不见本船船首，雷达的荧屏全被雨的回波覆盖，航标、航船、岸线全被淹没，雷达失去了助航作用，即使知道由于强风的作用，船将向下风偏移，但到底应该修正多少风压差，引航员的心中也没底，没法把握自己的船位，特别是临近航标或有对遇船时，显得茫然失措，情况将是十分危险的。这时ECDIS就大显神通了，它不受任何天气的影响，航标依然清楚，船位及动态清晰显示，水深随时掌握，大可不必惊慌，只要引航员及时修正本船船位，调整合适的分流压差，就可以保证船舶航行在安全水域。
2.1.3 为锚泊操纵提供准确定位
锚泊定位是引航员锚泊作业最为关心的问题。要抛准锚位其作业的难度较大，锚位不象码头有固定的物标参考，影响锚泊作业的因素很多，每次抛锚位置选择随着锚地空档不同而不同，船舶锚泊后由于受到风流、潮汐的影响，会发生偏荡、回旋，因此需要选择范围比较大的水域，使得船舶在偏荡、受潮流回旋时不至于与其他锚泊船发生触碰，不至于进入浅水区搁浅或者进入航道边缘线影响其他船舶航行。广州港锚地的划分可以说是见缝插针，大大小小几十个，很多锚地还是划在航道或航道边上，VTS对锚泊定位要求较严，引航员在锚泊作业时的选择余地很小，抛准锚位显得非常重要，通常，引航员在离锚地几海里以外就开始从雷达的回波寻找空位，确定锚位是否足够，到预定锚位附近还要不断测量定位，以便确认本船是否离开航道边缘，是否在锚地范围之内，之后还要在海图上标绘，使用了ECDIS以后，引航员可以根据本船目标在电子海图的显示（有的ECDIS可按比例显示船形），随时确认本船的位置，锚位判定及锚泊操纵变得快速而准确，从而提高了引航员的工作效率。
2.1.4 及时了解本船周围船舶的信息
如果想了解本船周围船舶信息，引航员的通常做法是先用雷达测出目标船的距离和方位，然后在AIS接收机上查找，找到合适的目标后再选择，通过不断的翻页才完全了解该目标的动静态数据，花费不少时间。使用ECDIS后，在电脑上显示的目标一目了然，要查看目标船的数据，鼠标一点，目标船的所有动静态数据马上可以知道，极大地缩短了查找时间，减轻了引航员的劳动强度。
2.1.5 比雷达拥有更直观的动态显示
ECDIS和雷达是两个不同的助航系统，它们各自导航功能不尽相同，在CPA/TCPA的功能上，ECDIS比雷达领先一步。我们知道，有ARPA功能的雷达，能够计算出本船和目标船的CPA和TCPA，这两项都以数字形式在雷达屏幕显示，但没法显示两目标最近时的相对位置，而ECDIS就非常直观的显示出两船最近时的相对位置，为引航员的操纵避让行动提供一个预期结果，从而使引航员做出的决定更加准确，该项功能更多运用在航行中两条对遇船的会船位置，追越船和被追越船的平行距离或两条交叉相遇船最近距离时的相对位置，如下组图，第一种情况，当一条船追越另一条船并前面有对遇船相遇时，ECDIS显示出的两船GPS天线（一般表示两驾驶台位置）最近距离的预期位置，如果和对遇船构成紧迫局面，这时就应慢车，待对遇过后再追越。ECDIS的使用，在一定程度上减少了鲁莽动作的发生，很大程度上避免了紧迫局面的形成，具有一定的前瞻性。

两船追越态势

两船对遇态势

两船交叉相遇态势

2.1.6 完整的航迹数据保留
引航员平时在引航操作时，特别是在抛起锚、靠离泊作业时，聚精会神忙于操纵避让，很少有时间和精力把引航操作的步骤记录下来，失去了许多宝贵的资料，也失去了许多研究总结提高的机会。有了ECDIS，在引航结束后的空余时间，可以进行航迹记录回放，对引航操作的整个过程回放分析，通过查看船位、船舶航行轨迹，计算时间、速度，调整引航操作方案，调整用车用舵的时机和大小，逐步从定性操作上升到定量操作。同时航迹数据保留对海事处理提供有力证据，给海事分析提供了现场动态资料，对提高引航水平起到一定的促进作用。
2.2 使用ECDIS应主要的事项
虽然使用ECDIS给引航员在引航时带来很多方便，当它毕竟是一个航海辅助设备，它也有自己本身无法克服的弱点，因此，在使用ECDIS的时候，应注意以下几点：
2.2.1.    选择合适时机安装设备。如果在码头或者锚地开航，可以提前登轮，在开航前安装好船载单元设备，由于安装AIS连接线、寻找电源插座、开启电脑等需要一定时间，应该选择通航条件好的时机，通航密度小的航段安装ECDIS设备，千万不要急于在通航条件复杂的时候或者通航密度大的航段安装，以免疏忽了望，耽误避让时机，影响航行安全。
2.2.2.    灵活使用ECDIS。引航操作最主要的还是航行避让，在引航过程中应该通过肉眼、望远镜、雷达、听觉等多种手段保持不间断的了望，随时掌握航行动态，切不可把视线紧盯在电脑荧屏上，疏忽了对外界信息的接受，ECDIS仅仅是助航设备，电子海图存在一定的误差，我们不可过分依赖它作为判断的唯一依据，船舶的操纵还是需要引航员的主观完成。因此在平常的引航工作中，每一位引航员都要重视自身引航技术的提高。
2.2.3.    要充分发挥ECDIS的作用。电子海图必须是最新的，并得到权威部门的认证，只有这样，ECDIS所提供的信息才具有更高的可信度。

3.ECDIS在港口引航的发展趋势

目前ECDIS的性能标准、海图显示规范、数据标准、硬件设备标准均已确立。可以认为，ECDIS的标准化问题已经解决，这为其合法化和实用化彻底铺平了道路。ECDIS全面取代纸海图的时代已经来临。全国各大港口都建立了港口调度（指挥）中心，引航站为引航员配备了先进的引航导航系统，它们的核心就是ECDIS，结合无线数据通信，内嵌GPRS接受器，引航员和调度（指挥）中心随时进行双向通讯，调度（指挥）中心利用ECDIS监控，及时获取船舶动静态数据，对进出口船舶进行跟踪，为引航员提供航行信息，如港口潮汐、天气海况、航行通告或警告等，使引航员迅速做出操船决策，提高航行的安全性。随着计算机技术的发展和ECDIS的不断完善，引航员揣着小高频走天下即将成为历史，先进船、岸信息化综合系统，为引航员打开了“第三只眼”，引航工作更加有保证，它所产生的经济效益是不可估量的。进入21世纪，数字化航道的发展，安全引航必将得到质的飞跃，我们拭目以待。

4.结束语

ECDIS应用于引航领域，确确实实给引航员的工作带来了方便，它的作用将在减少海事事故中得到体现，引航员要正确地认识和使用ECDIS，在工作中学习扎实的引航技术知识，掌握过硬的操船本领，不断提高自身的引航业务水平，结合ECDIS的使用，做到相得益彰，为港口的安全引航迈出新的一步。

2008年1月5日
参考文献
1.    张英俊 《ECDIS与船舶航行安全》大连海事大学学报 1999年　第25卷　第2期
2.    任松涛 陈雪峰 《ECDIS的应用》 中国水运杂志 2005-9-20
3.    吴 晓 进 《ECDIS系统在现代船舶系统中的应用和发展》     船舶通信与导航   1999.11
该文曾发表在《珠江水运》2008年第5期

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