電子海圖（ECDIS）規范與使用的探討

摘 要：電子海圖顯示與信息系統（ECDIS）被認為是繼雷達/ARPA和AIS之后在船舶導航方面又一項偉大的技術革命。它要求多種設備與之相連接并顯示相關指標的特殊性，必然就產生了比較復雜的規范，所以在使用該設備時要在規范要求范圍內正確使用。電子海圖具有多種功能，可以讓航海工作人員減輕許多工作量，并提早獲取船舶安全信息，但是如果使用不恰當，忽略了它的局限性，也會導致嚴重的后果。

關鍵詞：電子海圖顯示與信息系統（ECDIS）；海圖顯示；海圖保密

前言

從最初紙海圖的簡單電子掃描復制品到過渡性的電子海圖系統，ECDIS已發展成為一種新型的船舶導航系統和輔助決策系統，它不僅能連續給出船位，還能提供綜合航海有關的航線設計與航程監控等各種信息，有效地防范各種險情。

1 海圖規范

與電子海圖密切相關的三個國際組織是國際海事組織（IMO），國際航道測量組織（IHO）和國際電工委員會（IEC）。目前ECDIS相關國際標準主要由五個：IMO ECDIS性能標準；IHO S-52，即ECDIS的海圖內容和顯示規范；IHO S-57，即數字化水道測量數據傳輸標準；IHO S-63，即數據保護方案；國際電工委員會（International Electro-technical Commission， IEC）的IEC 61174，即ECDIS硬件設備性能和測試標準，此外，IHO也制定了一些關于電子海圖其他方面的配套標準。除了以上所提的規范之外還有名目繁多的術語，諸如Raster，Vector，ENC，ECDIS，ECS，ARCS，RCDS等等。

2 海圖特點

2.1 海圖分類

從海圖的類型上對海圖進行分類可將海圖分成矢量海圖（Vector chart）和光柵海圖（Raster chart）。Raster和Vector的關系：電子海圖的最終使命是取代傳統的紙海圖。

光柵海圖顯示系統（raster chart display system， RCDS）屬于一種航行信息系統，使用海圖庫是光柵形式的海圖，通過對紙海圖的一次性掃描，形成單一的數字信息文件。光柵海圖可以看作是紙海圖的復制品，包含的信息（如岸線、水深等）與紙海圖一一對應，可定期改正，可與定位傳感器（如GPS）接口，但使用者不能對光柵海圖進行詢問式操作（如查詢某一海圖要素特征，或隱去某類海圖要素等），因此有人稱光柵海圖為“非智能化電子海圖”。

電子海圖顯示與信息系統（electronic chart display and information system， ECDIS）是指一種有足夠備用設備，符合規則可有選擇地顯示系統電子航海圖信息及航行傳感器的位置信息，能幫助用戶進行航線設計和航行監控，及顯示其他相關航行信息。他使用的海圖數據庫是按照數字化的矢量海圖信息分類存儲，因此可查詢任意圖標的細節（如燈標的位置，顏色，周期等），海圖要素分層顯示，使用者可根據需要選擇不同層次的信息量（例如只顯示小于5米的水深），并能設置前方屬于警戒區、危險區時自動報警，還可查詢其他航海信息（如港口設施、潮汐變化、海流矢量等），矢量海圖又稱為“智能化電子海圖”。

海圖系統的分類中更具有爭論的是官方海圖還是非官方海圖。官方電子海圖 （Electronic Navigational Charts，ENCs）是指國家海道測量機構按國際海道測量組織（International Hydrographic Organization，IHO）頒布的《數字式海道測量數據傳輸標準》（Transfer Standard for Digital Hydrographic Data，S-57）制作的矢量電子海圖。官方電子海圖是由海道測量機構或其他相關政府機構制定的，只有國家海道測量機構或授權其國家海域的電子海圖生產商可以生產。其他機構或單位以及商業機構生產的基本上都屬于非官方海圖，在市面上以及在海上已經有相當多用戶正在使用如英國船商和C-MAPS公司的產品。這些公司生產的ECDIS可以通過各種途徑獲取了產品在IMO的認證，但是對海圖而言，還是很難保證海圖中的數據是否真正屬于官方的可信度。

電子海圖具有傳統紙海圖無法比擬的優點，所以IMO在馬尼拉公約中以公約形式規范了在航運界中的重要性。一套性能完善的電子海圖系統可以進行自動航線設計，航向航跡監測，類似“黑匣子”功能的自動存儲本船航跡和自動標繪ARPA目標，歷史航程重新演示，航行自動警報（如偏航，誤入危險區等），快速查詢各種信息（如航標，水文，港口，潮汐，海流等），船舶動態實時顯示（如船位，航速，航向，轉向率等），與其它航海儀器進行數據與信息交流，將雷達/ARPA/AIS的回波圖象（如目標船矢量及岸線）疊顯在海圖上。

2.2 海圖更新

在計算機技術高速發展的今天，更新出版一幅新版紙海圖變得非常容易，新圖出版的頻率也逐漸加大。對于電子海圖來說，這種更新速率將更加明顯，他僅需將更新的內容加入ENC中，一幅新版ENC即可產生。假設一條船由歐洲開往澳大利亞，途中將有數百幅新版ENCs產生，這意味著船長在抵達目的港后需花費十多個小時將數百幅新版ENCs裝到他的ECDIS系統中。這對于靠港時間短暫、且人手精簡的現代化船舶來說，船長若按照S-57逐步地將新版海圖進行更新的話，他將陷入困境。

