1前言
自上个世纪八十年代开始,随着电子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,引起了海道测量领域和航海领域的一场技术革命,使海图的研究、生产和使用跨入了一个新的纪元,使航海自动化迈上了一个新的台阶。
经过多年的发展,电子海图技术不断成熟和完善,电子海图及其应用系统对于提高船舶航行安全、减轻船员工作量的作用也越来越明显。在不久前召开的I初NAv第54次会议上,通过了在500总吨以上的客船、3000总吨以上的油轮、3000l/000总吨以上的货轮上,从2012年到2018年间陆续强制安装电子海图显示及信息系统(cEDIs)的议案。这将对电子海图的发展起到极大的推动作用。
目前,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。我国作为一个海域辽阔的航海大国,多年来也一直致力于电子海图的研究开发、生产制作和推广应用。在电子海图的发展过程中,出现了许多专有的概念名词,这些概念名词不仅具有特定的含义,而且对于电子海图的研发、制作和使用十分重要。但是由于有些概念名词过于专业或相似,致使许多电子海图的从业者和使用者对其缺乏准确的理解,从而造成了研发的盲目和重复、使用的不便和误会,进而影响了我国电子海图的发展和推广应用。为此,笔者对一些电子海图领域的基本的概念名词进行了梳理。
2电子海图简介
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。从广义角度上来讲,电子海图这个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;从狭义角度上来讲,电子海图就是指电子海图数据。
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(EcDI)S和电子海图系统(ECS)。
3电子海圈孩据
3.1概述电子海图数据
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。其内容以海域要素为主,详细表示海底地形(水深)、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。电子海图数据一般由各个国家权威的官方海道测量机构出版发行,这些机构还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。电子海图数据就是上文从狭义角度上来讲的电子海图,可分为栅格电子海图和矢量电子海图两大类。
3.2栅格电子海图
栅格电子海图是指以栅格形式(也就是通常所说的图像方式)表示的数字海图,国际标准的栅格电子海图被称为“RasterNavigationalehart(RNe)”,须符合IHo《栅格航海图产品规范)(s一61)的要求。栅格电子海图是纸质海图的翻版,通常由纸质海图数据直接生成栅格数据得到,因此具有制作工艺简单、成本低的优点。在栅格电子海图中,海域中的要素是通过一个个像素点的排列反映出来的,只有当其被显示出来时,使用者才能够通过眼睛识别出每个要素,而在数据文件中像素与像素之间并没有任何的关联。因此,在实际使用时,基于栅格电子海图的应用系统只是将海图显示在屏幕上,而不能实现一些智能化的功能。由于栅格电子海图天生所具有的缺陷,因此在当前电子海图数据领域并不具有主导地位,在电子海图应用时也只是起辅助作用。目前世界上主要的栅格电子海图产品有英国海道测量局(UKHO)生产的ACRS和美国国家海洋及大气管理局N(OAA)生产的NRC。
3.3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。在矢量电子海图中,通过点、线、面等几何图元的形式描述出海域中要素的位置信息,同时每个几何图元又具有一定的特征属性,以此来反映出海域的真实状况。矢量电子海图具有存储量小、显示速度快、精度高的优点。此外,由于矢量电子海图的特点,电子海图应用系统在使用矢量电子海图时,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,例如:当船舶靠近危险物时可以自动报警。正是由于矢量电子海图在航海智能化方面具有众多优点,因此在实际应用时,矢量电子海图占主导地位,也代表了当前和未来电子海图数据的发展方向。
按照标准化程度的不同,矢量电子海图又可分为非标准电子海图和标准电子海图。
3.3.1非标准电子海图
所谓的非标准电子海图就是指不符合IOH相关标准的电子海图。由于标准电子海图必须由官方海道测量机构制作并发行,因此,世界上几个从事电子海图数据研究的知名公司各自开发了本公司的电子海图格式,这些电子海图就属于非标准电子海图。主要有c一Map公司(现已被波音旗下的J即ePsen公司收购)的CM93格式和rTansas公司的TX97格式。这些非标准的电子海图也是采用专业技术和专业软件制作而成,由于其生产不受国家限制,因此,这两家公司的产品均覆盖全球海域。CM93和TX97都属于专用数据格式,其格式没用公开,为了便于电子海图应用系统的使用,两家公司均开发了显示电子海图数据的软件开发包供应用系统的开发商使用,因此,目前有一部分电子海图的应用系统支持CM93或XT97格式的电子海图。
