電子海圖顯示與信息系統

電子海圖顯示與信息系統，是指符合國際海事組織議案公布的ECDIS性能標準系統。在電子海圖顯示平台上，集成全球定位系統（如GPS）、環境動態要素報告系統（如浪、潮、流、風等報告）和其他套用系統等。將航路、船舶、人和環境統一在一個系統中，實現互相間的最佳配合，提供全面的信息服務。

基本介紹

• 中文名：電子海圖顯示與信息系統
• 外文名：ECDIS
• 定義：航用電子海圖系統
• 核心：計算機
• 連線設備：定位、測深、計程儀、雷達
• 基礎：ENC

系統介紹

ECDIS（電子海圖顯示與信息系統）是指符合有關國際標準的航用電子海圖系統。它以計算機為核心，連線定位、測深、計程儀、雷達等設備，以ENC（電子海圖\航道圖）為基礎，綜合反映船舶行駛狀態，為船舶駕駛人員提供各種信息查詢、量算和航海記錄專門工具，是一種專題地理信息系統（GIS）。ECDIS相關的國際標準有：S57—IHO水道測量數據交換標準；S52—電子海圖內容與顯示規範；S58—推薦ENC驗證檢查標準；S63—IHO數據保護方案；IEC61174—ECDIS硬體檢測標準等。

組成

ECDIS的組成和一般的電子海圖系統類似，主要包括硬體、軟體、數據三部分。所不同的是硬體、使用數據以及功能方面的標準應根據國際標準進行設計和配置。

硬體組成

ECDIS實質上由一個具有高性能的內、外部接口且符合IHO S-52標準要求的船用計算機系統和相應感測器組成。系統的核心是高速中央處理器和大容量的內部和外部存儲器。外部存儲器存儲容量應保證能夠容納整個ENC、ENC更新數據和SENC。

中央處理器、記憶體和顯存容量應保證顯示一幅電子海圖所需時間不超過5s。事實上，隨著計算機硬體技術的迅速發展，加上對SENC的合理設計，完全可以做到在1s內完成一幅電子海圖的顯示。

系統顯示器可以配置1個也可以配置多個，其尺寸、顏色和解析度應符合IHO S-52標準的最低要求。無論配備幾個顯示器，海圖顯示區的最小有效尺寸應為270mm * 270mm，不少於64種顏色，像素尺寸小於0.312 mm。

文本可以與海圖顯示在同一個顯示器的海圖要求的最小區域(270mm * 270 mm)之外部，也可以單獨設立文本顯示器。文本顯示區或顯示器用於顯示航行警告、航路指南、航標表等航海諮詢信息。

內部接口應包括圖形卡、音效卡、硬碟和光碟控制卡等。以光碟或軟碟為載體的ENC及其改正數據，以及用於測試ECDIS性能的測試數據集可通過內部接口直接錄入硬碟，船舶駕駛員在電子海圖上所進行的一些手工標繪、註記，以及電子海圖的手動改正數據的輸入等可通過鍵盤和滑鼠實現。同揚聲器相連線的音效卡，用以實現語音報警。

利用印表機可實現電子海圖和航行狀態的硬拷貝，以便事後分析。外部接口一般是含有CPU的智慧型接口，保證從外部感測器接收信息（如GPS、羅經、雷達、AIS、計程儀、測深儀、風速風向儀、自動舵等設備的信息）並按照一定的調度策略向主機傳送這些信息。

通過船用通信設備不僅可以自動接收ENC的改正數據，實現電子海圖的自動更新，而且還可接收其他諸如氣象預報數據等。

通過與其他感測器連線，ECDIS可以接收、解析、處理各種感測器數據並以文字或圖形等方式顯示，從而可以為航海人員集成顯示所需信息並提供有效的決策支持。定位設備（如GPS、DGPS等）、陀螺羅經、航速與航程測量設備（如計程儀）是性能標準所要求的必須與ECDIS連線的三類感測器，對於未裝有陀螺羅經的船舶，可採用首向傳送裝置代替。此外，性能標準也對ECDIS與雷達、AIS的連線要求做了較為詳細的規定，但並沒有強制要求與這兩類感測器連線。實際上，許多ECDIS產品基本能與主要的船舶助航設備連線，如測深儀、風速風向儀、自動舵等。

軟體組成

ECDIS軟體是ECDIS系統的核心，該軟體需要包括以下基本功能模組：

1)海圖信息處理

由ENC向SENC轉換軟體、電子海圖自動和手動改正軟體、海圖符號庫的管理軟體、航海諮詢信息的管理軟體、電子海圖庫的管理軟體、海圖要素分類及編碼系統的管理軟體、用戶數據的管理軟體等。

