電子海圖在船舶航行中的應用

潘春蘭

電子海圖在船舶航行中的應用

潘春蘭

隨著船舶自動化技術和計算機信息技術發展，產生了以數字形式表示的描寫航行海域地理信息的電子海圖。電子海圖的出現無疑是航海領域和航道測量領域的一場技術革命，它給航海人員指揮船舶航行帶來了極大的安全與方便。為進一步發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用、電子海圖的系統誤差與風險，并指出了使用電子海圖時應注意的幾個問題。

電子海圖；航海；誤差

一、引言

隨著科學技術的進步，紙質的海圖已經遠遠不能夠滿足船舶駕駛技術與航運業的發展，人們便發明了電子海圖。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據來判斷和觀察船舶是否可以安全航行。可以說，當前精準而又便捷的電子海圖已經在航海實踐中得到充分應用。為進一步發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用，并在此基礎上，介紹了電子海圖的系統誤差與風險，指出了航海實踐中使用電子海圖時應注意的幾個問題。

二、電子海圖顯示信息系統

（一）電子海圖的概念

所謂電子海圖，即各種數字式海圖及其應用系統的統稱。它一般分為兩大類：一類主要是由政府部門牽頭，在規定的航區內進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，即基礎數據和更新數據。無論是更新數據還是基礎數據，都必須以標準的格式進行數據處理，從而使不同國家的航道機構所制作的電子海圖能夠全球通用。更新數據和基礎數據一起為電子海圖顯示信息系統所接收，形成反映一定海域內的最新信息。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實狀況，保證船舶航行安全。

（二）電子海圖的由來

為了實現航海技術的自動化及信息化，1986年7月，IMO和IHO合作成立了電子海圖協調小組（HGE），開始共同研究開發電子。1998年10月，IMO和IHO又聯合組織了北海工程實驗，以評價ECDIS的功能，分析其潛在用途。當時，共有來自6個不同國家與組織的電子海圖系統參加了實驗。實驗結果表明，電子海圖系統不僅僅是傳統紙海圖的替代品，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：電子海圖系統應為全世界共同財富，應當走國際標準化的道路，各國政府和國際組織應當為其提供法律保證。在之后的近10年期間，隨著電子計算機及其相關的彩色圖像顯示器出現，紙質海圖數字化以及海圖的電子復制變成了現實。之后，在IMO和IHO的積極努力下，電子海圖系統的各類標準和規范不斷得到建立、更新與完善，各種具有優良性能的電子海圖產品也不斷走向市場。

（三）電子海圖的基本原理

客觀地說，電子海圖就是以數字形式存儲，包括數據、設備、系統、計算機硬件和其他輔助手段的綜合信息處理系統。通常情況下，電子海圖主要包括各種傳感器和航海數據綁定的圖形輸出終端導航系統。船用電子海圖，分別從陀螺羅經、GPS/DGPS、氣象傳真等設備接收方向、速度、位置和天氣信息，并將從各種設備接收的信息在海圖顯示器上顯示，對其進行跟蹤、監測和報警。在航行中，船用電子海圖處理器通過網絡控制船舶各種傳感系統，利用各種傳感系統通過計算機發送信息，然后在海圖數據庫疊加設置，再系統輸入各類數據進行存儲和處理。矢量圖和光柵圖組成的圖形數據庫是電子海圖基本組成部分，通過圖表顯示數據信息，并實現系統準確傳輸。

三、電子海圖在船舶航行中的應用

（一）電子海圖在船舶導航中的應用

在船舶航行前，航海人員可以利用電子海圖進行模擬航線，選擇最佳航線，依照推薦的航線進行人工標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。航海人員可以利用電子海圖連接計程儀、陀螺電羅經、Loran-C、測深儀以及氣象儀等設備，并依靠這些傳感器發來的信息，自動標繪船舶的船位、航行軌跡以及航行時間，尋找出最準確的船位，設計最佳航線。

（二）電子海圖在船舶避碰中的應用

電子海圖連接計程儀、陀螺羅經、測深儀等其他設備后，不僅能夠提供本船在航行中的各種靜態信息，比如地理位置、離岸距離、航行速度、航行方向、測深數據、海底條件等，而且還能夠適時地提供海上各種船舶的動態信息，比如目標船舶的航行方向、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、本船周圍的靜態目標、本船周圍的動態目標聯系在一起，進行船舶定位和雷達標繪，準確判斷出三者的關系，判斷船舶的避碰態勢，保證船舶航行安全。

（三）電子海圖在船舶港口引航中的應用

隨著航運業的發展，船舶進出港口日益頻繁，而且大型船舶越來越多，港口航道不斷加寬加深。當航道長度達到一定距離時，引航員光憑肉眼就不再容易看清岸基導標，特別是碰到惡劣天氣時，能見度更會大大降低。當遇到上述情況時，一般港口都采用限航或停航的方法保證船舶安全，但這也嚴重影響了生產，損害了貨主和承運人的利益。利用高精度電子海圖，引航員則可以準確獲得被引船舶的靜、動態信息。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數傳電臺直接發給岸上的監控系統，方便岸上的監控和協助，從而保證船舶引航安全。

