电子海图（ECDIS）的应用与发展.doc

1、1电子海图（ECDIS）的应用与发展摘要：作为现代船舶航行的重要设备电子海图（ECDIS）已经开始了强制安装和实施，本文通过对电子海图（ECDIS）的介绍，发展历程，规范要求，优缺点比较以及未来展望，全面阐述了电子海图在现代航运中的重要性，为将来从事该行业相关业务积累宝贵的经验。 关键词：电子海图 系统组成 系统应用 系统优缺点 未来展望 1 电子海图（ECDIS）基本介绍 1.1 什么是电子海图（ECDIS） 电子海图（ECDIS）全称名为：电子海图显示与信息系统（Electronic Chart Display and Information System） （以下简称：电子海图） ，是一

2、种符合 IMO 要求的，可以有选择地显示电子航行海图中的信息以及从航行传感器获得的各类信息，通过其处理单元进行综合处理和显示，以帮助航海人员进行航线设计和航路监视，并能按要求显示其他与航海相关补充信息的信息系统。 1.2 电子海图系统的组成 电子海图系统是船舶驾驶台中各种传感器数据综合处理显示平台（如图 1） ，而其设备本身由硬件和软件两部分组成。 电子海图通过将船上雷达（Radar） 、计程仪（Speed Doppler Log） ，全球定位系统（GPS） ，电罗经（Gyro） ，船舶自动识别系统（AIS） ，航行警告系统（NAVTEX） ，测深仪（Echo Sounder） ，航行数据记录

3、仪（VDR） ，2自动舵（Auto Pilot）等其他各类信息进行收集并综合处理，显示在电子海图设备上。 电子海图设备本身就如同一台经过特殊定制的计算机，由显示器、处理单元、键盘，鼠标及各类外接设备，如 USB 端口、打印机等组成。而系统内部则运行一套符合 IMO 规范要求的电子海图软件系统，将收集到的各类数据以及 ENC（电子海图数据）综合处理后显示在设备显示器上（如图 2）供航海人员参考使用。1.3 电子海图软件系统 电子海图设备的核心是其系统软件的设计和功能，一般来说一套标准符合 IMO 规范要求的电子海图软件主要由以下几个功能模块组成： 1.3.1 电子海图数据处理及显示模块 该模块包

4、含有 ENC 向 SENC 转换，海图自动和手动改正、海图符号库管理、图库管理，海图要素分类及编码机制管理等功能。同时将这些内容进行合成（给定显示区域、比例尺和投影方式、搜索合适的海图数据，并进行投影和剪裁计算，生成图形文件） ，在屏幕上进行绘制和显示。 1.3.2 航路设计及更正模块 该模块主要作用是在电子海图上手工绘制和修改航线，并自动进行航线的有效性、安全性检测，确保所制作的航线安全可靠。同时将已绘制好的航线进行分类管理和保存，生成相关的航线列表供船员使用。 1.3.3 传感器接口及处理显示模块 该模块主要是指与外部设备，如：GPS，RADAR，AIS，GYRO，SEPPD LOG，EC

5、HO SOUNDER，AUTO PILOT，VDR 等各类设备的接口软件，通过该模块软件将所接收到的各类信息进行综合处理并显示在海图屏幕上。 31.3.4 航行监控及报警模块 该模块主要是用于对船舶航行过程时进行实时监控，如发生航行路线偏离或者接近危险物、浅滩等危险区域时实时发出报警提醒船员及时调整航行路线以避免事故发生，同时该模块对所接入传感器信息进行数据监控，当发生信号丢失、无效、无法识别时，同样也会进行报警提醒船员。 1.3.5 航行数据记录及回放模块 该模块主要用于记录船舶航行过程中所使用的海图详细信息以及航行要素，实现类似“黑匣子”的功能，同时将这些数据进行保存，在需要的时候，供船员

6、和调查人员进行调取和回放。 1.3.6 航海问题交互与求解模块 该模块主要是供船员调取船上所需要的航行信息，如潮汐、海流、气象等信息同时通过该模块解决船位推算、恒向线、大圆航海法计算、距离和方位计算、陆地定位计算、船舶避碰要素（CPA、TCPA）计算等各类辅助信息显示和自动/手动切换问题。 一款优秀的电子海图设备，除了要符合以上基本的 IMO 性能配置要求外，在设备的硬件外观、大小、耐用性、实用性，软件的强壮性、人机交互界面的友好性、易维护性等各个方面都要进行优化和改进，以满足现代航行的需求。只有通过软件与硬件的完美结合才能真正发挥电子海图在现代船舶航行中所起到的重要作用，从而彻底替代船员以往