2)電子海圖顯示系統

電子海圖合成軟體（給定顯示區域、比例尺和投影方式，搜尋合適的海圖數據並進行投影和裁剪計算，生成圖形檔案）、電子海圖顯示軟體（根據圖形檔案調用符號庫，在螢幕上繪製海圖）、電子海圖上要素的搜尋軟體、航海諮詢信息的顯示軟體。

3)航線設計

在電子海圖上手工繪製和修改計畫航線、計畫航線有效性檢驗、經驗（推薦）航線庫的管理、航行計畫列表的生成（每段航線的距離、航速、航向、航行時間等）。

4)感測器接口

與外部設備（如GPS、雷達、AIS、羅經、計程儀、測深儀、風速風向儀、衛星船站、自動舵等）的接口軟體，以及從這些感測器所讀取的信息的調度和綜合處理軟體。

5)航行監控

計算船舶偏離計畫航線的距離、檢測航行前方的危險物和淺水域、危險報警和警示等。

6)航行記錄

用於記錄船舶航行過程中所使用的海圖的詳細信息以及航行要素，實現類似“黑匣子”的功能。

7)航海問題的求解

船位推算、恆向線和大圓航法計算、距離和方位計算、陸標定位計算、大地問題正反解計算、不同大地坐標系之間的換算、船舶避碰要素( CPA、TCPA)計算等。

優點

電子海圖系統可以進行自動航線設計、航向航跡監測、自動存儲本船航跡、歷史航程重新演示、航行自動警報(如偏航、誤入危險區等)、快速查詢各種信息(如水文、港口、潮汐、海流等)、船舶動態實時顯示(如每秒刷新船位、航速、航向等)，將雷達/ARPA的回波圖像疊顯在海圖上，數千幅海圖的自動更正只需幾分鐘。

背景與構成

電子海圖的發展大致經歷了三個階段：

1）紙質海圖等同物，1970年代末到1984年，人們主要是想減少體積和減輕海圖作業的勞動強度，因此，僅僅是把紙質海圖經數位化處理後存入計算機中。

2）功能開拓階段，到1986年，人們開始挖掘電子海圖的各種潛能。如在電子海圖上顯示船位、航線設計，顯示船速、航向等船舶參數、報警等等。

3）航行信息系統階段，將電子海圖作為航行信息核心，包括電子海圖資料庫的完善，與雷達、定位儀、計程儀、測深儀、GPS、VTS、AIS等各種設備和系統的接口和組合等等。

多功能船用電子海圖系統對保證船舶航行安全所起的重要作用，得到了IMO和IHO（國際航道測量組織）以及眾多航海專家的認可。1986年7月，IMO和IHO成立了ECDIS協調小組，ECDIS各類標準和規範不斷地建立和完善，各種性能優良的ECDIS產品也不斷地推陳出新。
ECDIS是由主計算機系統、電子海圖資料庫、輸入感測器、輸出終端設備等四個基本部分構成。主計算機是電子海圖的核心，需要用它完成大量計算、邏輯推理，很重要的一點是對計算機圖形的處理。電子航行圖（ENC）由官方授權發行。ECDIS除可以顯示精確的電子海圖以外，還應顯示本船船位、航速、航向及周圍目標的有關信息，因此，系統需要接入各種導航感測器及其他信息感測器。
系統終端設備包括圖形顯示器、印表機及航跡記錄儀等。它要顯示或輸出海圖各項航行要素的數據、人機對話的內容、告警信息、供航海人員操作使用的熱鍵和選單等。

發展趨勢

目前ECDIS的性能標準、海圖顯示規範、數據標準均已確立，為其合法化和普及鋪平了道路。今後要解決的關鍵問題就是：要儘快建立覆蓋全球的ENC以及海圖改正服務網路；擴充ECDIS的標準功能，使其具備智慧型化的特點；同高精度定位系統、雷達避碰系統、船舶通信系統、車舵控制系統等進行集成，輔助制定操船決策，同時可以控制船舶以最經濟的方式航行在最優航路上，提高航運效益。　
目前，世界上某些海運技術開發公司已將其ECDIS同導航系統、ARPA、自動舵等連線在一起，構成了所謂的組合船橋系統。主要思路是將來自這些航海儀器的信息進行綜合處理，向航海人員提供一個集成的信息環境，使其能迅速地做出操船決策，提高航行的安全性。讓機器代替航海人員完成這項工作，以減小人為因素造成海難事故發生的可能性並且減少船員定額，已成為當今海運界關注的課題。
ECDIS可以實現在內河航道中的船舶導航。由於內河通航環境的特殊性，對定位的要求更高，特別是在閘區、橋區、狹窄河段等航區，在高精度的DGPS和動態電子江圖的前提下，則可以在內河航道中實現高精度高可靠性的導航，從而在安全、疏浚、航道管理等方面帶來非常可觀的經濟效益。