电子海图（ECDIS）

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一、国际电子海图信息显示系统的发展概况        
        
                自本世纪七十年代以来，电子技术和计算机技术日新月异，促进了航海技术的发展。航海技术研究人员从航行安全和经济的角度出发，设想将纸海图电子化，与各种导航传感信息和雷达信息集成在一个系统内。不久，美国、挪威、日本和加拿大等国都开始研制这种集成系统——后来称为电子海图显示及信息系统（ECDIS）。

ECDIS的信息基础，就是电子海图数据。这种系统中的电子海图部分不同于纸海图。纸海图的生产已有国际标准，各国根据国际标准制作的纸海图可供不同国家的航海人员使用。数据显示在纸上，航海人员通过阅读纸海图得到有关信息。而由各国海道测量部门生产的电子海图，在各个对口生产厂家的ECDIS上显示。各国海道测量部门生产的数据格式不同，各个生产厂家的ECDIS显示海图的方式也有差异，因此，各个ECDIS生产厂商生产的ECDIS除了能“阅读”与其协作的海道测量机构生产的电子海图外，不能“阅读”其它海道测量机构生产的电子海图，这种情况极大地阻碍了电子海图和ECDIS在全球范围的推广应用。典型的电子海图的图像界面如图4-1所示。

图4-1 ECDIS图像界面

从电子海图及电子海图显示及信息系统研发之初，有关国际组织，特别是国际海道测量组织（IHO）和国际海事组织（IMO）即成立了相关的工作组和专家小组，对有关的技术、格式性能标准、覆盖全球的电子海图的分发、改正等问题开展研究，并制定了电子海图、电子海图显示及信息系统标准，但限于当时的计算机应用平台、计算机的内存、运算速度，图形与图象处理能力等诸多技术瓶颈，虽然不断制定相关标准，但都不够成熟，实用性比较差，例如按照1992年出版的电子海图数据交换标准制作电子海图，最后两家不同海道测量机构由于对标准理解不一致，数据互不相容。

1995年8月，国际海道测量组织发布电子海图显示及信息系统标准（S－52第五版），1995年11月，第19届国际海事组织大会通过并确认了电子海图等效于纸海图的决议，这就是（IMO）第A.817（19）号公约。该公约确认了电子海图（ENC）与电子海图显示及信息系统（ECDIS）配合使用，可以合法取代传统的纸质海图，电子海图的法律地位得到了确认。

1996年11月，国际海道测量组织发布国际电子海图的标准（S－57第三版）。随后，加拿大、挪威、日本、澳大利亚、新加坡等国制作出了符合该标准的电子海图，经过测试，这些不同海道测量机关制作的电子海图相容性好，表明标准已经基本成熟。由于基于S-57第三版的电子海图制作较为耗时，因此，在1998年底，国际海事组织航行安全分委会同意在缺乏S-57第三版电子海图的水域，可以采用光栅海图作为过度时期的电子海图替代物。IHO也同时发布了光栅海图标准，目前，美国、英国、法国、德国、日本、韩国、印度、新加坡、智利等世界大多数海洋国家均制作了基于S－57第三版的电子海图，有些国家已经完成了本国管辖水域的电子海图全覆盖。如果计算美国VPF格式的电子海图和英国的光栅海图，则全世界的海洋均已实现了无缝覆盖。在电子海图显示系统方面，市场上已经有商品化的既能接受电子海图，又能同时接受光栅海图的ECDIS销售。有些厂商既生产电子海图，又生产电子海图显示及信息系统。

电子海图的内容以海域要素为主，详细表示航行障碍物、助航标志、港口设施、潮流、海流等要素，陆地着重表示沿海的航行目标和主要地貌、地物。采用最新的编图资料，并对已出版的电子海图应根据航行要素的变化情况及时进行补充和改正，以保持电子海图的现势性，平面坐标采用WGS-84坐标系

从1996年国际海道测量组织发布最新的有实用价值的电子海图标准（S-57第3版），在短短的8年时间里，电子海图以其强大的生命力，迅速走过了从推出概念到软件产品开发，再到实用推广应用之路，已经深入到了与航运相关的每一个角落。