7、依靠纸质海图航行的传统模式。 2 船舶配置电子海图设备的规范与要求 42.1 电子海图的实施日期 根据 2009 年 IMO 海安会第 86 次会议上，通过 MSC.282（86）决议，SOLAS 公约第 V 章 19 条款下新增了 2.10 和 2.11 项，规定了电子海图显示与信息系统应用的具体要求，开始了电子海图系统的强制应用过程（如图 3） 。 决议对未来新造船舶及现存船舶电子海图强制安装做了如下要求： 1.对于 2012 年 7 月 1 日以后新造的 500 总吨及以上的客船必须配置电子海图设备 2.对于 2012 年 7 月 1 日以后新造的 3 000 总吨及以上的油船必须配置电

8、子海图设备 3.对于 2013 年 7 月 1 日以后新造的 10 000 总吨及以上的货轮必须配置电子海图设备 4.对于 2014 年 7 月 1 日以后新造的 3 000 总吨及以上且小于 10 000总吨的货轮（不含油轮）必须配置电子海图设备 5.对于 2012 年 7 月 1 日前建造的 500 总吨及以上的现有客轮，在不晚于 2014 年 7 月 1 日后第一个检查日前完成电子海图的配置 6.对于 2012 年 7 月 1 日前建造的 3 000 总吨及以上的现有油轮，在不晚于 2015 年 7 月 1 日后第一个检查日前完成电子海图的配置 7.对于 2013 年 7 月 1 日前建

9、造的 50 000 总吨及以上的现有货轮（非油轮） ，在不晚于 2016 年 7 月 1 日后第一个检查日前完成电子海图的配置 8.对于 2013 年 7 月 1 日前建造的 2000 总吨及以上且小于 50 000 总吨的现有货轮（非油轮） ，在不晚于 2017 年 7 月 1 日后第一个检查日前5完成电子海图的配置 9.对于 2013 年 7 月 1 日前建造的 10 000 总吨及以上且小于 2 000总吨的现有货轮，在不晚于 2018 年 7 月 1 日后第一个检查日前完成电子海图的配置。但是对于那些在强制实施日期开始起计算 2 年内将永久退役或报废的船舶可免除该船的电子海图配置要求。

10、 2.2 电子海图相关的国际标准 电子海图系统的诞生和发展已经经历了几十年的时间，在过去，由于各设备生产商对电子海图的理解各有不同，因此产生了不同型号，类型，用途和数据格式的电子海图设备，并且在当时，国际相关组织也一直没能形成统一的意见和指导政策，因此在很长的一段时间内，电子海图仅仅作为船舶航运设备的一个可选项目，而非强制设备。但随着时代的变迁和信息化的快速发展，电子海图逐渐成为一个未来航运的发展趋势，各海事组织也为此达成了共识，发布了针对电子海图的一系列规范及相关的性能要求文件，从而统一了各生产商对电子海图的生产标准。 目前，针对电子海图的相关标准主要来自三个国际组织：国际海事组织 （IMO

11、） 、国际海道测量组织（IHO）和国际电工委员会（IEC） 。IMO 在 1995 年 11 月第 19 届大会正式通过了 A.817（19）号决议“IMO ECDIS 性能标准” ，此后在 1996 年 11 月通过了 MSC.64（67）决议增加了性能标准附件 6“ECDIS 备用装置要求” 。1998 年通过了 MSC.86（70）决议增加了性能标准附件 7“RCDS 操作模式” 。2006 年 12 月通过了MSC.232（82） ，对标准进行了全面的修订，最终形成了现行的“IMO ECDIS 性能标准” 。该标准规定了电子海图各个方面的性能及显示要求，6其中主要的有 4 个标准：IH

