1 引言
电子海图显示与信息系统（ElectronicChartDisplayInformationSystem，ECDIS）是一种能够同时显示海图信息和导航信息的助航设备，它正受到越来越多的关注，也是当前国际、国内航海、导航界研究的热点.ECDIS是继避碰雷达ARPA、组合导航系统之后，舰船导航方面诞生的又一项高新技术产物.目前成熟的ECDIS已发展成为各种舰船非常重要、必须配备的导航系统和辅助决策系统.电子海图系统能连续地给出船位的信息和实时航迹线，提供与航海、导航有关的各种信息和安全航海资料，有效地防范各种险情.在一些技术先进的航运和工业发达国家，如日本、美国、英国已经有了几代的子海图产品，特别是日本，数千条渔船和大部分商船都安装了复杂程度不同的ECDIS设备；加拿大、法国、德国、荷兰、挪威、澳大利亚、丹麦、俄罗斯等国家都在积极研制新的ECDIS.据不完全统计，目前世界上安装各类ECDIS的民用货船、游船、客船、渔船及军用大、中型舰艇约有数十万条之多
2 20世纪ECDIS概况
ECDIS是依据国际海事组织(IMO)和国际航道测量组织(IHO)关于安全航行方面的有关规定研制的，它与移动通讯(如Inmarsat)、全球卫星定位系统(GPS)、雷达ARPA系统等多项技术有机结合，实现了舰船的电子航海图导航、通讯、船位报告、航向航迹监测、航行管理、避碰、航行辅助、遇难救险和报警等多项功能.
ECDIS可自动完成各种航海作业，代替人工海图标绘作业，避免由于操作者素质和身心状态差异造成的失误，大大减轻了工作强度，提高了自动化水平.ECDIS能直观、实时地反映舰船的动态态势，提供舰船运动的综合信息，使航海和管理指挥人员可把主要精力和时间集中在思考与决断方面，提高了舰船快速反应能力.
ECDIS主要由海域地理信息数字和航海信息两种数字海图组成.数字海图是计算机技术、多媒体技术、地理信息系统等高新技术相结合的产物.采用高清晰度的彩色大屏幕显示器，动态显示海洋地理要素；利用分层、开窗、缩放、漫游、自动换屏、快速调图等图形处理技术，使电子海图与纸质海图相比具有许多优越性.数字海图的数据源主要包括海图、遥感图像、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据等，这些是建立数字海图的地理数据库所需的.同时，电子海图将相当于数万张纸海图的数据储存于光盘或硬盘中，使用时调出和显示很方便，不但能显示纸质海图的全部信息，还可以显示航海资料、航行指南、港口资料、港湾锚地图集、航标表等信息.
可见，ECDIS有许多的特点和功能，显示的信息多，色彩鲜明，图像清晰悦目，可视性好；可方便地实现选择显示内容，集中显示那些当前航行必需的内容；用户可以选择显示比例尺与海图要素的层次，也可决定是否要与雷达信息叠加；可在屏幕上很方便地进行航路点设置，作计划航线和修改航行计划等项工作；能实时接收、显示及存储船位、航迹，并可回放航行过程；实现航路点转向报警、偏航报警、危险区报警等功能；可在电子海图上动态显示本船和它船的运动态势，便于指挥和操纵，尤其在进出港时，有利于避碰操作，极大地减少了由于人为错误判断而造成的事故损失，使航海人员可把注意力不再放在避碰和自动警告处理上.
我国自20世纪80年代末开始研制ECDIS，经过近30年的发展，如今已初具规模.现在的任务是，依据国际海事组织和国际航道测量组织关于安全航行方面的GMDSS、ECDIS、AID等的规定，与世界电子海图系统体系接轨.
3 21世纪初ECDIS基本结构
ECDIS的组成和规模是由舰船所担负的任务决定的.根据舰船的任务，可研制相应规格的电子海图系统.
从基本结构角度看，ECDIS是一种把各种传感器组合成一体的综合安全导航系统的输出终端.将GPS/LORAN-C导航信号、罗经航向信号、计程仪速度信号经过接口装置送入主控计算机；把雷达原始视频信号经过雷达接口装置模数转换成数字信号送入主控计算机；将避碰雷达ARPA输出的数字信号解码送入主控计算机.使雷达图像、避碰雷达ARPA和GPS导航船位信号与电子海图的信息重迭显示.ECDIS主要由电子海图显示系统和电子海图信息数据库两部分组成.
3.1电子海图显示系统
电子海图显示系统由船用电子海图（ElectronicNavigationalChart）软件和电子海图显示设备配件（ElectronicChartDisplayEquipment）组成.图1为21世纪初的舰船电子海图系统典型硬件结构框图.
该硬件结构主要由四部分组成：导航仪器输入接口装置、主控计算机、输出装置和外围设备，主要功能如下：
外围设备的功能是实时接收各种测量信息，如航向、速度、位置、水深、风向、风速、ARPA避碰船位（前方的船位或方位距离、航向、航速）估计信息等.
