电子海图及应用(手册)

    电子海图及应用上海海事局海测大队  目录前言电子海图电子海图应用系统电子海图发展状况电子海图相关标准中国海事电子海图覆盖区域电子海图应用系统的使用应用电子海图的常见问题解答  前言随着计算机技术和航海技术的发展，产生了以数字形式表示的、描写海域地理信息和航海信息的电子海图以及各种电子海图应用系统。它们的出现是海道测量领域和航海领域的一场新技术革命，使海图研究、生产以及使用跨入了一个新的纪元，也促使航海自动化迈上新的台阶。国际海道测量组织（IHO）、国际海事组织（IMO）、国际电工委员会（IEC）等国际性组织分别从就电子海图生产及应用等方面展开标准化和规范化的研究，这些工作为电子海图的生成、传输及ECDIS（电子海图显示及信息系统）应用奠定了基础、并形成了一些规范和标准性的文件。在此基础上，世界各国对电子海图及其应用系统都极为重视，不惜花费巨资进行研究开发，相继取得了令人瞩目的成就。我国作为一个航海大国，发展制作电子海图并推广应用是中国海道测量组织努力的目标。中国海事局作为我国的官方海道测量机构，一直致力于电子海图的研究、生产和推广应用，经过多年的发展，在各方面取得了丰硕的成果，已经于2008年9月1日公开对外发布了中国沿海港口航道的电子海图，在保障航海安全方面发挥了重要的作用。本手册将介绍电子海图的一些基本概念、电子海图有关的国际标准、ECS（或ECDIS）的应用等内容。目的是为了使大家对电子海图有一个基本的了解，方便用户更好地应用电子海图数据和各种电子海图应用系统。 电子海图电子海图基本概念电子海图是一个总的概念名词，可分为两个部分，一个部分是电子海图数据，另一部分是各种基于电子海图数据的应用系统。电子海图这个总概念是对所有有关电子海图的生产或应用、软件或硬件的技术泛称，即包含了所有涉及电子海图数据、基于电子海图数据的应用系统的内容；但在狭义角度，电子海图就是指电子海图数据，在本手册中，如没有特殊说明，电子海图均专指电子海图数据。电子海图数据是指描写海域地理信息和航海信息的数字化产品，是数字海图的一种。数字海图的类型有矢量电子海图、栅格电子海图、影像图等。电子海图应用系统是指接收并显示电子海图数据，同时提供一定功能的软件或设备（包括软件和硬件）。电子海图应用系统的种类繁多，主要有电子海图显示及信息系统（ECDIS）和电子海图系统（ECS）。电子海图数据电子海图数据是指描写海域地理信息和航海信息的数字产品，其内容以海域要素为主，详细表示航行障碍物、助航标志、港口设施、潮流、海流等要素，陆地着重表示沿海的航行目标和主要地貌、地物。电子海图数据由各个国家官方海道测量机构出版发行，这些机构同时负责根据航行要素的变化情况及时对已出版的电子海图数据进行补充和改正，以保持电子海图数据的现势性。电子海图可分为栅格电子海图和矢量电子海图两大类。栅格电子海图栅格电子海图（RasterNavigationalChart简称RNC）是指以栅格形式 （也就是通常所说的图像方式如TIF、JPG等格式文件）表示的数字海图，通常由纸质海图扫描得到，是以像素点的排列反映出海图中的要素，可以用图像软件打开，依靠眼睛识别航海要素。RNC在电子海图应用时也只是起辅助作用，只在没有矢量电子海图的海域作为补充使用、不支持智能化航海。世界上主要的RNC产品有：英国海道测量局（UKHO）生产的ARCS和美国国家海洋及大气管理局（NOAA）生产的RNC。矢量电子海图矢量电子海图是指以矢量形式（也就是通常所说的图形方式）表示的数字海图。海域中的每个要素是以点、线、面等几何图元的形式存储在电子海图数据文件中，具有存储量小、显示速度快、精度高、支持智能化航海等优点。电子海图应用系统应用时，既可以人工查询到每个要素的属性，也可以由系统根据要素的属性自动实现某些智能化的功能。按照标准化程度的不同，可分为非标准电子海图和标准电子海图。