随着电子计算机技术和航海技术的发展，产生了以数字形式表示的，描写海域地理信息和航海信息的电子海图以及各种电子海图应用系统。它们的出现，引起了海洋测绘领域和航海领域的一场技术革命，使海图的研究、生产和使用跨入了一个新的纪元，使航海自动化迈上了一个新的台阶。

国际海事组织航行安全分委会第54 次会议(NAV54)于2008 年6 月30 日至7月4 日在伦敦召开。本次会议通过了船载驾驶台航行值班警报系统及电子海图和信息显示系统配备要求的草案。

2009年6月5日在国际海事组织海上安全委员会第86次会议上，通过了第282号关于SOLAS公约修正案的决议。该决议附件包括了对II-1、V和VI章以及附录对证书的修订内容，自2011年1月1日生效。

其中关于电子海图显示与信息系统（ECDIS）安装要求，新增Reg.V/19-2.10条，要求从事国际航行的船舶按下列要求安装ECDIS：

① 在2012年7月1日或以后建造的500总吨及以上的客船；

② 在2012年7月1日或以后建造的3000总吨及以上的液货船；

③ 在2013年7月1日或以后建造的10000总吨及以上的液货船以外的货船；

④ 除液货船外，在2014年7月1日或以后建造的3000总吨及以上但小于10000总吨的货船；

⑤ 在2012年7月1日以前建造的500总吨及以上的客船，不迟于2014年7月1日或以后的第一次检验；

⑥ 在2012年7月1日以前建造的3000总吨及以上的液货船，不迟于2015年7月1日或以后的第一次检验；

⑦ 除液货船外，在2013年7月1日以前建造的50000总吨及以上的货船不迟于2016年7月1日或以后的第一次检验；

⑧ 除液货船外，在2013年7月1日以前建造的20000总吨及以上但小于50000总吨的货船不迟于2017年7月1日或以后的第一次检验；

⑨ 除液货船外，在2013年7月1日以前建造的10000总吨及以上但小于20000总吨的货船不迟于2018年7月1日或以后的第一次检验。

新增Reg.V/19-2.11条，要求上述船舶若在规定的实施日期以后两年内永久退役，主管机关可免除ECDIS配备要求。2011年1月1日起，船舶应按上述修订内容的要求配备ECDIS。ECDIS应满足MSC.232(82)要求并经型式认可。审图和检验部门应依据新增的Reg.V/19-2.10条要求进行审图和检验。若上述船舶在规定的实施日期以后两年内永久退役，经主管机同意，可免除ECDIS强制配备要求。

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二、电子海图信息显示系统海图简介        
1.电子海图组成

简单的说电子海图可分为两个部分，一个部分是电子海图数据（Electronic Navigational Chart，简称ENC），另一部分是各种基于电子海图数据的应用系统，其中最为主要的就是电子海图显示及信息系统（Electronic Chart Display and Information System，简称ECDIS）。典型的电子海图结构如图4-2所示。

电子海图数据具有两种形式，即基础数据和更新数据。基础数据和更新数据一起为电子海图显示及信息系统所接收，以形成反映海域内最新信息的系统电子海图（SENC），供ECDIS显示和作相应的处理。无论是基础数据还是更新数据，均以标准的格式进行数据的组织和封装，从而达到不同国家的海道测量机构制作的电子海图可以在不同的ECDIS上准确地使用。

图4-2 ECDIS的结构

电子海图和电子海图显示及信息系统一起为航海人员提供一个海图信息平台，使使用者能够非常直观、方便地了解到所处海域的状况。同时在这个平台上还集成有多种航海设备的信息（如GPS、雷达等），最终为船舶的航行安全带来更好的保障。

2.有关国际标准

电子海图（ENC）是智能化航海的信息基础。船舶航行于世界各国，需要使用各国生产的电子海图，因此需要各国制作相同格式的电子海图。为此，国际海道测量组织（IHO）和国际海事组织（IMO）制定了一系列电子海图法规、标准。

