電子海圖顯示與信息系統(tǒng)，是指符合國際海事組織議案公布的ECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。在電子海圖顯示平臺上，集成全球定位系統(tǒng)（如GPS）、環(huán)境動態(tài)要素報告系統(tǒng)（如浪、潮、流、風(fēng)等報告）和其他應(yīng)用系統(tǒng)等。將航路、船舶、人和環(huán)境統(tǒng)一在一個系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)互相間的最佳配合，提供全面的信息服務(wù)。
系統(tǒng)介紹
ECDIS（電子海圖顯示與信息系統(tǒng)）是指符合有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的航用電子海圖系統(tǒng)。它以計(jì)算機(jī)為核心，連接定位、測深、計(jì)程儀、雷達(dá)等設(shè)備，以ENC（電子海圖\航道圖）為基礎(chǔ)，綜合反映船舶行駛狀態(tài)，為船舶駕駛?cè)藛T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(tǒng)（GIS）。ECDIS相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)有：S57—IHO水道測量數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)；S52—電子海圖內(nèi)容與顯示規(guī)范；S58—推薦ENC驗(yàn)證檢查標(biāo)準(zhǔn)；S63—IHO數(shù)據(jù)保護(hù)方案；IEC61174—ECDIS硬件檢測標(biāo)準(zhǔn)等。
組成
ECDIS的組成和一般的電子海圖系統(tǒng)類似，主要包括硬件、軟件、數(shù)據(jù)三部分。所不同的是硬件、使用數(shù)據(jù)以及功能方面的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置。
硬件組成
ECDIS實(shí)質(zhì)上由一個具有高性能的內(nèi)、外部接口且符合IHO S-52標(biāo)準(zhǔn)要求的船用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和相應(yīng)傳感器組成。系統(tǒng)的核心是高速中央處理器和大容量的內(nèi)部和外部存儲器。外部存儲器存儲容量應(yīng)保證能夠容納整個ENC、ENC更新數(shù)據(jù)和SENC。
中央處理器、內(nèi)存和顯存容量應(yīng)保證顯示一幅電子海圖所需時間不超過5s。事實(shí)上，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，加上對SENC的合理設(shè)計(jì)，完全可以做到在1s內(nèi)完成一幅電子海圖的顯示。
系統(tǒng)顯示器可以配置1個也可以配置多個，其尺寸、顏色和分辨率應(yīng)符合IHO S-52標(biāo)準(zhǔn)的最低要求。無論配備幾個顯示器，海圖顯示區(qū)的最小有效尺寸應(yīng)為270mm * 270mm，不少于64種顏色，像素尺寸小于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(qū)域(270mm * 270 mm)之外部，也可以單獨(dú)設(shè)立文本顯示器。文本顯示區(qū)或顯示器用于顯示航行警告、航路指南、航標(biāo)表等航海咨詢信息。
內(nèi)部接口應(yīng)包括圖形卡、聲卡、硬盤和光盤控制卡等。以光盤或軟盤為載體的ENC及其改正數(shù)據(jù)，以及用于測試ECDIS性能的測試數(shù)據(jù)集可通過內(nèi)部接口直接錄入硬盤，船舶駕駛員在電子海圖上所進(jìn)行的一些手工標(biāo)繪、注記，以及電子海圖的手動改正數(shù)據(jù)的輸入等可通過鍵盤和鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)。同揚(yáng)聲器相連接的聲卡，用以實(shí)現(xiàn)語音報警。
利用打印機(jī)可實(shí)現(xiàn)電子海圖和航行狀態(tài)的硬拷貝，以便事后分析。外部接口一般是含有CPU的智能接口，保證從外部傳感器接收信息（如GPS、羅經(jīng)、雷達(dá)、AIS、計(jì)程儀、測深儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、自動舵等設(shè)備的信息）并按照一定的調(diào)度策略向主機(jī)發(fā)送這些信息。
通過船用通信設(shè)備不僅可以自動接收ENC的改正數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電子海圖的自動更新，而且還可接收其他諸如氣象預(yù)報數(shù)據(jù)等。
通過與其他傳感器連接，ECDIS可以接收、解析、處理各種傳感器數(shù)據(jù)并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并提供有效的決策支持。定位設(shè)備（如GPS、DGPS等）、陀螺羅經(jīng)、航速與航程測量設(shè)備（如計(jì)程儀）是性能標(biāo)準(zhǔn)所要求的必須與ECDIS連接的三類傳感器，對于未裝有陀螺羅經(jīng)的船舶，可采用首向發(fā)送裝置代替。此外，性能標(biāo)準(zhǔn)也對ECDIS與雷達(dá)、AIS的連接要求做了較為詳細(xì)的規(guī)定，但并沒有強(qiáng)制要求與這兩類傳感器連接。實(shí)際上，許多ECDIS產(chǎn)品基本能與主要的船舶助航設(shè)備連接，如測深儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、自動舵等。
軟件組成
ECDIS軟件是ECDIS系統(tǒng)的核心，該軟件需要包括以下基本功能模塊：
1)海圖信息處理
由ENC向SENC轉(zhuǎn)換軟件、電子海圖自動和手動改正軟件、海圖符號庫的管理軟件、航海咨詢信息的管理軟件、電子海圖庫的管理軟件、海圖要素分類及編碼系統(tǒng)的管理軟件、用戶數(shù)據(jù)的管理軟件等。
2)電子海圖顯示系統(tǒng)