12、O S-52、IHO S-57、IHO S-63、IEC 61174。 IHO S-52 标准（ECDIS 内容和显示标准）规范了 ECDIS 显示 ENC 信息时的方式，包括颜色、符号样式、线型等一系列问题，从而保证不同厂商生产的 ECDIS 显示海图信息的方式、基本海图功能保持一致，以利于航海人员的识别和使用。IHO S-57（数字化海道测量数据传输标准）标准描述了用于各国航道部门之间的数字化海道测量数据的交换以及向航海人员、ECDIS 生产商发布了这类数据标准，使各数据之间相互传输和交换达成了统一。IHO S-63（数据保护方案）标准是由 IHO 数据保护方案组编写的，其主要作用是通过对

13、数据的压缩、加密、许可、验证等手段保护电子海图数据在分发，服务，销售过程中避免产生数据篡改、伪造、确保数据合法、有效期限等各类信息的安全。IEC 61174（硬件设备性能和测试标准）标准则明确了对 ECDIS 设备进行测试的方法和应该出现的结果，以保证各厂商生产的电子海图设备硬件都能符合在海上航行的特别要求。 2.3 电子海图取代纸海图的要求 众所周知，电子海图的诞生除了帮助船员提供必要的航行决策外，很重要的一个目是取代传统的纸海图，让船员真正从复杂而繁琐的工作中解放出来。目前虽然电子海图的强制实施已经开始，但它并没有规定船舶安装电子海图设备的数量和要求，因此很多船舶虽然安装了电子海图设备但由

14、于达不到取代纸海图的要求，导致这些船上依旧配备了纸质海图。那么什么样情况下的配置是可以彻底替代船上的纸海图，使船舶真正达到无纸化航行呢？ 7首先船舶必须配备至少两台以上符合 IMO 规范认证要求的电子海图设备，一台用做主用设备;另一台则为备用设备，起主要目的是为了防止在主电子海图发生故障时，能进行无缝替代。其次，无论是主用设备还是备用设备都必须拥有独立的供电单元，且设备都必须分别单独接入各传感器信号;以及主用设备与备用设备之间能进行实时备份和数据传输，例如，主用设备上制作的航线信息能共享到备用设备上。最后两台电子海图都必须使用官方发布的电子海图数据（ENC 或 RNC）并保持数据和海图软件一直

15、处于最新版本。只有符合以上这些条件，才可被认定为符合无纸化航行要求。 2.4 船员对于电子海图的适用性要求 电子海图强制实施除了对设备硬件要求外，同时对船员也有一定的要求。根据 STCW 公约（海员培训、发证和值班标准国际公约）规定，装有电子海图设备船舶的船长和高级船员必须通过相关的 ECDIS 知识培训，主要由“通用培训”和“特定设备熟悉性培训”两部分组成。 “通用培训”是指根据 IMO 模型课程 1.27 对船员进行电子海图基本介绍和相关知识的培训，使船员掌握基本的电子海图概念和操作，此类培训大多由各国官方认可的培训学校或机构进行授课培训。 “特定设备熟悉性培训”是指针对船上不同生产商生产

16、的电子海图设备，而对该船船员操作该设备进行一个定向培训，使其掌握对该型号电子海图的熟悉性操作和基本维护方法，这主要是由各生产厂商通过不同的方式对船员进行培训。船员只有同时获得这两个培训的培训证书才算合格，缺一不可。在这一点上，各港口国船舶检查是非常严格，如不通过将开具缺陷报告。 82.5 澳大利亚港口国对于电子海图的检查要求 在国际各个港口国检验中，澳大利亚港口一直是以船舶检验严格著称，根据 2012 年澳大利亚发布的针对电子海图设备在其国家停靠的船舶检查要求，主要检验流程如下： 通过检查流程我们可以看出，澳大利亚在对其港口靠港的船舶进行检查时，只要是将 ECDIS 列入设备清单的船舶，都会进

17、行严格的严查，无论你在哪个环节出了问题，都将面临开具问题缺陷的风险。因此我们除了需要了解 ECDIS 的安装要求外，对世界一些主要港口国的检查要求也要进行梳理，避免船舶在靠港时产生一系列不必要的麻烦。 3 电子海图的实际应用与存在的问题 3.1 电子海图安装和使用的优点 随着电子海图强制实施的执行，各船公司正按步骤的对各自船队的船舶进行电子海图设备的配备。同时各电子海图设备生产商也在不断地改进自己的设备性能，以满足不同船公司的需求。 目前，电子海图设备硬件正朝着大屏幕、小处理单元、高性能的方向发展，同时设备安装也变得越来越简单。过去以 CRT 显示器为主时代一去不复返，24 寸、26 寸 TF