1995年11月，第19届国际海事组织大会通过了电子海图等效于纸海图的决议，确立了电子海图的法律地位；

1996年11月，IHO发布了详致实用的电子海图数据交换标准（Special Publication No. 57，简称S－57 3.0）；

1996年12月，又发布了ECDIS海图内容与显示规范（S－52 5.0）；

2000年11月，IHO发布了电子海图数据交换标准的升级版（S-57 3.1）。

这些标准的发布，为电子海图的制作生产及其应用提供了依据。

3.S－57标准简介

S－57标准是数字海道测量数据传输标准，它是电子海图数据制作的依据，任何一家HO所生产的电子海图均应符合该标准。该标准主要包含了以下几个方面的内容。

1）数据结构

S－57标准建立了数据模型，定义了数据结构，提供了描述客观世界实体的方法，最终将真实世界的实体反映到电子海图中。任何一个实体具有空间信息和特征信息，在空间信息方面，S－57标准详细定义了点、线、面三种空间几何图元的表示方式；在特征信息方面，S－57标准通过物标、属性和属性值的层次结构来表示。

2）数据封装标准

数据结构本身并不能从一个计算机系统直接转换到另一个计算机系统，要做到这一点，就必须把数据结构封装在物理传输标准中，S－57使用ISO/IEC 8211作为其封装标准。

3）电子海图产品规范

电子海图产品规范是一组产品规范，旨在使海道测量机关制作统一电子海图（ENC），并在电子海图显示及信息系统（ECDIS）中有效地应用这些数据以满足IMO的ECDIS性能标准。

电子海图作为数字海图的一种，具有数字海图的基本特点，但也具有独特的特点。我们将以数字形式存储的海图称之为数字海图（Digital Chart），将由各个国家官方海道测量机构制作并发布，符合IHO S-57标准的数字海图称之为电子海图（Electronic Navigational Chart）。属于矢量海图，矢量电子海图（见图4.3）具有以下一些特点：

图4.3 矢量电子海图

l 电子海图的特征物标编码、几何图形制作，有S－57标准作为依据，有效地保证了数据从生产者传递到使用者的过程中的正确性。

l 电子海图具有标准的数据封装形式，保证了数据在不同操作系统的计算机之间传输的正确性。

l 电子海图在显示时，有S－52标准作为其显示依据，保证了数据显示的一致性。

4）光栅电子海图RCDS

光栅电子海图是由纸海图扫描产生的，它仅提供像素信息（颜色），不象矢量海图那样可以提供对象信息，光栅海图无对象信息：如0Oo·o°ãQ 等不代表任何意义，仅仅是图像信息。系统无对象的知识；无法定义对象；数据无“智能”；功能也有限（无法读取拾取数据，无法预测模拟等）

光栅电子海图（见图4-4）的特点：

l 官方海图；

l 覆盖全球；

l  “Dual fuel” 模式 (具有矢量与光栅两种模式)；

l 海图编号载入海图；

l 实时船位显示

l 自动（半自动）更新；

l 有限缩放；

l 人工危险区域高亮度显示。

图4.4 光栅电子海图RCDS

提供光栅海图数据的机构：

•    ARCS，U.K. HO; world-wide。

•    NOAA，US; US waters。

6）纸海图、光栅海图和矢量海图的性能比较见表4.1

表4.1：光栅海图和矢量海图的性能比较

            

功能	纸海图	RCDS	ECDIS
位置显示	人工	自动实时	自动实时
航线检查	无	无	有
防止搁浅	无	无	有
偏航报警	无	有	有
对象数据	无	无	拾取显示
综合功能	无	有	有
缩放	无	有限	无级
更新	人工	自动	自动
显示尺寸	大	小	小
分辨率	好	限制	限制
信息量	有限	有限	大
航线设计	海图限制	海图限制	无
坐标系	差异大	同纸海图	WGS84
显示一致性	非	2种标准	标准
单元一致性	非	非	标准（M）
夜晚使用	灯光	亮度调整	颜色调整

