潘春蘭

電子海圖在船舶航行中的應(yīng)用

潘春蘭

隨著船舶自動化技術(shù)和計算機(jī)信息技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)生了以數(shù)字形式表示的描寫航行海域地理信息的電子海圖。電子海圖的出現(xiàn)無疑是航海領(lǐng)域和航道測量領(lǐng)域的一場技術(shù)革命，它給航海人員指揮船舶航行帶來了極大的安全與方便。為進(jìn)一步發(fā)揮電子海圖在航海中的效能，文章介紹了電子海圖的概念與基本原理、電子海圖在船舶航行中的應(yīng)用、電子海圖的系統(tǒng)誤差與風(fēng)險，并指出了使用電子海圖時應(yīng)注意的幾個問題。

電子海圖；航海；誤差

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，紙質(zhì)的海圖已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足船舶駕駛技術(shù)與航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，人們便發(fā)明了電子海圖。電子海圖不僅可以給出航路信息，而且可以與其他導(dǎo)航信息疊加，顯示本船以及其他船舶的實時航向與速度，從而幫助駕駛員獲取較為準(zhǔn)確、可信賴的船位，直觀顯示船舶的潛在危險，保證船舶航行安全。航海實踐中，船舶駕駛員通常也會花更多的時間去觀察和借鑒電子海圖所給出的警示，并利用其所給出的數(shù)據(jù)來判斷和觀察船舶是否可以安全航行?？梢哉f，當(dāng)前精準(zhǔn)而又便捷的電子海圖已經(jīng)在航海實踐中得到充分應(yīng)用。為進(jìn)一步發(fā)揮電子海圖在航海中的效能，文章首先介紹了電子海圖基本原理、電子海圖在船舶航行中的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上，介紹了電子海圖的系統(tǒng)誤差與風(fēng)險，指出了航海實踐中使用電子海圖時應(yīng)注意的幾個問題。

二、電子海圖顯示信息系統(tǒng)

（一）電子海圖的概念

所謂電子海圖，即各種數(shù)字式海圖及其應(yīng)用系統(tǒng)的統(tǒng)稱。它一般分為兩大類：一類主要是由政府部門牽頭，在規(guī)定的航區(qū)內(nèi)進(jìn)行測量并繪制的海圖，叫做官方海圖。另一類是由民間組織進(jìn)行測量并繪制的海圖，叫做非官方海圖。通常情況下，官方海圖的準(zhǔn)確性比民間海圖要高。但無論是官方海圖還是非官方海圖，電子海圖都具有兩種形式，即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)。無論是更新數(shù)據(jù)還是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，都必須以標(biāo)準(zhǔn)的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而使不同國家的航道機(jī)構(gòu)所制作的電子海圖能夠全球通用。更新數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一起為電子海圖顯示信息系統(tǒng)所接收，形成反映一定海域內(nèi)的最新信息。從而為航海人員提供信息平臺，使其能夠更加直觀、方便地了解船舶航行海域的現(xiàn)實狀況，保證船舶航行安全。

（二）電子海圖的由來

為了實現(xiàn)航海技術(shù)的自動化及信息化，1986年7月，IMO和IHO合作成立了電子海圖協(xié)調(diào)小組（HGE），開始共同研究開發(fā)電子。1998年10月，IMO和IHO又聯(lián)合組織了北海工程實驗，以評價ECDIS的功能，分析其潛在用途。當(dāng)時，共有來自6個不同國家與組織的電子海圖系統(tǒng)參加了實驗。實驗結(jié)果表明，電子海圖系統(tǒng)不僅僅是傳統(tǒng)紙海圖的替代品，而且是未來智能化信息的必要組成部分。因此，IMO和IHO共同提議：電子海圖系統(tǒng)應(yīng)為全世界共同財富，應(yīng)當(dāng)走國際標(biāo)準(zhǔn)化的道路，各國政府和國際組織應(yīng)當(dāng)為其提供法律保證。在之后的近10年期間，隨著電子計算機(jī)及其相關(guān)的彩色圖像顯示器出現(xiàn)，紙質(zhì)海圖數(shù)字化以及海圖的電子復(fù)制變成了現(xiàn)實。之后，在IMO和IHO的積極努力下，電子海圖系統(tǒng)的各類標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不斷得到建立、更新與完善，各種具有優(yōu)良性能的電子海圖產(chǎn)品也不斷走向市場。