18、T 显示屏已经成为世界的主流，处理单元尺寸也变得越来越小，就如同一台小型台式电脑机箱般的大小，这样做是更易于将其放入本已拥挤不堪的船舶驾控台中。同时信号接口除了一些必要的串口信号外，绝大部分信息都通过网线直接接入，大大提高了实时性和易用性。总之，对于硬件来说其集成度和完整度的不断提高使电子海图适用性得到了进一步加强。 9而电子海图软件也在不断优化改进，图形化图标界面和透视显示的合理搭配，提升了整个系统的人机交互友好性，拟人化的航线制作更是让船员摆脱传统纸海图航路制作的种种不便，目前越来越多的船员已经相当习惯使用电子海图设备进行航路操作。 未来，电子海图设备还将继续不断发展，触屏操作、远程控制操

19、作、智能航行都将是可预见的发展方向。 如图 4 所示，是某品牌设备生产商生产的最新型号电子海图系统设备，该系统采用最新 MFD（多功能显示）技术，可以将船上雷达、电子海图、CONNING 设备的图像进行任意切换和操作，同时整机进行了模块化处理使每个部件单元都可单独拆卸，大大提高了维修时间，流线型的框架设计则更符合人类视觉舒适度的要求。 3.2 传感器的兼容性，及电子海图软、硬件问题 3.2.1 电子海图是一个集成各类传感器信号的设备，那么必然会面临信号兼容性的问题。虽然目前很多串口信号都有了规范格式（NEMA 语句）语句，但雷达数据图像和自动舵数据信号的兼容性依旧是困扰各大厂商的主要问题，由于

20、船上可能安装了不同于该船电子海图生产商的品牌雷达，特别是在一些老船上，安装的都是上一代的雷达设备，因此雷达图像叠加到电子海图屏幕上几乎成为一件不可能的事情，即便使用市面上所谓的视频处理卡，但由于没经过原海图设备商的测试和优化，实际效果不尽人如意。因此船东在面临挑选电子海图供应商问题上就有了一定的局限性，要么选择与雷达同品牌的电子海图生产商，要么更换雷达，使其与电子海图品牌保持一致，总之，由于这一问题大大减弱了电子海10图叠加雷达图像的这一功能，并且由于这涉及到各品牌技术保密问题，所以目前来讲还没有找到一个比较完美的解决方案。同样自动舵连接也存在类似的问题，不同品牌的电子海图商都有自己所合作的自

21、动舵品牌厂商，只有使用这些品牌的自动舵，才能实现电子海图的 TCS（路径操控系统）功能，因此现在很多船东的船队都没能真正使用上电子海图这一独有的强大功能。 3.2.2 电子海图软件问题，既然是软件系统那么就不可能没有 BUG，问题在于如何避免重大 BUG 的产生，现在随着电子海图的功能不断强大，机器内部的海图数据和信号数据越来越多，日积月累的堆积势必会对系统运行产生影响，或是死机，或是数据偏差，或是运行速度变慢这些在日常电脑中常常发生的问题，同样也会发生在电子海图设备上，一个好的电子海图软件重要标准之一就是软件运行的强壮性，系统偶尔出现小BUG 无可厚非但绝对不能出现影响系统正常运行的重大 BUG，这不仅仅关系到设备问题，更重要的是关系到航行安全问题。而另一方面，船东和船员也应该时刻关心相关软件的升级补丁，确保船上使用的软件保持最新版本，最大程度的降低在软件方面的风险。我个人认为，软件问题将伴随着电子海图发展而一直存在，我们所能做的是尽可能地降低可预见的风险，但如果一旦发生系统崩溃的情况，我们同样要有一套系统恢复方法，以确保船舶的安全航行。 3.2.3 如果说设备软件出现问题有时还能自行修复或重置，那么设备硬件出现故障才是令船东和船员真正头痛的问题，这一问题的产生将直接导致电子海图无法正常运行，特别是跑全球航线的船舶，如果无法得