电子海图信息系统 (ECDIS)的发展及应用

引言

ECDIS是继雷达/ARPA之后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命,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,还能提供与航海有关的各种信息,有效地防范各种险情。目前世界上安装电子海图的船舶在20万艘以上。随着各国官方电子海图(ENC)逐步完备、标准ECDIS的出现以及IMO的认可,未来10年左右ECDIS将全面取代纸海图,成为21世纪航海信息综合处理手段。

2.ECDIS的由来及发展

ECDIS的概念是在总结船用电子海图系统ECS的结构、功能和应用的基础上提炼出来的。功能更加完善并可取代纸海图的系统称为“电子海图显示与信息系统”,英文缩写为ECDIS。1986年7月,IMO和IHO开始合作成立了ECDIS协调小组(HGE),共同研究ECDIS。1998年10月,IMO和IHO联合组织了北海工程实验,以评价ECDIS的功能,分析其潜在用途。有6个来自不同国家的多功能船用电子海图系统参加了实验。实验结果表明,ECDIS不仅仅是纸海图的等效物,而且是未来智能化船舶的必要组成部分,ECDIS必须走国际标准化的道路,各国政府和国际组织应提供法律保证。在之后的近10年间,由于IMO和IHO的积极努力,ECDIS的各类标准和规范不断地建立、更新和完善,各种具有优良性能的ECDIS产品也不断地推陈出新。可靠、精确的最新纸海图已被公认为安全航运的基础。电子海图和各种传感器组合而成的综合显示器则是在20世纪70年代和80年代随微电子技术的发展才出现的,电子计算机和与其相关的彩色图像显示器的出现,使纸海图的数字化以及海图的电子复制变成现实。ECDIS是在总结了船用电子海图系统(ECS)的结构、功能和应用的基础上提出来的,专门用来显示官方电子导航海图。

3.ECDIS的组成

ECDIS是以数字形式储存的海图及包括数据、设备、系统、计算机软硬件等各种辅助手段的综合信息处理系统,实质上是包括各种导航传感器与数字海图和其他航用数据结合在一起的自动导航系统的图形输出终端。ECDIS可分别从陀螺罗经、计程仪、GPS/DGPS、气象传真机等传感器接收航向、航速、船位及气象信息,解出本船的最佳船位,将计算结果实时地显示在显示器上,并对航向航迹进行监测与报警(如偏航、危险区等)。用户根据需要可快速查询航行区域的海图及其他航海出版物所提供的信息,与其他导航设备进行数据和信息交流,将RADAR/ARPA捕获到的目标船动态叠显在海图上。可在海图背景上显示船位,进行自动标绘;进行航线辅助设计、航向监视、航次记录与回放、报警设置、海图自动改正等作业;自动选择显示区域,进行缩放、剪接,对船舶航行提供安全保证。

4.ECDIS的应用

4.1.AIS与ECDIS的组合应用

1999年国际海事组织安全委员会第45次会议最后确定对SOLAS公约第V章的修订,明确规定航行于国际航线的300总吨及以上的船舶和公约国航行于国内航区的500总吨及以上的船舶,从2002年7月1日起到2008年7月1日分阶段执行配备AIS设备。AIS即船舶自动识别系统,它可以周期性地发射和接收船舶的静态信息(如船舶IMO编号、船舶国籍、呼号、船名等)、动态信息(如船位、对地航速、对地航向、航行状态等)以及与航行相关的信息(如船舶吃水、危险货物种类等)。凡配有AIS的船舶都可以接收到这些信息,并可以在ECDIS上显示出来,AIS可以向航行船舶提供所在航行区域的实时交通动态和相关信息,最大限度地避免船舶碰撞,提高海上搜救的工作效率。

AIS系统能够与其他传感器相连,以便自动地从这些传感器中输入数据,其外部终端是ECDIS。叠加了AIS信息的电子海图,使船舶能将自己的导航信息和其他船舶的信息显示在电子海图和雷达显示器上,提高了所有船舶的视见度及动向的明显性,解决了恶劣天气或雷达信号覆盖不到区域中的船舶的监控问题。同时也避免了船舶避碰过程中由于语言不通无法协商引起误解而导致碰撞等问题的出现。

4.2.ECDIS在VTS中的应用

VTS即船舶交通服务系统是为了解决海上船舶航行安全与效率而建立的。ECDIS的出现,使VTS向数字化导航广播服务方向发展。VTS监控站通过数字化通信网络把在船舶交通管制作用范围内的各种船舶的位置和运动情况通报给所有相关船舶,除了其他与航行安全有关的事项之外,这一信息被显示在船舶交通控制的控制中心和有关船舶的电子海图显示信息系统上。进入VTS作用范围的每艘船舶的ECDIS能够自动显示所接收到的其他船舶的位置和运动情况,并能查询这些船舶的静、动态情况,根据需要与他船建立通信联系,解决了狭水道中通信目标容易混淆的问题。

4.3.ECDIS在船舶避碰中的应用

ECDIS不仅能提供海图信息(水深数据、海底危险物情况、离岸距离等)和航行信息(本船位置、航向、航速等),而且还能适时提供海上海运目标的动态信息(目标的航向、航速、方位、距离、CPA、TCPA等),因此,在制定避碰方案时,可通过ECDIS系统检测避碰方案的可行性,检测本船行动是否在可航水域。

4.4.ECDIS在港口引航中的应用

港口引航系统由引航员随身携带到引航船舶上,为引航船导航。除了为引航船导航外,港口引航系统与岸上值班室的港口引航监控系统相配合,实时地将引航船的船位、航向、航速、船艏向等信息通过VHF数传电台发给监控系统。这样,在岸上值班室就可以对引航船舶进行动态监控,必要时给予指导。

4.5.ECDIS在船舶调度管理中的应用

船务公司可以通过在电子海图上显示和标绘本公司所有船舶,查询其动态,对其进行调度指挥。当然,它离不开岸船通信系统,以便及时地获得船舶的动态信息。该系统中所使用的海图应该覆盖本公司所有船舶运营的航线。

4.6.ECDIS在航标管理中的应用

在电子海图上显示和标绘某个航标区的所有航标的信息,包括其照片、当前状态、设置和维修记录等,使航标管理信息化。

5.ECDIS的发展趋势

目前ECDIS的性能标准、海图显示规范、数据标准、硬件设备标准均已确立。ECDIS的标准化问题已经解决,这为其合法化和实用化彻底铺平了道路。ECDIS全面取代纸海图的时代已经来临。今后要解决的关键问题是:要尽快建立覆盖全球的合法的ENC以及健全的海图改正服务网络;对已有ECS的软硬件进行改进,使其完全符合ECDIS各项标准的要求;扩充ECDIS的标准功能,使其具备智能化的特点;同高精度定位系统、雷达避碰系统、船舶通信系统、车舵控制系统等进行集成,实现信息的综合处理与显示;辅助制定操船决策,更大程度地保证船舶航行安全。同时可以控制船舶以最经济的方式航行在最优航路上,提高航运效益                                                                                                         参考文章：电子海图、AIS、雷达