标准电子海图所谓的标准电子海图就是指符合IHO相关标准《数字化海道测量数据传输标准》（S-57）的电子海图，简称ENC，我们常说的标准电子海图就是指ENC。标准的ENC不能在图像显示软件中打开、显示。在S-57标准中规定，只有由各国官方海道测量机构制作并发行的符合S-57标准的电子海图才是ENC，其产品基本覆盖了全球海域。它是标准化程度最高、最具有权威性的电子海图数据类型，本手册所说的电子海图就是指ENC。ENC必须由各个国家官方海道测量机构、并按IHO统一分配的机构代码制作并发布。中国海事局的代码是“CN”。ENC须按S-57的特征物标编码、几何图形制作，保证了数据传递过程中 的正确性。ENC具有标准的数据封装形式，保证了数据在不同系统中传输的正确性。ENC以IHO《电子海图显示及信息系统海图内容与显示规范》（S-52）标准作为其显示依据，保证了数据显示的一致性。电子海图不仅具有常规海图的特性，也同时包含有船舶航行需要的各种信息，且更新及时，用户能灵活便捷的进行海图显示控制和各种信息查询，能为船舶导航、航运管理、港口工程等方面提供极大的便利，有助于提高航海安全。ENC是电子海图数据领域中主流产品，代表了电子海图数据的发展方向。非标准电子海图所谓的非标准电子海图就是指不符合IHO相关标准的电子海图，主要由非官方机构按自己数据格式生产制作的电子海图数据均属于非标准电子海图。非标准的电子海图也不能在图像显示软件中打开、显示。在航海领域常用的非标准电子海图主要有C-Map公司的CM93数据、Transas公司的TX97数据和美国国家地理空间情报局（NGA）生产的数字航海图（DigitalNauticalChart简称DNC）。非标准电子海图相对标准电子海图（ENC）存在着明显的缺陷，主要有：不是官方海道测量机构制作的，不能保证数据的权威性。不直接从事海道测量，数据的现势性不能得到保证。通用性较差。正是这些缺陷的存在，非标准电子海图可能在航海安全方面给用户带来致命的安全隐患。虽然美国国家地理空间情报局（NGA）生产的数字航海图（DigitalNauticalChart简称DNC）是美国官方的海道测量机构，但其产品主要覆盖美国沿海海域，在特定领域使用，美国标准的ENC主要由另一家官方海道测量机构——美国国家海洋及大气管理局（NOAA）生产制作。非标准电子海图它不能代表电子海图数据的发展方向。栅格电子海图与矢量电子海图特点对比表栅格电子海图矢量电子海图优点制作工艺简单、成本低存储量小、显示速度快、精度高、能够支持多种智能化功能缺点是纸质海图的翻版，不具有智能化制作工艺复杂、成本高作用和地位辅助地位，在没有矢量电子海图的海域作为补充使用主导地位非标准电子海图与标准电子海图特点对比表非标准电子海图标准电子海图优点覆盖全球海域权威性、现势性强，几乎所有的电子海图应用系统均支持缺点权威性、现势性不强，通用性较差世界各国发展不平衡，还没有做到全球覆盖作用和地位目前在一些领域有一定的市场，但不能代表电子海图的发展方向代表电子海图当前和未来的发展方向  电子海图应用系统概述ENC是官方海道测量机构制作的电子海图，具有标准化、权威性、现势性，代表电子海图数据发展方向，几乎适用各种电子海图应用系统，这里重点介绍基于ENC的电子海图应用系统的主要作用。电子海图应用系统是指接收并显示ENC并提供一定功能的软件或设备（包括软件和硬件）。电子海图应用系统的种类繁多，如电子海图显示及信息系统（ECDIS）、船舶交通管理系统（VTS）等，有些电子海图应用系统只包括软件，有些应用系统则是软件和硬件的集成，大多数应用系统都可接收其它航海设备（如GPS、AIS、罗经等）信息。但是，所有的电子海图应用系统都以电子海图数据为基础。电子海图数据和电子海图应用系统为航海人员提供了基础的海图信息平台，使使用者能够直观、方便地了解所处海域的状况，并有效利用这些信息保障船舶的航行安全或者实现相关管理。随着信息化的发展，电子海图数据及应用系统已经惠及其它应用领域，在海事监管、港航管理、海洋渔业管理与作业、海洋环境保护等方面得到了大量的应用。