电子海图显示与信息系统分解.pptx

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1、考试大纲要求（电子海图部分） 11 电子海图显示与信息系统（ECDIS） 11.1 电子海图与电子海图系统 电子海图定义与种类 电子海图系统 电子海图系统有关国际规定 电子海图显示与信息系统第1页/共57页电子海图显示与信息系统（ECDIS） 系统组成及硬件要求 系统海图及功能 替代纸质海图的条件 11.2 ECDIS数据 数据种类与结构 数据显示 数据可信程度与更新 11.3 ECDIS功能和应用第2页/共57页电子海图显示与信息系统（ECDIS） 与其他导航系统与设备的集成 海图外其他航海信息的使用 导航与监控参数的设定 船舶、航线、航迹的显示 系统警示与报警 航线设计与航次计划 航行监控

2、 航行记录第3页/共57页电子海图显示与信息系统（ECDIS） 11.4 使用ECDIS的风险 海图数据的误差 船位的准确性 硬件故障与数据误差 系统的可靠性 系统操作误差 备用系统第4页/共57页第5页/共57页第6页/共57页第7页/共57页第8页/共57页第9页/共57页一、电子海图与电子海图系统 （一）电子海图定义与种类 定义：用电子海图数据描写海域地理信息和航海信息的数字化产品。 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。 种类：分为栅格电子海图和矢量电子海图两大类。 第10页/共57页

3、一、电子海图与电子海图系统 栅格电子海图是指以栅格形式（图像方式）表示的数字海图 。 矢量电子海图是指以矢量形式(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。 第11页/共57页一、电子海图与电子海图系统 （二）电子海图系统 电子海图系统，英文为Electronic Chart System，属于海图显示系统，用来显示非官方矢量电子海图或光栅电子海图数据库。 不符合ECDIS国际标准的电子海图显示系统统称为ECS。它不能合法等效纸海图，因此船上安装该系统还必须携带纸海

4、图。 第12页/共57页一、电子海图与电子海图系统 完整的电子海图系统ECS由三部分组成：第13页/共57页一、电子海图与电子海图系统 (1)硬件设备：包括显示器、处理器、电源、控制台和接口单元。 (2)海图显示系统(ECS、ECDIS、RCDS)：是对电子海图操纵和控制的软件系统。 (3)电子海图数据库：按某一种格式(如Raster 或Vector)制成的海图文件，由海图显示系统打开和显示。 (4)改正服务单元包括及时的电子海图改正手段。 第14页/共57页一、电子海图与电子海图系统 （三）电子海图显示与信息系统 1. 系统组成及硬件要求 ECDIS系统由主计算机系统、电子海图数据库及其改正

5、、输入传感器、输出终端设备等四个基本部分组成。其结构如图3.2所示： 第15页/共57页第16页/共57页一、电子海图与电子海图系统 （1）主计算机 主计算机是电子海图应用系统的核心部件，我们可以利用它进行大量的计算、逻辑推理和信息流程的控制。例如：海图作业；电子海图的显示和修改；接收、处理和管理各种导航传感器的信息等。另外它的一个重要作用是对计算机图形（图像）的处理。 第17页/共57页一、电子海图与电子海图系统 （2）ENC及改正 电子航行图（ENC），是指内容、结构和格式是标准化的（S-57），由官方授权发行的和ECDIS一起使用的数据库。ENC包括安全航行需要的所有海图信息，也可包括纸

6、质海图上没有包含的补充信息，这些可被视为安全航行所需要的。 系统电子航行图（SENC），是指通过适当使用ECDIS，从ENC转换，采用合理方式对ENC改正以及通过航海者加入其它数据而获得的数据库。该SENC包括从其它数据源获得的信息。 第18页/共57页一、电子海图与电子海图系统 （3）传感器及接口 ECDIS除可显示精确的电子海图外，还应显示本船船位、航向、航速及周围目标的有关信息。因此，系统需要加入各种导航传感器及其它信息传感器。包括： 定位传感器:可以接入GPS、DGPS、DECCA、LORAN-C等各种定位接收机，但趋势是只接入GPS和/或DGPS即可。接入的定位信息可来自单一设备，也

7、可来自多种设备，经船位滤波，而获得最佳船位。 第19页/共57页一、电子海图与电子海图系统 避碰装置:船用雷达/ARPA，为系统提供与电子海图实时重造显示的雷达图像及周围目标船的航行与避碰数据信息，使系统具有一定的避碰功能。 航向、航速装置:航向数据信息由陀螺罗经提供；速度数据信息由计程仪提供。上述装置是使用ECDIS的船舶本来就已经装备了的，ECDIS系统提供相应接口，将获得的数据利用ECDIS处理功能进行综合，按需要与电子海图信息叠加显示，使系统具有附加信息。 第20页/共57页一、电子海图与电子海图系统 （4）终端设备 系统终端设备包括图形显示器、打印机及航迹记录器等。他要显示或输出海图