（三）電子海圖的基本原理

客觀地說，電子海圖就是以數(shù)字形式存儲，包括數(shù)據(jù)、設(shè)備、系統(tǒng)、計算機(jī)硬件和其他輔助手段的綜合信息處理系統(tǒng)。通常情況下，電子海圖主要包括各種傳感器和航海數(shù)據(jù)綁定的圖形輸出終端導(dǎo)航系統(tǒng)。船用電子海圖，分別從陀螺羅經(jīng)、GPS/DGPS、氣象傳真等設(shè)備接收方向、速度、位置和天氣信息，并將從各種設(shè)備接收的信息在海圖顯示器上顯示，對其進(jìn)行跟蹤、監(jiān)測和報警。在航行中，船用電子海圖處理器通過網(wǎng)絡(luò)控制船舶各種傳感系統(tǒng)，利用各種傳感系統(tǒng)通過計算機(jī)發(fā)送信息，然后在海圖數(shù)據(jù)庫疊加設(shè)置，再系統(tǒng)輸入各類數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和處理。矢量圖和光柵圖組成的圖形數(shù)據(jù)庫是電子海圖基本組成部分，通過圖表顯示數(shù)據(jù)信息，并實現(xiàn)系統(tǒng)準(zhǔn)確傳輸。

三、電子海圖在船舶航行中的應(yīng)用

（一）電子海圖在船舶導(dǎo)航中的應(yīng)用

在船舶航行前，航海人員可以利用電子海圖進(jìn)行模擬航線，選擇最佳航線，依照推薦的航線進(jìn)行人工標(biāo)繪或者大圓航線計算。另外，由于電子海圖可靈活地利用兩個基本點的距離和方位計算出兩者之間的相對動態(tài)。航海人員可以利用電子海圖連接計程儀、陀螺電羅經(jīng)、Loran-C、測深儀以及氣象儀等設(shè)備，并依靠這些傳感器發(fā)來的信息，自動標(biāo)繪船舶的船位、航行軌跡以及航行時間，尋找出最準(zhǔn)確的船位，設(shè)計最佳航線。

（二）電子海圖在船舶避碰中的應(yīng)用

電子海圖連接計程儀、陀螺羅經(jīng)、測深儀等其他設(shè)備后，不僅能夠提供本船在航行中的各種靜態(tài)信息，比如地理位置、離岸距離、航行速度、航行方向、測深數(shù)據(jù)、海底條件等，而且還能夠適時地提供海上各種船舶的動態(tài)信息，比如目標(biāo)船舶的航行方向、方位以及兩者之間的距離等。因此，航海人員還可以利用電子海圖將本船、本船周圍的靜態(tài)目標(biāo)、本船周圍的動態(tài)目標(biāo)聯(lián)系在一起，進(jìn)行船舶定位和雷達(dá)標(biāo)繪，準(zhǔn)確判斷出三者的關(guān)系，判斷船舶的避碰態(tài)勢，保證船舶航行安全。

（三）電子海圖在船舶港口引航中的應(yīng)用

隨著航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，船舶進(jìn)出港口日益頻繁，而且大型船舶越來越多，港口航道不斷加寬加深。當(dāng)航道長度達(dá)到一定距離時，引航員光憑肉眼就不再容易看清岸基導(dǎo)標(biāo)，特別是碰到惡劣天氣時，能見度更會大大降低。當(dāng)遇到上述情況時，一般港口都采用限航或停航的方法保證船舶安全，但這也嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，損害了貨主和承運(yùn)人的利益。利用高精度電子海圖，引航員則可以準(zhǔn)確獲得被引船舶的靜、動態(tài)信息。比如：船舶位置、航行方向、航行速度等，而且可以將上述信息通過VHF數(shù)傳電臺直接發(fā)給岸上的監(jiān)控系統(tǒng)，方便岸上的監(jiān)控和協(xié)助，從而保證船舶引航安全。