2.3 數據加密

許多國家的水道測量部門按照S-63對ENC進行加密，這就使得非常復雜的系統變得更加復雜，因為加密后的ENC文件大都已經不再符合IHO S-57的傳輸標準了，此方的加密對彼方而言，必須知道秘鑰，否則根本無法閱讀與顯示。假如應用統一的標準使得加密后的ENCs必須滿足IHO S57標準，另一種方法就是在S-57標準之中就包含了ENCs加密系統。因此為防止非法拷貝，可對SENC（而非ENC）進行加密，即可有效地避免與IHO S-57標準發生沖突，發行機構可以直接向船上提供SENC數據。

3 規范來源

電子海圖系統被視為繼雷達、GPS和衛星通訊之后又一項新技術革命，IMO和IHO一直力圖把它放在一個恰如其分的位置上。IMO和IHO之所以選擇矢量海圖并推廣ECDIS，其目的是要規范與技術相結合，這樣才可以避免“技術超前于規范”或者“技術與規范不匹配。”電子海圖可以看成是三個國際組織針對ECDIS的不同分工，即IMO負責ECDIS顯示界面，IHO負責ECDIS數據庫（ENC），IEC負責ECDIS硬件設備，這三者的分工是互有交錯。

4 電子海圖的培訓

ECDIS使用訓練的最終目的是提高航行安全，ECDIS培訓包括ECDIS設備的安全操作，正確理解和運用ECDIS提供的各種信息，全面了解ECDIS的能力和局限性，同時要掌握電子導航海圖（ENC）與精密定位系統GPS和GNSS的配合使用。要達到上述目的，負責值班的駕駛員應當全面了解ENC數據庫的基本原理，熟練掌握ENC在ECDIS上的正確使用。掌握ECDIS設備的正確使用方法，其中包括：與航線設計和航線監測有關的導航功能；ECDIS信息的快速選擇、顯示和解釋；在設備出現故障時的正確操作步驟。

了解ECDIS的局限性，避免對ECDIS信息誤釋以及對ECDIS設備過分依賴。回想上個世紀五十年代雷達引入航海，船舶碰撞事故并沒有象人們所期待的銳減，相反倒出現了許多“雷達助碰事故”，其主要原因就是沒有及時引入雷達操作培訓。所以，目前海運部門已經將電子海圖系統的操作培訓列入船長與高級船員（大副、二副、三副）的訓練課程。

5 電子海圖使用

按照IHO S-52要求，海圖顯示的基本原則是選擇本船位置處最大比例尺的海圖進行顯示。這點顯然無法符合船員的實際需要，因此需要恰當地選擇適合當時環境來選擇合適比例尺。同樣，按照IHO S-57標準海圖的傳輸應該按照相應的規范，比如，自動載入模式時，ECDIS根據搜圖原則，在SENC中查找符合當前顯示比例尺且能夠覆蓋當前位置電子屏幕的海圖，把覆蓋屏幕中心的海圖作為當前顯示海圖，再用其他海圖的數據自動填充未被當前顯示海圖填充的區域。若采用非自動載入模式，ECDIS則極易當前圖，無論后續如何操作，不管電子屏幕是否被當前海圖充滿，都只當前顯示海圖。除了需要將相關海圖根據比例尺顯示之外，還需要根據船舶航行采用多種顯示方式，如：以海圖真北對準屏幕豎向上方為基準的北向上（North Up）；根據船首向對準屏幕豎向上方為基準的首向上（Head Up）；還有以設定本船運動方向對準屏幕豎向上方為基準顯示海圖。此外，船舶需要根據傳感器將船位傳送到電子海圖中，根據以上描述一般情況下是要將本船位置顯示在屏幕中心，因此又要求電子海圖是相對運動還是真實運動等等。

海圖中信息非常豐富，比如燈塔、沉船、引航站、等深線、海岸線、海底電纜、各種航路、等深區、禁航區、錨地、限制區、航道以及其他相關信息字符。若在各種比例尺中把上述信息都顯示出來的話，在大比例尺還行，一旦回到小比例尺就會導致海圖上全是上述的內容，根本無法使用海圖，所以在符合S-52規則的同時，還需要根據不同比例尺，合適地顯示相應信息。

使用海圖必須盡快按照要求進行更新，可以采用全自動更新或半自動更新，無論哪類更新都必須符合IHO S-57規則。全自動更新從分發人處直接傳入ECDIS，或通過網絡，整個過程可以完全不需要人的參與。半自動更新需要人員介入才能在傳輸媒介和ECDIS之間建立連接渠道，并在確認或接受過程完畢后才能進行更新。

6 結束語

電子海圖的推出與應用確實給航海的導航帶來了劃時代的變更，它將外界的情形結合相關的海圖都顯示在一起，提供了方便識別與判斷的情形，但是使用不當也容易導致大問題。比如各種傳感器是按照IHO S-57傳輸到電子海圖，若其中某些設備出現問題導致信號中斷，這就容易導致船員判斷失誤。此外，部分設備本身存在的誤差，如GPS的誤差范圍是100米，若船在進出港口之時，航道狹窄時，這時所顯示的船位很容易移位，甚至船舶跑到陸地。所以電子海圖功能是強大，如果按照規范合理使用，它會給航海工作人員帶來極大的好處，減輕許多工作量，但是如果沒用合理使用，以及沒考慮它的局限性，也很有可能帶來災害性后果。

參考文獻

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作者簡介：陳福金（1966-）：男、副教授，福建船政交通職業學院。