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ECDIS与船舶航行安全

【摘要】本文主要阐述了ECDIS以及其发展情况，包括ECDIS的发展过程、概念及组成；分析了ECDIS功能与保证航行安全的手段；同时，探讨了ECDIS的发展趋势，最后作为航海专业的学生提出了两点关于ECDIS研究和应用的两点建议。
【关键词】ECDIS及其发展；功能；发展趋势；建议。
【引言】 ECDIS（电子海图显示与信息系统）在近十几年研发成功并不断完善。它的使用适应了海运船舶驾驶实践的需求，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。从最初纸质海图的简单电子复制品到过渡性的电子海图系统（ENS），ECDIS如今已发展成为一种新型的船舶导航系统和辅助决策系统，它不仅能连续给出船位，还能提供和综合与航海有关的各种信息，有效地防范各种险情。对于SOLAS船舶而言，随着各国官方电子航海图（ENC）逐步完备、标准ECDIS的出现以及IMO对ECDIS的认可，ECDIS势必取代沿用了几百年的传统纸海图。预计ECDIS将在十年左右的时间里全面取代自有航海活动以来沿用至今的纸海图，成为二十一世纪的航海信息综合处理手段。
【正文】
一 ：ECDIS及其发展
ECDIS-电子海图显示与信息系统（Electronic Chart Display and Information System）是一个导航系统，它在电子海图的基础上完成多种有关船舶航行安全的综合与显示。该系统具有海图显示、计划航线设计、舱位显示与监测、危险事件报警、航行记录、海图自动和手工改正、叠加显示雷达图像，甚至提供辅助操船决策等功能。
ECDIS的发展起源于早期的船用电子海图系统，也就是所谓的“视频航迹标绘仪” 。它是一种简单的自动航迹标绘系统，能够显示简化了的轮廓海图，并在上面标绘船舶的航迹。这类系统的早期产品通常和Loran-C、Omega等定位系统相连，以获取船位，后期产品一般同GPS以及雷达设备连接，从而能够在轮廓海图上叠加显示雷达图像。视频航迹标绘仪的最大优点是能够不间断地显示本船船位，保证航行安全。当然，它无法取代纸海图，只能像人们早期对电子海图的认识一样，称之为“导航系统的终端设备”。
80年代中期多功能船用电子海图系统蓬勃发展起来，它是一种集成式的导航信息系统，它在使用电子海图的基础上，完成综合的船舶驾驶任务 。其集成特点在于：系统将推算船位信息、卫星和无线电导航系统数据、海图信息、雷达信息集成在一起处理和显示；其信息特点在于：它具有地理信息系统的特点，能够根据航海人员的需求向其提供海图物标的咨询信息，如航标、碍航物、航道等的特征，以及整个航线上的航行条件信息（来自航路指南、潮汐表、航标表等）；其导航特点在于：它不仅能够完成传统的在纸海图上进行的作业，包括计划航线设计、距离和方位的计算、推算船位修正、定位计算、航迹显示等，而且还能解决新的问题，如船舶驶近危险区域时的自动报警、船舶避礁防浅、把电子海图同雷达图像叠加以提供更直观的避碰信息、海图的自动改正等。另外，系统还具有“黑匣子”功能。
多功能船用电子海图系统对保证船舶航行安全所起的重要作用得到了IMO和IHO（国际海道测量组织）以及众多航海专家的认可。ECDIS的概念正是在总结多功能船用电子海图系统的结构、功能和应用的基础上提出来的。
ECDIS实质上是一个具有高性能的内外部接口的船用计算机系统。满足IHO S-52标准最低要求的一种典型的硬件配置如图：



系统的中心是高速中央处理器和大容量的内外存，随着计算机硬件技术的发展，加上对SENC的合理设计，完全可以在1s内完成一幅电子海图的显示。
随着ECDIS标准的逐步确立，以及计算机软硬件技术的迅猛发展，各种具有优良性能的ECDIS产品也在不断地推陈出新。目前在世界范围内，从ECDIS的功能、海图信息的提供和更新、已销售的产品数量等角度看，最具实力的产品有以下几种：俄罗斯Transits Marine公司的Navy-Sailor 2400S型ECDIS, 美国Sperry 公司的VMS VT型ECDIS, 德国Raytheon 公司的Naturopath 型ECDIS, 德国STN Atlas Electronic公司的Chart Pilot型导航工作站，英国Racal-Decca 公司的Chart Master CM500型 ECDIS.
