电脑技术的发展对电子海图的影响

1 引言

电子海图显示与信息系统(ECDIS)被认为是继雷达/ARPA之后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命。从最初纸海图的简单电子复制品到过渡性的电子海图系统(ENS),ECDIS已发展成为一种新型的船舶导航系统和辅助决策系统,它不仅能连续给出船位,还能提供和综合与航海有关的各种信息,有效地防范各种险情。据不完全统计,目前世界上安装各类电子海图的商船、渔船、客船、游船及军舰在二十万条以上。对于SOLAS船舶而言,随着各国官方电子航海图(ENC)逐步完备、标准ECDIS的出现以及IMO对ECDIS的认可,ECDIS势必取代沿用了几百年的传统纸海图。ECDIS系统如右图所示。主控制器部分即电脑微机。

2目前电子海图物标的显示

目前所使用的电子海图,跨海大桥等物标通常由托普面或者线组成。根据制图资料,往往桥梁只有净空高度的属性,而对大桥通航孔没有特别描述,如果有描述也只有净空高度。这不能全面的反映通航情况,造成航行安全隐患。我们通过研究发现桥梁等物标属性中,属性PICREP可以通过图形文件图示显示桥梁等物标。目前海图所使用的标准是S-573.1,是国际海道测量组织(IHO)2000年制定的,由于当时电脑技术的限制,目前图形文件只能使用TIF格式。

3目前电子海图图示显示的缺陷

我们知道IHO第57号特别出版物,简称S-57,即IHO数字海道测量数据传输标准是目前各国海道部门之间用于交换海道测量数据及将这些数据传递给生产产家、航海者和其他数据用户的标准,也是目前海道测量部门广泛运用的国际海道测量数据空间标准。电子海图(ENC)是基于S-57的一种数字化海图产品。S-57自1992年4月被第十四届国际海道测量大会正式批准为IHO的标准以来,相继发布过S-573.0(1996年11月)、S-573.1(2000年11月)、S-573.1.1(2007年11月)三个版本。目前我们海图制作采用的是3.1版本。它所定义的图示显示文件只能是TIF文件格式。TIF(TagImageFileformat)是Mac中广泛使用的图像格式,它由Aldus和微软联合开发,最初是出于跨平台存储扫描图像的需要而设计的。它的特点是图像格式复杂、存贮信息多。它的缺点就是文件容量较大。这是由于S-573.1版是2000年发布的,距今已有8年时间,当时的电脑技术已跟不上ECDIS发展的需要。

4电脑技术飞速发展下电子海图物标图示显示的展望

由于S-57存在局限性以及随着地理信息技术的发展,无论从用户角度还是从技术角度,对海道测量数据又有了新的需求,因此IHO为了使海道测量地理信息技术能进一步满足用户需求,且保持与全球地理信息技术同步发展,组织技术工作组对S-57标准进行改版,并命名新的标准为S-100。S-100融入了地理信息领域的最新技术,实现了海道测量数据标准与国际标准化组织地理信息技术委员会(ISO/TC211)的接轨,并与ISO/TC211研发的ISO19100地理信息系列标准兼容。目前S-100草案已经出台,正在征求各国海道测量组织的意见。

我个人认为物标图示显示是一种非常好的、多元化的、多维的、立体的电子海图表现形式,它比两维平面的纸质海图有着更多的描述海域实际海况的手段。S-57标准,由于当时电脑,航行设备等技术原因,图示文件只能是TIF格式,而在电脑技术飞速发展下,我们可以向IHO建议图示文件采用JPEG格式,JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)压缩技术十分先进,它用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据,获取得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像,换句话说,就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量。

进一步建议IHO图示文件采用GIF(GraphicsInterchangeformat)格式。它的特点是图像文件短小,可以同时存储若干幅静止图象进而形成连续的2D动画。用动画片的形式描述航行规定,比静止的图示更加清晰明了。

进一步建议IHO在物标属性中增加音频文件属性。S-57标准规定物标有记录描述物标详细信息的外部文本文件属性。但目前满足不了现代航海对电子海图的需求。对物标增加了音频文件属性就相当于给每个物标加了语音提示功能。这对于船舶航行的意义非常的大。解放了航行员的一双眼睛,使他不用时时盯着电子海图屏幕,把更多的精力放在实际海况的观察,减少航行碰撞等安全事故的发生。

进一步建议IHO图示文件采用AVI(AudioVideoInterleaved)格式。即音频视频交错格式。是将语音和影像同步组合在一起的文件格式。用图文并茂,语音解说的电子海图形式引导船舶通过跨海大桥,复杂水域。

在目前多核CPU,大内存,大容量硬盘电脑技术的支持下,采用图示、动画、语音、电影等形式描述难以用简单文字说清楚的电子海图,让电子海图不再是平面两维的简单电子图,而是有着坐标、图像、声音等多种元素的多维化电子图的实现成为一种可能。

在船舶航行保障系统方面,飞速发展的电脑技术可以实现智能航海系统。系统基本包含全球水文资料、航道资料、助航物、障碍物、港口设施、海岸线、规则分界线和必要的地貌特征等各层资料。航海者可以在电脑工作平台上编制航行计划、计划航迹和转向点。同时,智能系统可以随时接收周版航海通告、最新电子海图和海洋气象等信息,在较短时间内自动改正全部电子海图;智能系统可以显示船舶的位置和动态,包括船舶状态、货载情况、航线资料、船舶技术资料、航次资料。船舶利用GPS来精确定位,当出现了偏离或者走到危险区域,智能系统可以立即发警报提醒。

未来航海技术还将体现“数字海洋”的特点,“数字海洋”是对三维海洋的多分辨率数据表达,它以空间位置为主线,按照地理坐标整理并构造海洋的信息模型,建立“数字海洋”的空间数据基础框架和海洋的三维空间数据集,为今后海洋利用提供了一个完整的应用平台,这对未来电子海图必将产生重大影响。利用“数字海洋”中的多维建模和虚拟现实技术构建“数字港口”。利用多源数据融合,将所获得各种有关港口信息无缝集成到“数字港口”的框架中,利用WebGIS将这些信息在Internet上进行发布,以实现三维海洋信息的全球共享。通过它,进出港口的船舶可以用可视化的方式浏览入港指南,为船舶进出港导航。对于海事部门,可以实时对港口交通进行监控,引导船舶采取合理的避让措施。

5结束语

电子海图广泛用于船舶显示及信息系统及海事船舶航行管理系统。在目前的科学技术条件下,以前由于计算机、网络等条件限制而不能实现的设想可以实现,多维化电子海图就是其中之一。电子海图及显示系统有着纸质海图不具备的强大功能。会动的、会说话的多维化的电子海图可以使船舶驾驶员更清晰明了的了解复杂航行区域情况,可以极大的减轻海事管理员工作强度,是今后我国实现“数字海洋”发展的方向。