非标准电子海图由于不受国家限制,所生产的非标准电子海图产品覆盖海域范围广,并且由于是同一家公司制作,在数据一致性方面也不存在问题。所以,在某些领域,非标准电子海图有一定的市场。但是,非标准电子海图也存在着明显的缺陷,主要有:
a)由于不是官方海道测量机构制作的,数据的权威性不能得到保证。
b)由于不直接从事测量作业,没有第一手资料,数据的现势性不能得到保证。
C)虽然也得到了一些应用系统的支持,但与标准电子海图相比,通用性较差。由于以上缺陷的存在,可能会对用户带来安全方面的隐患,这对于电子海图来说无异议是致命的。因此,非标准电子海图不能代表电子海图数据的发展方向,也是用户在使用时需引起注意的。
除以上两类由公司生产的非标准电子海图数据以外,还有一类就是由美国国家地理空间情报局(NG)A生产的数字航海图(DigitalNauticalehart),简称DNC,也属于非标准电子海图。但DNC与eM93、TX97不同的是,其生产部门NGA属于美国官方的海道测量机构,但美国的NEC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N(OAA)生产,所以NGA负责生产其自行开发的DNC数据,产品也覆盖了全球海域,在北约军事舰艇等特定领域使用。DNC不如CM93、TX97应用广泛,但由于美国在世界海道测量界具有重要的影响,因此DNC也得到了多个电子海图应用系统的支持。
3.3.2标准电子海图
标准电子海图就是指符合IHO相关标准的电子海图,目前IHO关于电子海图数据的标准是(数字海道测量数据传输标准》(S一57),我们把基于S一57标准的电子海图数据产品称为电子海图(ElectornicNavigationalhcart),简称NEc,所以说标准电子海图就是指NEc。在s一57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一57标准的电子海图才是ENC,ENC需采用专业技术和专业软件制作。由于ENC符合国际标准又是由各国官方海道测量机构制作,因此是标准化程度最高、最具有权威性的电子海图数据类型。由于ENC的这种标准化,使得其具有以下特点和优势。
a)NEC必须由各个国家官方海道测量机构制作并发布,工0H为各国的ENC生产机构分配有全球唯一的机构代码。例如,中国海事局的代码是“NC”。
b)NEC的特征物标编码、几何图形制作,有S一57标准作为依据,有效地保证了数据从生产者传递到使用者的过程中的正确性。
c)ENC具有标准的数据封装形式,保证了数据在不同操作系统的计算机之间传输的正确性。
d)NEC在显示时,有《电子海图显示及信息系统海图内容与显示规范》(S一52)标准作为其显示依据,保证了数据显示的一致性。
由于NEC所具有的这些特点,保证了电子海图数据与电子海图应用系统之间的有效衔接,可以使电子海图数据与应用系统分离开来,也就是说任何一个国家制作的NEC都能够在任何一个电子海图应用系统中有效使用。因此,NEC是当前电子海图数据领域中最主要的力量,也代表了电子海图数据当前和未来的发展方向。
3.3不同电子海图数据类型对比
前面介绍了不同类型电子海图的定义和特点,在这里对比如下:
4电子海图应用系统
4.1概述
ENC是官方海道测量机构制作的电子海图,标准化、权威性、现势性都是最强的,也代表电子海图数据的发展方向,几乎所有的电子海图应用系统都能够支持,因此,这里重点介绍基于ENC的各类电子海图应用系统。
电子海图应用系统是指接收并显示ENC,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,既可以是应用于航海的航海设备,例如电子海图显示及信息系统(EcD工S),也可以是应用于港航管理的智能化管理系统,例如船舶交通管理系统(VT)S。有些电子海图应用系统只包括软件,而有些应用系统则是软件和硬件的集成,在实际应用时可以根据需要进行选择。所有的电子海图应用系统都以电子海图数据为基础,有一些应用系统还可接收其它航海设备(如GPS、lAs、雷达等)的信息。
电子海图数据和各种电子海图应用系统一起为航海人员提供一个航海信息平台,让使用者能够非常直观、方便地了解到所处海域的各种信息,从而有效利用这些信息保障船舶的航行安全或者实现有关的管理功能。
电子海图作为智能化航海的信息基础,最初主要应用于航海领域,为了保证航行于世界各国的船舶使用统一格式的电子海图,工HO、IMO和IEC等国际组织制定了一系列电子海图相关技术标准,从而有效保证了电子海图数据以及电子海图显示和应用方面的一致性。正是这种一致性使得电子海图数据和电子海图应用系统可以分离,即可由不同的机构生产制作。随着信息化的发展,电子海图的这种一致性也惠及到其它应用领域,众多港航方面的管理系统也均采用这种模式,使用标准的电子海图数据作为基础,因此,当前电子海图应用系统已不仅仅是那些应用于航海的设备,也包括各类海事管理、海洋渔业作业、海洋环境保护等应用系统。