（四）電子海圖在船舶調度管理中的應用

和船舶定位系統相連接，公司電子海圖系統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、動態情況。對于有問題的船舶，公司可以對其進行適當的調度，更好地把握住船舶的安全性。當然，在使用電子海圖對公司所屬船舶調度時，必須將船岸的通信系統相互關聯，所使用的電子海圖系統亦應該涵蓋船舶公司所有船舶的航線。

四、電子海圖系統誤差及風險

（一）電子海圖硬件產生的誤差

電子海圖系統是基于計算機應用的電子導航設備，在長期的使用過程中，有可能因為設備過熱、CPU過載、設備震動過大等因素，引發電腦藍屏、死機、開機自檢不通過、系統運行缺少必要文件等問題。解決這類問題應該考慮各種各樣的因素，可以通過設備的報警提示來判斷和排除，特別是驅動程序應該有一定的處理能力，以應付計算機類似問題的發生。

（二）電子海圖軟件產生的誤差

在電子海圖使用過程中，當其設備系統中裝入其他修改系統的注冊表或自帶插件的軟件時，很可能導致系統重要文件被替代或刪除。長時間使用或盲目重啟系統，也會導致海圖系統錯誤而強制關閉系統，從而使得海圖系統癱瘓。當電子海圖系統癱瘓、程序無法運行時，航海人員可以按照指導書要求對其進行系統恢復和更新來處理。

（三）電子海圖傳感器產生的誤差

傳感器是電子海圖的重要組成部分，主要用來感受羅經、Loran-C、測深儀以及氣象儀等設備信息，并將感受到的信息按一定規律變換成為電信號傳輸給電子海圖。電子海圖傳感器出現故障，將會導致其他相關功能喪失或數據誤差變大，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確可靠。

（四）電子海圖數據測量產生的誤差

當前，電子海圖的數據分為光柵海圖數據和矢量海圖數據兩大類。光柵海圖數據由紙質海圖掃描而來，矢量海圖數據則是根據IMO的各種標準通過編制計算機程序而來。無論是光柵海圖還是矢量海圖數據的初始數據，都是來源于航道測量局提供的數據。由于各個測量單位進行航道測量時依據的標準不同，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）電子海圖定位系統產生的誤差

定位系統產生的誤差主要有三個方面：第一，海圖定位系統所使用的坐標與海圖數據自身設定的坐標不統一，沒有對誤差部分進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準參考，而導航設備都是以羅北為基準，羅經沒有校正或校正不充分會產生一定的誤差。第三，從紙質海圖轉換為電子海圖的過程中，也很有可能存在著數據丟失或者各種意外狀況。

五、電子海圖使用時應注意的幾個問題

（一）充分了解海圖的參數設置

電子海圖之所以能夠得到廣泛應用，除了比傳統紙海圖更加方便快捷之外，還可以進行航線自動設計、航行自動警報、航跡自動存儲、歷史航程查看、船舶動態實時顯示以及快速查詢各種相關信息等。但所有這些功能的實現都要借助于對海圖的預先參數設置，比如：船舶尺度、安全水深、最大轉向角、最小偏航距離等。考慮到海圖的操作系統種類繁多，加之預設參數必須相對穩定，船長應將其參數打印出來，張貼于海圖附近，并記錄于航海日志，以方便所有駕駛人員充分了解。除非外界條件發生變化，所有駕駛人員對于預先設定的參數盡可能不要隨意更改。

（二）及時進行海圖數據更新

由于航道及其他外界條件的經常變化，與傳統海圖一樣，電子海圖需要及時進行數據更新，并要求更新的數據來源可靠、準確、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《航海通告》和《港口航道圖改正通告》進行的更新。主要包括：水深、錨地、航標、航行障礙物等信息的更新，因為這類更新直接關系到船舶航行安全，應該引起充分注意。改版更新作為不定期更新，根據海圖所在區域、位置的不同，數據測量時間間隔也各不相同，當前，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）密切關注海圖的系統穩定性

電子海圖雖然功能強大，但無論如何其只不過是一種助航儀器，由于其系統本身的局限性，當前仍然存在硬件誤差、軟件誤差、傳感器誤差、測量數據誤差以及定位系統誤差。在信息的傳輸、處理、顯示過程中，任何一個小的差錯，都有可能導致其信息中斷、軟件故障或者信號偏差，最終導致系統失靈或失真，從而引起船舶交通事故的發生。因此，航海人員在使用電子海圖時，絕不能對其過度依賴，而應該充分掌握其性能，恰當地利用其功能，運用各種手段檢驗其誤差，以保證航行安全。

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F062.4

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1008-4428（2017）12-153-03

潘春蘭，江蘇海事職業技術學院，講師，河海大學能電學院博士研究生，研究方向：船舶自動化技術。