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        三、电子海图信息显示系统发展的现状        
根据国际海道测量组织最近提供的资料，各国电子海图覆盖情况大致如下：北美洲、南美洲、欧洲、北非、南非、印度洋北部、亚洲大部、澳大利亚等沿海国家沿海水域已经被各种比例尺的电子海图覆盖。但中美洲、东非和西非国家领海及附近水域、亚洲的印度尼西亚领海及附近水域还没有电子海图覆盖。

从资料还可以看出，世界上大多数海道测量发达国家，如欧洲的英国、法国、德国、意大利、希腊、俄罗斯，美洲的美国、加拿大，非洲的南非，亚洲的日本、新加坡已经完成了本国水域的电子海图制作。即便原来一些海道测量并不发达的国家，如巴西、智利、印度、韩国等也已经完成了本国所辖水域的电子海图的制作。国际水域小比例尺电子海图，各地区海道测量委员会正在加紧制作，但电子航海图的覆盖仍然需要走很长的路。

一些发达国家在电子海图显示及信息系统开发方面，已经取得了令人瞩目的成绩。英国、挪威、德国、日本、意大利等国的多家公司的电子海图显示及导航系统不仅通过了有关船级社的检验，而且已经商品化，价格稳定在5万美元左右。市场上推广比较好的产品，主要是德国ATLAS和英国TRANSAS两家公司的。据有关资料介绍，在15000条SOLAS公约船中，有约1000条船装有电子海图系统，不过世界上新造SOLAS公约船舶，基本上都安装电子海图显示及信息系统。

由于电子海图显示及应用系统比较昂贵，一时难以全面推广，许多国家研发了一种比较简单的电子海图显示系统，这种电子海图显示系统一般只有与卫星全球定位系统（GPS）的接口，不要求与多种航海仪器连接，不完全满足国际海事组织的要求，但由于价格较低，推广较快。目前在市场上推广应用较好的，主要是英国海道测量局和挪威C-MAP公司两家生产的系统，英国在生产电子海图的同时，还生产光栅海图，由英国牵头，新加坡和香港参加的SHARED计划，采用所谓的“双燃料”系统（dual fuel --一种能兼容电子海图和光栅海图的电子海图显示系统），在从新加坡到香港的航路上使用获得巨大成功，澳大利亚、日本、韩国也陆续加入了这一计划。

由于船舶航行于世界各地，因此需要使用各国海道测量机构生产的电子海图。为了推动国际电子海图的发展和协调，使各国生产的电子海图能够兼容，国际海道测量组织专门成立了制订电子海图标准的委员会（CHRIS），制定了电子海图的一系列标准，如电子海图交换标准（简称S-57），国际海道测量组织还会同国际海事组织（IMO）和国际电工委员会（IEC）制定了电子海图显示及信息系统（ECDIS）标准（简称S-52）等。同时还成立了全球电子海图数据库委员会（WEND），推动各国、各地区电子海图生产和合作。明确了国际水域由各个地区海道测量委员会负责制作电子海图，各国所辖水域由各国享有排他性地制作电子海图的权利，指导各个地区海道测量委员会成立地区电子海图协调中心（简称RENC），负责本地区电子海图的生产、协调，初步建立起了从国际组织到地区组织，再到各个国家的生产、管理和发行体系框架。

我国电子海图的发展，紧跟世界电子海图的发展步伐，在立足自主开发的同时，还不断借鉴、吸收发达国家的先进技术和经验，交通部、海军、航海院校及有关科研院所先后开发了多种版式的数字海图。

1.电子海图制作情况

我国目前已经完成了沿海主要港口航道487多幅电子海图的制作，完成了沿海比例尺为1：5000到1：70万整套套电子海图的制作工作，可以通过航保部的“海图在线”网实时下载。海事局制作的大比例港口航道图电子海图300多幅也已经正式发布，通海江河的电子海图制作也已经完成。我国已经发布的电子海图如图4.5所示。

