电子海图研究与应用技术现状趋势及发展

电子海图研究与应用现状、趋势及发展

一、引言

航海是一个多学科融合的、综合性极强的领域，电子海图作为近些年航海领域的一个新的事物发展较快。在实现船舶航行系统集成化和智能航行的过程中，有五个具有划时代意义的变化：船舶定位方法的变化、航海资料形式的变化、物标识别手段的变化、航行记录方式的变化和航行值班要求的变化。其中最有影响的就是航海资料形式的变化，指的就是由传统纸质航海图书向电子海图显示与信息系统(Electronic Chart Display and Information System，简称ECDIS)的变化。ECDIS被认为是继雷达／ARPA之后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命，它不仅能与位置传感器、自动舵、ARPA／雷达、电罗经、测深仪、计程仪等航海仪器接口，快速查询各种信息(如水文，港口，潮汐，海流等)，连续精确地给出船位，还要求能提供和综合与航海安全有关的各种信息，有效地防范各种险情，从而达到提高营运效率、保障航行安全的目的。

电子海图作为船载ECDIS的重要基础之一，是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。在国际海道测量组织（IHO）等国际组织的共同努力下，电子海图的生产和应用标准趋于一致，为ECDIS的强制配备和更广泛应用奠定了很好的基础。如今，电子海图的应用已经进入海事管理、港口引航、船舶导航、水上工程等方方面面，取得了较好的社会和经济效益。然而，虽然S-57标准电子海图的应用已经较为普及，但是它从设计上也不可避免的存在一些问题，阻碍了标准的继续深层应用，为了开发下一代全新的电子海图标准，IHO的相关工作组又开始了新一轮的标准研究。为使得国内相关的研究跟上国际步伐，开展相关的动态追踪和研究是必不可少的。本文结合电子海图研究和应用在国内的现状，根据我们近几年在电子海图领域国际追踪的成果，对相关动态情况进行了总结，期望对海道测绘管理者、生产者和应用者提供一些借鉴。

二、电子海图标准体系的现状

为了使电子海图及其应用系统能走上国际统一的轨道，国际海道测量组织（IHO）一直在就电子海图及其应用系统所涉及的各个方面开展标准化和规范化研究。国际海事组织（IMO）也积极配合开展工作，并从使用的角度提出了电子海图及其应用系统的性能标准。此外，国际电工委员会（IEC）等也参与了电子海图及其应用系统的研究。其中，电子海图技术标准以IHO标准为主，在性能上辅以IMO标准，在设备与检测上辅以IEC的标准。三大组织通过一个协调机制（HEG），使其得到相互补充，形成有机整体。国际上的著名厂商在开发电子海图应用系统时，都基本上遵循了这个标准体系。

目前，IHO现行电子海图标准体系主要包括以下标准：S-57 数字海道测量数据传输标准、S-52 电子海图显示与信息系统海图内容与显示规范、S-58 推荐的ENC确认检查、S-61 光栅航海图产品规范、S-63 IHO数据保护方和S-65 电子海图生产指南。S-57标准旨在对各国海

道测量部门之间交换数字化海道测量数据以及将这些数据传递给生产厂家、航海者和其他数据用户。保证在交换与传递的过程中，数据含义没有改变。在S-57中，一个特定的客观世界实体（如灯标）通过物标类、属性和属性值来编码。S-57 V3.1版中共收录物标160个、元物标13个组合物标类3个、制图物标类5个，物标类总数181个。S-52标准是ECDIS海图内容与显示规范，详细规定了ECDIS在电子海图内容、显示、符号样式、颜色以及电子海图改正等各个方面应遵循的法则。它具体包括了：如何按照重要性将信息进行分类显示、如何按照显示优先等级进行显示、不同环境下颜色如何设置、符号库矢量语言如何表达等。S63 标准，即“IHO 数据防护模式”，用于规范电子海图数据的分发与服务，包括防盗版、防伪造、选择性存取、数据制作者一致性和原型设备制造商（ M）一致性等条款。S58规定了在电子海图检验软件中至少应该包括的ENC检查程序，海道测量机构可以使用此软件来确定他们的ENC 数据是兼容于S-57标准和ENC产品规范的。 ENC检验软件发现不符合的情况，就归类为“错误”或“警告”。“错误”被定义为与产品规范之间的严重不符或偏差。“警告”用来识别不太严重的偏差或可疑数据。例如，发现在海面上存在明显的建筑物。S-65标准，即“电子航海图生产指南”。该指南在较高层次上对电子海图数据的生产、维护、分发等做了指导性的规范。它就 ENC数据的生产、维护、发布所必须的需求和流程，对官方海道测量部门给出一个建设性的框架结构。