電子海圖合成軟件（給定顯示區(qū)域、比例尺和投影方式，搜索合適的海圖數(shù)據(jù)并進(jìn)行投影和裁剪計(jì)算，生成圖形文件）、電子海圖顯示軟件（根據(jù)圖形文件調(diào)用符號庫，在屏幕上繪制海圖）、電子海圖上要素的搜索軟件、航海咨詢信息的顯示軟件。
3)航線設(shè)計(jì)
在電子海圖上手工繪制和修改計(jì)劃航線、計(jì)劃航線有效性檢驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)（推薦）航線庫的管理、航行計(jì)劃列表的生成（每段航線的距離、航速、航向、航行時間等）。
4)傳感器接口
與外部設(shè)備（如GPS、雷達(dá)、AIS、羅經(jīng)、計(jì)程儀、測深儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、衛(wèi)星船站、自動舵等）的接口軟件，以及從這些傳感器所讀取的信息的調(diào)度和綜合處理軟件。
5)航行監(jiān)控
計(jì)算船舶偏離計(jì)劃航線的距離、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
用于記錄船舶航行過程中所使用的海圖的詳細(xì)信息以及航行要素，實(shí)現(xiàn)類似“黑匣子”的功能。
7)航海問題的求解
船位推算、恒向線和大圓航法計(jì)算、距離和方位計(jì)算、陸標(biāo)定位計(jì)算、大地問題正反解計(jì)算、不同大地坐標(biāo)系之間的換算、船舶避碰要素( CPA、TCPA)計(jì)算等。
優(yōu)點(diǎn)
電子海圖系統(tǒng)可以進(jìn)行自動航線設(shè)計(jì)、航向航跡監(jiān)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(qū)等)、快速查詢各種信息(如水文、港口、潮汐、海流等)、船舶動態(tài)實(shí)時顯示(如每秒刷新船位、航速、航向等)，將雷達(dá)/ARPA的回波圖像疊顯在海圖上，數(shù)千幅海圖的自動更正只需幾分鐘。
背景與構(gòu)成
電子海圖的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段：
1）紙質(zhì)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(yè)的勞動強(qiáng)度，因此，僅僅是把紙質(zhì)海圖經(jīng)數(shù)字化處理后存入計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)，顯示船速、航向等船舶參數(shù)、報警等等。
3）航行信息系統(tǒng)階段，將電子海圖作為航行信息核心，包括電子海圖數(shù)據(jù)庫的完善，與雷達(dá)、定位儀、計(jì)程儀、測深儀、GPS、VTS、AIS等各種設(shè)備和系統(tǒng)的接口和組合等等。
多功能船用電子海圖系統(tǒng)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(rèn)可。1986年7月，imo和IHO成立了ECDIS協(xié)調(diào)小組，ECDIS各類標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不斷地建立和完善，各種性能優(yōu)良的ECDIS產(chǎn)品也不斷地推陳出新。
ECDIS是由主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電子海圖數(shù)據(jù)庫、輸入傳感器、輸出終端設(shè)備等四個基本部分構(gòu)成。主計(jì)算機(jī)是電子海圖的核心，需要用它完成大量計(jì)算、邏輯推理，很重要的一點(diǎn)是對計(jì)算機(jī)圖形的處理。電子航行圖（ENC）由官方授權(quán)發(fā)行。ECDIS除可以顯示精確的電子海圖以外，還應(yīng)顯示本船船位、航速、航向及周圍目標(biāo)的有關(guān)信息，因此，系統(tǒng)需要接入各種導(dǎo)航傳感器及其他信息傳感器。
系統(tǒng)終端設(shè)備包括圖形顯示器、打印機(jī)及航跡記錄儀等。它要顯示或輸出海圖各項(xiàng)航行要素的數(shù)據(jù)、人機(jī)對話的內(nèi)容、告警信息、供航海人員操作使用的熱鍵和菜單等。
發(fā)展趨勢
目前ECDIS的性能標(biāo)準(zhǔn)、海圖顯示規(guī)范、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)均已確立，為其合法化和普及鋪平了道路。今后要解決的關(guān)鍵問題就是：要盡快建立覆蓋全球的ENC以及海圖改正服務(wù)網(wǎng)絡(luò)；擴(kuò)充ECDIS的標(biāo)準(zhǔn)功能，使其具備智能化的特點(diǎn)；同高精度定位系統(tǒng)、雷達(dá)避碰系統(tǒng)、船舶通信系統(tǒng)、車舵控制系統(tǒng)等進(jìn)行集成，輔助制定操船決策，同時可以控制船舶以最經(jīng)濟(jì)的方式航行在最優(yōu)航路上，提高航運(yùn)效益。
目前，世界上某些海運(yùn)技術(shù)開發(fā)公司已將其ECDIS同導(dǎo)航系統(tǒng)、ARPA、自動舵等連接在一起，構(gòu)成了所謂的組合船橋系統(tǒng)。主要思路是將來自這些航海儀器的信息進(jìn)行綜合處理，向航海人員提供一個集成的信息環(huán)境，使其能迅速地做出操船決策，提高航行的安全性。讓機(jī)器代替航海人員完成這項(xiàng)工作，以減小人為因素造成海難事故發(fā)生的可能性并且減少船員定額，已成為當(dāng)今海運(yùn)界關(guān)注的課題。
ECDIS可以實(shí)現(xiàn)在內(nèi)河航道中的船舶導(dǎo)航。由于內(nèi)河通航環(huán)境的特殊性，對定位的要求更高，特別是在閘區(qū)、橋區(qū)、狹窄河段等航區(qū)，在高精度的DGPS和動態(tài)電子江圖的前提下，則可以在內(nèi)河航道中實(shí)現(xiàn)高精度高可靠性的導(dǎo)航，從而在安全、疏浚、航道管理等方面帶來非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
參考資料 >