图4.5 我国发布的电子海图分布

2.电子海图显示软件与相关产品开发和推广应用情况

我国现有航运船舶20多万艘，其中远洋和沿海航行船舶有1万多艘，由于电子海图是船舶操纵智能化的基础，它能极大地提高船舶航行的安全，加上电子海图显示软件的潜在市场，保守测算估计为100亿元以上。因此，国内政府有关部门、军队、大专院校和科研院所，竟相投入大量的人力物力，进行研发攻关，取得了一批成果。如海军开发了与其数字海图配套的数字海图显示系统，除提供军内使用外，还在市场上推广。大连海事大学在其开发的中国船位报告系统基础上，做进一步的深开发，不断拓展新的功能。上海海事大学开发的航海模拟器，也已经投入使用，并为航海院校、部队训练和科研机构所使用。

部海事局也开发了电子海图制作和显示系统。其制作的电子海图和开发的显示系统已经用于海上航标巡检、海上巡逻、航运、水上工程、海事管理、船舶交通管理等诸多领域。如用于上海、宁波、福州、厦门、琼洲海峡船舶交通管制系统，为国家节约了不少外汇；如用于上海港70多公里的深水航道引航，已经成为引航员不可或缺的助手；再如用于上海港、黄浦江的分道通航制，在阔度不够的黄浦江上，不能实地抛设浮标将大船航道和小船航道的分隔开来，但在电子海图上设置虚拟航标，将大船航道和小船航道分隔开来，再利用电子海图显示系统导航，使分道通航制顺利实行。

截止到2010年5月，国内已有多家厂商开发的ECS系统取得了CCS的型式认证。海华电子开发的ECDIS还取得了CCS的证书。这些产品大大促进了我国电子海图显示软件的发展，对船舶的航行安全也起到了很好的作用。

3.电子海图管理方面的情况

我国海道测量由交通部、海军共同承担，部内又由海事局和水运司分别承担沿海港口航道和内河水域的测绘工作，部海事局代部参加国际海道测量组织的活动。因此，国家层面的电子海图管理工作，也主要由海事局在做。

海事局一方面代表国家参加国际海道测量组织的电子海图规划、技术政策和东亚地区海道测量委员会的地区电子海图协调工作；另一方面尽力做好国家层面的协调工作，如协调我国大陆和香港、澳门、台湾的电子海图工作，第三是部内和海军的协调工作，第四是海事局内部电子海图管理工作，如在上海建立了海事电子海图中心，制定了沿海电子海图技术政策、电子海图管理办法、完成了中国沿海电子海图分幅研究等。

世界电子海图发展势头迅猛，但在发展的过程中，存在三个比较大的问题：

(1）世界范围内电子海图全覆盖工作仍没有完成，除了各大洋公共水域外，一些发展中国家由于经济及技术能力的限制，无力完成本国所辖水域的电子海图制作工作，为此，国际海道测量组织倍受责难。

(2）各国生产的电子海图质量不一，在衔接处的数据甚至互相矛盾，让使用者无所适从。

(3）电子海图的使用方式，尤其是电子海图的改正方式不同于纸海图，因此用户要求提供一站式服务，但实际上，以从美国西海岸到远东航线为例，需要从7家电子海图销售机构得到7张光盘，接收7家电子海图生产机构的改正数据，而且还不能将航路连接起来，空档处还需要使用光栅海图填充，使用起来非常不便。
        

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      四、电子海图信息显示系统发展趋势        
  从 ECDIS 的发展过程来来，从综合导航系统的图形显示终端，到具有航路点设计、航迹记录、报警设置等辅助决策功能，并拥有信息咨询模块，电子海图系统的综合导航功能正在不断完善，其信息处理能力业不断增强。ECDIS提供的信息，不但有来自本船各量测设备的信息，还通过国际移动通信卫星终端及其它卫星通讯设备、全球海上遇险和安全系统等各种途径获得本船和其它船舶的位置、航向、航速、船名、船舶的类型以及机动参数等更可靠更正确的信息，完成与管理者和船舶的双向数据通信，并允许管理用户查询船位和航行轨迹。也可将本船的状态通过通讯卫星发往岸上管理（或指挥）中心，这样从通讯卫星上收到的信息不但有本船的，也有其他船的，使ECDIS 的可信度和精度大大提高。随着电子海图系统日益广泛的使用，人们已经越来越清醒地认识到ECDIS 作为信息系统这一事实及其重要意义。其发展呈现下列趋势：
（1）系统日益完善
ECDIS系统不仅拥有日益完备的空间数据信息和属性信息，而且配置了丰富的导航接口。各种导航传感器（如GPS，LR-C、罗经、计程仪、导航雷达、ARPA、自动气象观测仪、气象传真机等）都接入系统，进而为ECDIS 提供完整的船舶航行状态及航行环境实时性信息。并可以实现对船舶车、舵的自动控制。