8、各项航行要素的数据、人机对话的内容、告警信息、供航海人员操作使用的热键和菜单等。 第21页/共57页一、电子海图与电子海图系统 2.替代纸质海图的条件 电子海图不仅要从技术上进一步开发完善，而且必须取得法律上的认可。故电子海图的发展只有经过以下的步骤，才能真正取代纸质海图 ： （1） 标准化、法律化：电子海图的使用，与纸质海图管理一样，应由国家航道测量机构提供资料，进行质量与安全方面的监督，并对产品负有责任。相关组织还要制定统一的设备要求，人员培训，发证要求。使得电子海图具有法律效力，才能真正意义上的普及开。 第22页/共57页一、电子海图与电子海图系统 （2）信息系统的智能化：自动化能够仿真

9、航海人员的思维过程。和GPS，自动舵相连。使ECDIS 系统成为一个专家系统，使它在选取海图要素，处理多个传感器来的信息、跟踪动态目标、制定驾驶方案等方面具有人工智能。能够减轻驾驶员的海图作业强度，特别是海图的改正方面，最好能有数据包的形式，定期导入，自动更新，改正。或者和卫星系统相连接，通过卫星向船舶发送数据，使电子海图自动更新数据。 第23页/共57页一、电子海图与电子海图系统 （3）系统的小型化：ECDIS 系统的小型化， 使它尽可能适应小的船舶。并采用分布式网络和多屏显示，使船长，驾驶员可以在自己的房间里看到所需要的信息。 （4）通用化和廉价化：目前电子海图一般安装在军舰，渔船和游艇上

10、。还有一些新建造的远洋轮上。为在中小型船舶上普及和安装，必须研制通用化和廉价化的电子海图应用系统。 第24页/共57页二、ECDIS数据 1. 数据信息种类与结构 ECDIS 海图显示的 SENC 数据信息可分为三类：显示基础数据、标准显示数据及其他数据信息。 显示基础数据：是指不能从显示中擦除的 SENC 数据，它由任何时候、任何地域、任何条件下均必需的数据构成，但它并不是指足以保证航行安全的信息； 第25页/共57页二、ECDIS数据 标准显示：是指当海图最初在 ECDIS 上显示时，所默认包含的 SENC 信息，标准显示上的信息在用于航线设计和航路监视时可由航海人员根据需要显示或擦除；

11、其他信息显示：是指不包括在标准显示中的海图信息，默认为不显示，当需要时才显示的信息。 第26页/共57页二、ECDIS数据 显示基础数据包括：海岸线(高潮水位线)；本船安全等深线，由航海人员选择；位于安全等深线所定义的安全水域内，深度小于安全等深线的孤立水下危险物的指示；位于安全等深线所定义的安全水域内的孤立危险物，例如桥梁、架空电缆等，以及不论其是否具有助航功能的浮标和立标等；分道通航制；比例尺、范围、方向(北向上或航向向上)和显示方式(相对运动或绝对运动)；水深和高程单位。 第27页/共57页二、ECDIS数据 标准显示数据包括：显示基础；干出礁范围线；固定和浮动的助航标志；航路、水道的边

12、界；视觉和雷达可测的显著物标；禁航区和限航区；海图比例尺边界；警告事项的指示。 其他数据信息包括：水深点；海底电缆及管线；渡船航线；所有孤立危险物的详细信息；助航设备的细节；警告事项的内容；ENC版本日期；测量基准面；磁差资料；经纬线图网；地名。 第28页/共57页二、ECDIS数据 2数据显示 根据 IMO 的性能标准 ECDIS 数据信息的显示包括：ECDIS 应能显示 SENC 中的所有数据信息。 ECDIS 应能在任何时候仅靠操作员的一次操作提供标准显示。 当一幅海图最初在 ECDIS 上显示时，应当使用 SENC 中显示区域的最大比例尺的数据提供标准显示。从ECDIS显示中应能容易地

13、增加或删除信息，但不能删除显示基础中的信息。 第29页/共57页二、ECDIS数据 ECDIS按数据信息显示优先级至少要把所处理的全部信息分成10级： ECDIS的警告信息(如坐标系、深度基准面异常时的警告，显示比例尺大于或小于ENC原始比例尺时的警告)和指示； 海道测量组织数据：点、线、面和自动航海通告(官方改正)； 手工输入的航海通告和无线电航行警告； 第30页/共57页二、ECDIS数据 ENC警告(海图上的警告和注意信息)； IHO的颜色填充区域的数据； IHO提供的，经用户请求时才显示的数据； 雷达信息； 用户数据：点、线和面(用户在电子海图上所做的标注)； ECDIS制造商的数据：