电子海图数据在应用系统中的使用方式ENC在应用系统中的使用方式主要是：ENC的基础数据和更新数据通过应用系统提供的标准电子海图数据导入和更新功能，导入到应用系统中，与用户添加的其它数据结合后形成系统电子海图（SystemElectronicNavigationalChart），简称SENC，在应用过程中显示需要的海图及信息。电子海图应用系统电子海图在航海领域应用系统可分为两类：电子海图显示及信息系统和电子海图系统。电子海图显示及信息系统电子海图显示及信息系统（ElectronicChartDisplayInformationSystem），简称ECDIS，是指符合IMO、IHO和IEC有关国际标准的船用电子海图系统，主要用于大型船舶的综合导航。ECDIS的功能须满足IMOECDIS性能标准、能使用S-57ENC数据并按IHOS-52标准显示数据、硬件设备通过IEC61174性能测试。ECDIS硬件上集成了船舶多种航海设备信息，包括GPS、测深仪、电罗经、计程仪、雷达和船舶自动识别系统（AIS）；软件基本功能包括：电子海图操作（包括电子海图的导入、更新、显示、查询等功能）、计划航线设计、航行监控和报警、航迹记录和回放。 电子海图系统电子海图系统（ElectronicChartSystem），简称ECS，也是一种船用电子海图系统，但是它不必符合IMO、IHO和IEC的有关国际标准，主要用于小型船舶导航。ECS的基本功能与ECDIS类似，但在硬件和软件方面可根据用户的需要灵活设计。ECDIS与ECS的比较ECDIS与ECS都是船用电子海图系统，用于船舶导航。两者之间的区别在于，ECDIS必须严格符合IMO、IHO和IEC的有关国际标准，并且须得到有关组织的认证，其可靠性高、性能稳定、能够满足SOLAS公约的要求。ECS相对来说更加灵活，它不必严格符合有关国际标准，可根据用户的需要灵活设计功能，但其产品可靠性不如ECDIS。对于SOLAS公约船最好使用ECDIS，对于那些小型船舶可根据需要选用适合的ECS。电子海图在航运管理方面的应用本手册以船舶交通管理系统（VTS）为例说明电子海图在航运管理方面的 应用。船舶交通管理（服务）系统（VesselTrafficServices），简称VTS，是集雷达、通信、导航、计算机数据处理和电子海图显示于一体的管理系统，具有信息服务、助航、船舶交通组织、联合行动支援等功能，有利于保障港口航行船舶的安全、维护航道船舶航行秩序、降低船舶事故发生几率等。VTS主要通过雷达扫描得到船舶的动态，并标示在电子海图上，方便管理人员实施船舶交通管理，保障港口和航道内船舶的航行安全和航道的通畅。ENC电子海图显示及控制更新数据SENCVTS系统监视界面船舶交通管理应用其他传感器雷达VTS控制中心电子海图外界传感器电子海图应用系统不仅在智能航海、航运管理方面得到了广泛地应用，也随着信息化的发展涉及到所有以海洋甚至是内河为活动空间的各种行业，包括：海洋渔业作业、海上工程建设、海洋军事、海洋环境调查与保护等。  电子海图发展状况国际电子海图发展状况1995年11月，IMO第19届大会通过了IMO第A.817（19）号公约，确认了电子海图（ENC）与电子海图显示及信息系统（ECDIS）配合使用，可以合法取代传统的纸质海图。1996年11月，IHO发布《数字化海道测量数据传输标准》（S-573.0版）。1996年12月，IHO又发布了《ECDIS海图内容与显示规范》（S-525.0版）为了推动国际电子海图的发展和协调，国际海道测量组织成立了海道测量信息系统需求委员会（CHRIS）和全球电子海图数据库委员会（WEND），推动各国、各地区电子海图生产和合作。明确了国际水域由各个地区海道测量委员会负责制作电子海图，各国所辖水域由各国享有排他性地制作电子海图的权利，指导区域电子海图协调中心（RENC）并负责本地区电子海图的生产、协调，建立起了从国际组织到地区组织，再