（2）信息获取不断增强

随着海上卫星通信技术的发展，原来只能依赖岸上基地提供的信息，如：数值天气预报、海浪预报、海图改正、航行指导、军事政治背景、货运等都可以通过国际互联网、GMDSS 或其它专门途径接入ECDIS 系统，使ECDIS 具有日益完善的实时信息自动获取、基础信息自动更新能力。同时与通信系统紧密融合，具有强大的通信能力。

（3）信息处理日益完善

系统将拥有不断完善的空间数据分析、网络分析、路径分析、运筹学分析、数据挖掘、模式识别及三维模型表达、表面分析能力。并具有综合空间数据及属性数据的能力，为安全航行决策所需的深层次空间分析提供底层支持。

（4）自动航海计算

传统的航海计算，如潮汐潮流自动计算、星历自动计算、船舶机动计算、配载计算及其它航海计算模块，不再依靠查表计算、手工作业的原始作业方式，ECDIS可以提供这些基本的航海计算功能，并为相关的其它各种自动化功能（如航线设计、航海计划自动生成、天文导航自动化等）的实现提供支持。

（5）决策支持能力

航法、避碰、操船、气象预报及机动、货运等决策模型及其相应的模型库部件和方法库日益完备，系统将拥有面向结构化、半结构化决策问题的决策支持功能。各类知识库及相应的系统分析推理机制将逐步完善，模拟航海专家思维过程的智能决策支持功能，为非结构化决策问题的解决提供支持。系统具有逐步完善的安全航行决策支持能力。

（6）人机交互

由于多媒体技术、视窗技术、超文本技术等的发展，ECDIS 的人机界面将日趋友好，其输出将图、文、声、像并茂，功能操作按键化，并具有语音控制能力。

（7）系统结构模块化

系统硬件采用即插即用模式，以便于各种不同情况下的灵活配置。系统软件开发采用模块化、组件化对象模型，以利于系统的升级和交互使用。

（8）通用硬件平台及操作系统

为适应硬件平台及操作系统多样化的客观情况，满足各种不同场合下的系统应用需求，系统将具有全面的硬件平台支持和全线的操作系统支持。

（9）开放式结构

为了满足不同用户的不同需求，应在统一的操作平台基础之上，允许第三方开发者开发一套具有特定任务特色的应用界面，嵌入特定的功能模块。为此，系统应提供API 接口，并拥有相应的专用语言或兼容通用标注语言。

（10）Server/Client 机制

由于航海技术相关信息的分布化、信息功能和样式的多样化日渐突出，信息提取及信息处理的难易程度各异。作为航海信息处理平台的ECDIS，为了确保海图数据的唯一性和安全性， Server/Client 机制将是未来的发展方向。在服务器与客户机之间，构成一种多缓冲、多数据流、异步、协同的操作机制。诸如海区地理现势信息、水文气象预报信息等，依赖复杂的信息处理过程，可由服务器端进行处理并集中存储。与客户应用密切相关的基础信息在客户端存储并适时更新，简单的信息处理在客户端完成。高性能服务器和低速客户机相互配合，以便解决效率和成本之间的矛盾，并为全球范围内的信息共享及全球范围内的信息检索提供条件。
        

航海士

航保部目前图幅是475幅了

学习了，谢谢猴哥。

maxsurf

这回改版，猴哥上了好多学习资料，得花点时间好好看看了。

zjxznav

中国特色

纸海图官方是航保
电子海图官方是海事

这样认为？