主控计算机负责对外信息的输入与输出控制，利用扩展槽、智能串行口、并行口等连接图形显示控制板、语言板、雷达接口板、航向接口板、计程仪速度接口板、GPS/GLONASS接口、键盘、鼠标、打印机等.
主控计算机配有光盘和大容量硬盘，除存放系统软件、图形工作支持软件、字符库、符号库及全部应用软件外，还存放航行所用的全部数字海图.
主控计算机设有人机对话界面，海图显示控制的全部操作，都是通过键盘和鼠标进行的，由主控计算机完成.
电子海图的软件分为系统管理软件、数据处理软件和功能软件三大部分.
系统管理软件是为全面管理主控计算机中的中央处理器的时序、存贮空间、各传感器的导航信息以及调度数据处理软件和功能软件而设计的一套程序，具有自检、故障分析、报警以及计算机网络通讯等多种功能.
数据处理软件对来自各传感器的导航信息进行信息预处理和对预处理后的数据进行状态最优估计（滤波），对导航信息进行组合处理，进行各种航海要素计算，求取最佳船位、航迹、航向和航速等，提供精确可靠的运动参数和姿态信息，自动进行海图作业.
功能软件是在系统管理软件的统一管理下，依据数据处理软件给出本船的估计状态，按照导航显控台上指挥员的指令进行解算和控制的软件.
3.2电子海图信息数据库
电子海图信息数据库以数字的形式处理和存贮各国海道测量部门提供的海图数据信息，它包括全面完整的海图信息和航海相关信息，可以用计算机软件形式和一定的传输方法及格式由舰船和陆上的电子海图数据库分库传递、修改和更新资料信息.
4 21世纪初ECDIS信息源组合
4.1组合原则
ECDIS的输入信息有航向角、姿态角(选项)、位置、绝对速度、相对速度、水深、风向、风速、ARPA避碰船位估计、雷达物标、航迹向、航行状态、转向率等多种信息.
组合的原则根据不同的运载体所完成的使命和任务而定.
对民用的货船、油船，主要为保证其航行安全，必须有GPS、避碰雷达、计程仪、测深仪等信息.
对军用舰艇，需要在海上发射导弹时，则必须有姿态信息，这就要求有提供姿态信号的导航设备参与组合.
主控计算机根据输入的导航信息和用途指令及预先编制好的处理程序和滤波程序进行计算和滤波处理，求得统计意义上的最优解.
4.2组合类型
根据ECDIS的用途，有如下几种主要的组合类型：
以电罗经、多普勒计程仪构成的推位系统，与GPS、避碰雷达等组成兼有避碰功能的电子海图系统；以平台罗经、声相关计程仪或多普勒声纳等组成的以推算舰位为中心，与其它测位系统（GPS、天文等导航系统）组成的推算测位ECDIS.
随着船载自动识别系统（AIS）技术的发展及国际海事组织决定强制性安装该系统，使ECDIS与船载AIS的组合研究已成为保障舰船航行安全的一个重要研究课题.将ECDIS与舰船自动避碰系统组合，使海图信息、定位信息、舰船运动参数（如航向、航速等）等组合为一体，为舰船导航提供决策支持，保障舰船航行安全.这样除了具有海图作业功能外，还有舰船自动识别功能（可获得舰船船位、对地航速、真航向、转向速率、船首向、航行状态等信息）和舰船计划航线管理功能（计划航线输入、计划航线显示、到转向点的航向提示、偏航报警等）.这种先进的组合系统可实时获得本船和邻船的船位、航向、航速等信息，并动态地显示在电子海图平台上.
521世纪初ECDIS发展趋势
综观20世纪ECDIS的研制、发展状况，21世纪的ECDIS将成为民用和军用船舶必须的配套设备，并将推出一批更先进的智能化、多功能、多模式、高精度、高可靠性的ECDIS产品.
1）对ECDIS的自动化要求继续升级.ECDIS将优先采用以太网连接，使数据交换、处理能力、数据利用率大大提高.
2）对高可靠性、高精度的要求将是设计的重要指标.采用信息源双配置、多传感器、多模式工作方式及数据实时处理、滤波、容错处理功能和逻辑职能等多种技术融合为一个整体，形成信息集成化ECDIS.
3）不但有来自本船各量测设备的信息，还通过国际移动通信卫星终端及其它卫星通讯设备、全球海上遇险和安全系统等各种途径获得本船和其它舰船的位置、航向、航速、船名、船的类型以及机动参数等更可靠更正确的信息，完成与管理者和舰船的双向数据通信，并允许管理用户查询船位和航行轨迹.也可将本船状态通过通讯卫星发往岸上管理（或指挥）中心，这样从通讯卫星上收到的信息不但有本船的，也有其他船的，使ECDIS的可信度和精度大大提高.
4）智能控制技术推广使用，提供智能决策辅助，实现舰船导航、控制、避碰的自管理，从而减轻航海、观通部门的负担.
6总结
ECDIS发展至今已有近三十年的历史，世界上许多先进的航运国家都在致力于ECDIS的研究.21世纪初ECDIS的发展将达到一个崭新的阶段，为人类的航运事业作出更大的贡献.