（四）電子海圖在船舶調(diào)度管理中的應(yīng)用

和船舶定位系統(tǒng)相連接，公司電子海圖系統(tǒng)可以自動接收并顯示公司所有船舶的位置與其他信息，可以查詢公司所屬船舶的靜、動態(tài)情況。對于有問題的船舶，公司可以對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)度，更好地把握住船舶的安全性。當(dāng)然，在使用電子海圖對公司所屬船舶調(diào)度時，必須將船岸的通信系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，所使用的電子海圖系統(tǒng)亦應(yīng)該涵蓋船舶公司所有船舶的航線。

四、電子海圖系統(tǒng)誤差及風(fēng)險

（一）電子海圖硬件產(chǎn)生的誤差

電子海圖系統(tǒng)是基于計算機(jī)應(yīng)用的電子導(dǎo)航設(shè)備，在長期的使用過程中，有可能因為設(shè)備過熱、CPU過載、設(shè)備震動過大等因素，引發(fā)電腦藍(lán)屏、死機(jī)、開機(jī)自檢不通過、系統(tǒng)運(yùn)行缺少必要文件等問題。解決這類問題應(yīng)該考慮各種各樣的因素，可以通過設(shè)備的報警提示來判斷和排除，特別是驅(qū)動程序應(yīng)該有一定的處理能力，以應(yīng)付計算機(jī)類似問題的發(fā)生。

（二）電子海圖軟件產(chǎn)生的誤差

在電子海圖使用過程中，當(dāng)其設(shè)備系統(tǒng)中裝入其他修改系統(tǒng)的注冊表或自帶插件的軟件時，很可能導(dǎo)致系統(tǒng)重要文件被替代或刪除。長時間使用或盲目重啟系統(tǒng)，也會導(dǎo)致海圖系統(tǒng)錯誤而強(qiáng)制關(guān)閉系統(tǒng)，從而使得海圖系統(tǒng)癱瘓。當(dāng)電子海圖系統(tǒng)癱瘓、程序無法運(yùn)行時，航海人員可以按照指導(dǎo)書要求對其進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)和更新來處理。

（三）電子海圖傳感器產(chǎn)生的誤差

傳感器是電子海圖的重要組成部分，主要用來感受羅經(jīng)、Loran-C、測深儀以及氣象儀等設(shè)備信息，并將感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號傳輸給電子海圖。電子海圖傳感器出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致其他相關(guān)功能喪失或數(shù)據(jù)誤差變大，給船舶航行安全帶來威脅和不便。因此，航海人員在使用電子海圖的過程中一定要注意傳感器正常工作，確保其提供的信息準(zhǔn)確可靠。

（四）電子海圖數(shù)據(jù)測量產(chǎn)生的誤差

當(dāng)前，電子海圖的數(shù)據(jù)分為光柵海圖數(shù)據(jù)和矢量海圖數(shù)據(jù)兩大類。光柵海圖數(shù)據(jù)由紙質(zhì)海圖掃描而來，矢量海圖數(shù)據(jù)則是根據(jù)IMO的各種標(biāo)準(zhǔn)通過編制計算機(jī)程序而來。無論是光柵海圖還是矢量海圖數(shù)據(jù)的初始數(shù)據(jù)，都是來源于航道測量局提供的數(shù)據(jù)。由于各個測量單位進(jìn)行航道測量時依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不同，測量的精度不一樣，海圖的精度也會各不相同，因此，航海人員在使用電子海圖的過程中應(yīng)該引起足夠注意，正確判斷海圖的精度，以免影響船舶航行安全。

（五）電子海圖定位系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差

定位系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差主要有三個方面：第一，海圖定位系統(tǒng)所使用的坐標(biāo)與海圖數(shù)據(jù)自身設(shè)定的坐標(biāo)不統(tǒng)一，沒有對誤差部分進(jìn)行校正或校正不充分，電子海圖所顯示的船位并不是船舶真實的船位。第二，一般電子海圖以真北作為標(biāo)準(zhǔn)參考，而導(dǎo)航設(shè)備都是以羅北為基準(zhǔn)，羅經(jīng)沒有校正或校正不充分會產(chǎn)生一定的誤差。第三，從紙質(zhì)海圖轉(zhuǎn)換為電子海圖的過程中，也很有可能存在著數(shù)據(jù)丟失或者各種意外狀況。