二： ECDIS保证船舶航行安全的功能分析
ECDIS主要有以下功能 (1)海图显示(2)海图作业(3)海图改正（4）定位及导航(5)航海信息咨询(6)雷达信息处理(7)航路监视(8)航行记录。ECDIS不仅只是在计算机上显示电子海图，而是为驾驶员集成了各种相关航行信息的实时航行监控与显示系统。ECDIS能自动地实时计算本船与陆地、海图上的物标、目的地或潜在的危险物的相对位置，可以说将航海安全技术提升到了一个全新的高度。
ECDIS在保证船舶航行安全方面最根本的一点就在于，它包含了最新的或经过改正后最新的海图信息（存储于SENC中），即系统总是“知道”船舶所处的静态地理环境，从而能够自动判断船舶与其周围的陆地、岛屿、浅水域、禁航区、特殊区域等之间的位置关系。因此，ECDIS可以检测航海人员制定的计划航线（船舶的预定运动轨迹）是否合理，船舶在航行过程中同各种静态目标之间的相对位置是否安全。这在一定程度上减轻了航海人员的疏忽等人为因素对航行安全所造成的不利影响。
ECDIS始终使用SENC中给定区域的最大比例尺的海图信息来检测计划航线的可行性、船舶是否会穿越安全等深线和进入禁航区等，必要时给出指示和报警。如果航海人员所设计的计划航线穿越了本船安全等深线、禁航区或特殊的地理区域（如分道通航带、深水航道、限航区等，在IMO ECDIS性能标准附录4中具体给出了这些特殊的地理区域）边界，ECDIS将给出指示。在进行航路监视时，航海人员可预先设置一个船舶偏离计划航线的限度，达到这个限度时，ECDIS将自动发出偏离航线报警。这就要求ECDIS当收到来自导航系统，如GPS的船位时，计算船舶距相应的计划航线段的距离，并比较此距离与预设限度的大小，以实现航迹保持的功能。ECDIS还应以一定的时间间隔对SENC进行搜索，判断在一个由航海人员预先设定的时间内船舶是否会穿越安全等深线、禁航区或特殊的地理区域边界。如果存在这种可能，ECDIS将以事先选定的方式发出报警，以达到避礁、防搁浅的目的。
另外，当船舶航行至接近转向点（计划航线中的航路点）时，ECDIS将给出警报，以提示航海人员注意。
三： ECDIS的发展趋势
目前ECDIS的性能标准、海图显示规范、数据标准和设备测试标准均已确立，这为其合法化和普及彻底铺平了道路．今后要解决的关键问题就是：要尽快建立覆盖全球的合法的ENC以及健全的海图改正服务网络；对已有ECS的软硬件进行改进，使其完全符合ECDIS各项标准的要求；扩充ECDIS的标准功能，使其具备智能化的特点；同高精度定位系统、雷达避碰系统、船舶通信系统、车舵控制系统等进行集成，实现信息的综合处理与显示，辅助制定操船决策，更大程度地保证船舶航行安全．
1、ENC的商品化：将ENC当成一种商品，各国海道测量局把自己的ENC出售或出租给其它的海道测量局或代理商，实现数字化海道测量数据的交换和共享。
2、ECDIS产品的多样化：不同吨位和类型的船舶对ECDIS软硬件配置的要求是不同的。因此，应开发多种型号的产品，如用于大型船舶的落地式产品和用于小型船舶的台式产品。
3、ECDIS的智能化：该系统能够根据本船导航设备数据、ARPA目标船数据、电子海图信息、气象数据，以船舶安全驾驶专家知识库为基础，采用职业自然语言进行人机会话，制定安全的、最佳的操船方案。
4、高精度的ECDIS：差分GPS的定位精度可达3~5m，甚至更高。同差分GPS配套的ECDIS可以为航行在狭水道中的船舶导航，也应可以有效地支持船舶靠离码头时的操纵，即使是在能见度不良时也是如此。这就要求其精度达到更高的要求。
5、ECDIS与VTS：ECDIS在VTS方面也将得到广泛的应用。
四：两点建议
1：自1985年起中国的电子海图研究也经历了十几年的历史，并取得了一系列可喜的进展。纵观世界电子海图的发展历程和经验，在发展自己的电子海图产品过程中应该考虑下面两点。
①、开发和研制电子海图数据库应该选定矢量式，并按照IHO S-57(第三版)的格式去制作，这样有利于自己的数据库被国际海运界有偿共享(例如提供给进入中国海域的外轮)，从而把自己的民用海图数据资源转变成在国际市场流通的商品。
②、，开发和研制海图显示界面除了能显示自己的数据库外，还应该兼容其他国家航道测量局制作的ENC。这样有利于在国际市场上推广自己的ECS/ECDIS界面。
2：在航海院校、培训中心和航运公司中应该加紧电子海图的操作培训。比如有针对性的开设专门的培训课程。STCW 95公约中"对500总吨或以上船舶的负责航行值班的高级船员发证的强制性最低要求"明确规定："海图"一词包括ECDIS系统，电子海图显示与信息系统是驾驶员必须要熟练掌握的导航设备之一。在欧美国家，电子海图操作培训早已经与船舶操纵模拟器培训、雷达/APAR培训和GMDSS培训相提并论。回顾五十年代雷达引入航海的初期曾导致了一系列"雷达助碰事故"，其原因之一就是忽视了雷达操作培训。今天的航运界不能重蹈覆辙，而及时地引入培训是成功引入新技术的前奏曲。
【参考文献】
[1]电子海图的数学和算法基础 张英俊编著 大连海事大学出版社2001年1月第1版。
[2]航海仪器 洪德本 主编大连海事大学出版社 2003年11月第1版。
[3]张尧. 电子海图─还要等多久？ 航海技术. 1998,(6)。
[4] http://www.transas.com.cn/航海技术论坛