4.2电子海图数据在应用系统中的使用方式
NEC在应用系统中的使用方式主要是:
NEC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适合应用系统使用的系统电子海图(systemlEectronicNavigationalhCart),简称SNEC。NEC只在数据由生产者传递到使用者的过程中使用,使用者得到ENC之后应立即在应用系统中将其转换为SENC,并存储在硬盘上,在之后的使用过程中,应用系统读取的都是SENC。
之所以采用这样的方式是因为ENC所遵循的标准是S一57,该标准是为交换海道测量数据而设计的,对显示来说,它不是存储、操作或准备数据的最有效的方法。因此,在《电子海图显示及信息系统海图内容与显示规范》(S一52)中,允许每个电子海图应用系统的生产者设计自己的存储格式,以满足S一52所规定的性能要求。
4.3应用于智能航海
电子海图最主要的用途是智能航海,电子海图的出现引起了航海领域的一场技术革命,使航海自动化迈上了一个新的台阶。目前,电子海图在航海领域的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。
4.3.1电子海图显示及信息系统
电子海图显示及信息系统(EleetronieehratDispzayInfooati。nsyste:),简称砚Dls,是指符合MIO、IHO和IcE有关国际标准的船用电子海图系统,属于标准化的航海设备,主要用于大型船舶的综合导航。cEDIS的功能须满足I初CEDIs性能标准的要求,使用符合I0Hs一57标准的NEc数据,按照IHoS一52标准进行数据的显示,并且cEDIS的硬件设备要通过ICE61174的性能测试。CEDsI在硬件上主要是以加固计算机为主体,集成船上多种航海设备信息,包括GSP、测深仪、电罗经、记程仪、雷达和船舶自动识别系统(A15)。软件的主要功能有四个方面:一是电子海图操作,包括电子海图的导入、更新、显示、查询等功能:二是计划航线设计;三是航行监控和报警:四是航迹记录和回放。
4.3.2电子海图系统
电子海图系统(Ele。troin。hCartSystem),简称cEs,也是一种船用电子海图系统,但是它不必符合I初、IHO和IEC的有关国际标准,主要用于小型船舶导航。EsC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。
4.3.3cEDIS与cES的比较
CEDIS与cES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,CEDIS必须严格符合I初、IHO和IcE的有关国际标准,并且须得到有关组织的认证,因此,ECD工S的可靠性高,性能稳定,并且能够满足OSLAS公约的要求。而CES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CEDIS。对于SOLAS公约船应使用CEDIS,因为公约第五章第十九条的修改已在IMONvA第54次会议上通过,今年n月的海安会将完成公约修改的法律手续;对于那些小型船舶可根据需要选用适合的Ecs。
4.4应用于海事及港航管理
海事及港航管理涉及很多方面,下面以船舶交通管理系统为例说明。
船舶交通管理(服务)系统(VesselTraffieServiees),简称钾S,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高技术系统,具有信息服务、助航、船舶交通组织、联合行动支援等功能.它对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具有重要意义和作用。系统除电子海图显示功能外,主要是监控和指挥功能。通过雷达扫描得到港口、航道中船舶的动态,并标示在电子海图上,供管理人员进行船舶交通管理,以保障港口和航道内船舶的航行安全和航道的通畅。
4.5电子海图其它应用
除了在智能航海、海事与港航管理方面电子海图得到广泛应用以外,随着信息化的发展,电子海图及其应用系统的应用领域几乎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。
5结束语
在信息化飞速发展的今天,电子海图的推广应用是大势所趋,也势在必行,对于广大的电子海图从业者和使用者来说,如何正确理解电子海图领域的概念名词,并指导实际的工作是十分重要和有意义的,能够有效避免由于概念的不清和模糊而引起的研发时的盲目和重复以及使用时的不便和误会。笔者通过这篇文章,对一些基本的概念名词进行了梳理,以期对大家有所帮助。