除了IHO相关标准，还有下列相关标准和规范：IMO A.817 电子海图显示与信息系统（ECDIS）性能标准、IMO A.694 全球海上遇险与安全系统船台无线电设备和电子导航设备的一般需求、关于罗经、计程仪、自动雷达标绘仪（ARPA）等船用导航设备的性能标准、IEC 61174 电子海图显示与信息系统ECDIS-操作与性能需求，测试方法和应达到的测试结果、IEC 60945 海上导航与无线电通信设备和系统-一般需求，测试方法和应达到的测试结果、IEC 60872-1雷达标绘仪-第一部分：自动雷达标绘仪（ARPA）-测试方法和应达到的测试结果、IEC 61162 海上导航与无线电通信设备和系统-数字接口。

三、电子海图的优势

这些标准的生效，使得电子海图生产、质检、交换、保护、发布、更新和应用变得有规可循、有据可依，从根本上规范了电子海图生产和应用的各个环节。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。总体来说，表现在以下几个方面：

（1）信息内容更加丰富

受到图幅幅面的限制，纸海图的载负量比较有限，而电子海图可实现分层显示、无极缩放、自动综合，应此可表达更加丰富的内容。

（2）信息显示更符合实际应用

电子海图可实现指定条件下的符号输出，比如改变环境参数变换海图调色板，改变安全水深等，符号显示更加动态、并符合实际应用。

（3）方于船舶导航使用

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，可以自动地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来判断船舶航行的状况。

（4）海图改正更加便捷

纸质海图的通告改正，是用户按通告内容手工改正到图上的，改正的正确与否完全取决于作业人员的责任心和能力。而电子海图的通告改正，则是直接用户按ECDIS厂商提供的系统软件依次装入相应的改正文件即可，完全是自动化过程，改正的正确与否完全取决于ECDIS 软件本身。

（5）发行成本更低和更加便捷

采用光盘邮寄、电子邮件甚至是网络发布的方式进行电子海图数据的发布，相对于传统的纸海图发行模式效率更高和成本更低。

图.海图产品发行模式的升迁

四、国内电子海图发展现状

我国民用电子海图发展历程：1996年开始跟踪研究国际电子海图标准S-57，1998年4月制作完成第一幅电子海图，2003年12月在上海成立中国电子海图数据中心，负责组织和实施中国海事电子海图数据的编辑和制作，2007年6月成立海图信息服务中心，负责海事测绘产品的销售、发布和相关服务，2008年9月1日中国海事测绘实现电子海图的首次公开发布，2011年6月14日中国海事局在上海召开新闻发布会免费发放官方电子海图，2011年8月25日海军在国家会议中心也正式对外发布了中国海区民用电子海图。

如今，在我国电子海图已广泛应用于：海事管理、船舶交通管理、船舶引航、船舶导航、水上工程建设等领域。在海事管理部门，已将电子海图及相关显示软件应用于船舶交通管理系统（VTS）及AIS船舶动态监控等海事安全管理领域，提高了海事管理的效率。在港口管理和引航领域，基于电子海图的引航系统已经普遍应用于船舶引航作业，极大提高了引水效率和安全性。此外，随着ECDIS的普及，目前电子海图已应用于巡逻艇、游轮、大型航标船和大型货轮的ECDIS系统，这些电子海图的应用为船舶航行带来了更可靠的安全保障。另外，海事测绘部门还为一些重大的水上建设工程制作专用电子海图，如长江口深水航道、东海大桥等电子海图。可以说航海相关的方方面面无不活跃着电子海图的“身影”。

虽然我国从80年代就开展了电子海图的研究，但由于各种各样的原因，到目前为止还没