五、電子海圖使用時應(yīng)注意的幾個問題

（一）充分了解海圖的參數(shù)設(shè)置

電子海圖之所以能夠得到廣泛應(yīng)用，除了比傳統(tǒng)紙海圖更加方便快捷之外，還可以進(jìn)行航線自動設(shè)計、航行自動警報、航跡自動存儲、歷史航程查看、船舶動態(tài)實時顯示以及快速查詢各種相關(guān)信息等。但所有這些功能的實現(xiàn)都要借助于對海圖的預(yù)先參數(shù)設(shè)置，比如：船舶尺度、安全水深、最大轉(zhuǎn)向角、最小偏航距離等。考慮到海圖的操作系統(tǒng)種類繁多，加之預(yù)設(shè)參數(shù)必須相對穩(wěn)定，船長應(yīng)將其參數(shù)打印出來，張貼于海圖附近，并記錄于航海日志，以方便所有駕駛?cè)藛T充分了解。除非外界條件發(fā)生變化，所有駕駛?cè)藛T對于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)盡可能不要隨意更改。

（二）及時進(jìn)行海圖數(shù)據(jù)更新

由于航道及其他外界條件的經(jīng)常變化，與傳統(tǒng)海圖一樣，電子海圖需要及時進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，并要求更新的數(shù)據(jù)來源可靠、準(zhǔn)確、及時。一般來說，電子海圖更新共有三類：小改正更新、改版更新和新版更新。小改正更新是根據(jù)《航海通告》和《港口航道圖改正通告》進(jìn)行的更新。主要包括：水深、錨地、航標(biāo)、航行障礙物等信息的更新，因為這類更新直接關(guān)系到船舶航行安全，應(yīng)該引起充分注意。改版更新作為不定期更新，根據(jù)海圖所在區(qū)域、位置的不同，數(shù)據(jù)測量時間間隔也各不相同，當(dāng)前，季度改版更新、半年改版更新、年度改版更新的情況皆有存在。新版則是電子海圖的重新出版。

（三）密切關(guān)注海圖的系統(tǒng)穩(wěn)定性

電子海圖雖然功能強(qiáng)大，但無論如何其只不過是一種助航儀器，由于其系統(tǒng)本身的局限性，當(dāng)前仍然存在硬件誤差、軟件誤差、傳感器誤差、測量數(shù)據(jù)誤差以及定位系統(tǒng)誤差。在信息的傳輸、處理、顯示過程中，任何一個小的差錯，都有可能導(dǎo)致其信息中斷、軟件故障或者信號偏差，最終導(dǎo)致系統(tǒng)失靈或失真，從而引起船舶交通事故的發(fā)生。因此，航海人員在使用電子海圖時，絕不能對其過度依賴，而應(yīng)該充分掌握其性能，恰當(dāng)?shù)乩闷涔δ埽\(yùn)用各種手段檢驗其誤差，以保證航行安全。

[1]張東寧.可編輯的電子海圖系統(tǒng)功能拓展與應(yīng)用[J].交通企業(yè)管理，2017，（09）.

[2]陳中元.電子海圖在綜合船橋系統(tǒng)避碰技術(shù)的應(yīng)用研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2016，（12）.

[3]朱建良.電子海圖的安全問題及其應(yīng)對的技術(shù)措施[J].航海技術(shù),2011，（03）.

[4]沈毅強(qiáng).電子海圖（ECDIS）的應(yīng)用與發(fā)展[J].航海，2015，（11）.

[5]郭日益.電子海圖導(dǎo)航應(yīng)用隱憂及對策[J].青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2013，（06）.

F062.4

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1008-4428（2017）12-153-03

潘春蘭，江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，河海大學(xué)能電學(xué)院博士研究生，研究方向：船舶自動化技術(shù)。