14、点、线和面； 用户的颜色填充区域的数据； 第31页/共57页二、ECDIS数据 3数据可信程度与改正 ECDIS应能接受官方按照IHO标准提供的对ENC改正数据。这些改正数据应自动地施加到SENC。 无论采用什么方法接收改正数据，执行过程不应妨碍数据在使用中的显示；ECDIS也应能接受手工输入的对ENC的改正数据并能用简单的方法在最后接收数据之前进行核对。 第32页/共57页三、ECDIS功能和应用 （一） ECDIS的功能 1. 航线设计与航次计划 根据IMO性能标准的规定：应包括直线和曲线两者在内的航线设计；能通过下述方法去修改航线： 在航线上增加转向点； 从航线上删除转向点； 改变转向点

15、的位置； 改变航线中转向点的次序。 第33页/共57页三、ECDIS功能和应用 2. 船位、航线、航迹的显示 ECDIS 能与同计程仪、陀螺罗经、GPS、Loran-C、测深仪和气象仪等设备连接，接收来自这些传感器的信息，并进行综合处理，然后显示出最佳船位、航迹、航向和航速等。在航行中，来自 GPS 或 DGPS 的本船船位可连续自动地显示在电子海图上，并连续地显示出航迹，以便与计划航线比较。 第34页/共57页三、ECDIS功能和应用 3. 航行监控 船舶航行过程中，能清楚地给出船舶当前状态与计划航线的关系。ECDIS能自动计算船舶偏离计划航线的距离，当必要时给出指示和报警，实现航迹保持。E

16、CDIS还可自动测航行前方的危险海区、暗礁、禁航区和浅滩等，实现避碰，防搁浅。当本船船位偏离计划航线的距离大于设定距离时，该系统将会发出报警。 第35页/共57页三、ECDIS功能和应用 4. 系统警示与报警 当遇到故障或者显示一定的信息的时候要提供适当的报警或者显示，可以规定计划航迹的范围，当船舶偏离安全航区或者驶近危险区域时能够提醒使用者。在船上能够对系统的主要功能进行测试，如果有故障要能够报警或显示。 第36页/共57页三、ECDIS功能和应用 5. 航行记录 ECDIS应存储并能重现12h的航行过程和使用官方数据库所要求的最少量要素。ECDIS应能以1 min 的时间间隔记录如下数据：

17、 本船航迹的记录：时间、位置、航向和航速。 使用官方数据的记录：ENC来源、版本、日期、单元和改正情况。 ECDIS应记录时间标记间隔不超过4h的整个航程的完整航迹；ECDIS不能对记录的信息进行处理或变更；ECDIS应能保留前12h的航海记录和航迹记录。 第37页/共57页三、ECDIS功能和应用 （二） ECDIS 的应用 1. 与其他导航系统与设备的集成 （1）ECDIS 与 AIS 的组合使用 1）ECDIS是AIS显示其信息的理想工具 AIS的图形显示终端主要包括ECDIS、雷达、带有图形显示器的组合导航系统和AIS专用图形显示器。ECDIS能通过AIS 的数据传输出自己的航路信息。

18、而ECDIS 系统采用的是矢量化的数据， 可以对任何显示的目标特性提供更多的查询信息。 第38页/共57页三、ECDIS功能和应用 2）AIS与ECDIS 的组合使用为助航避碰技术指引了新方向 与AIS相比雷达数据的精度低、耗费时间多，标绘要经过一段时间才能判断出其他船舶的操作意图。在拥挤的水域， ARPA 跟踪物标的能力有限。ARPA提供的信息常受到外界因素干扰，还存在盲区， 对弱小回波有可能探测不到。而AIS在20n miles范围内能自动准确无误地提供和接收对船舶航行安全十分有价值的信息， 再通过助航软件做出判断并结合雷达/ARPA 数据， 可以及时设计一条很好的避让路线， 达到较好的避

19、让效果。 第39页/共57页三、ECDIS功能和应用 3）AIS与ECDIS组合使用可以为VTS 及引航提供便捷服务 AIS具有高数据更新率和具有询问功能的AIS广播， 使得VTS 中心能够自主及时获得相关船舶的静态和动态信息; 同时船舶也能够及时从VTS 中心获得所需区域的潮流、水文、气象等安全信息。AIS信号具有较好的绕过障碍物的能力， 这使得VTS中心或者引航船舶能够及时的查看到被障碍物遮挡的物标， 大大提高了有效覆盖范围。 第40页/共57页三、ECDIS功能和应用 4）AIS 与ECDIS的组合使用提高了遇险搜救的效率 AIS与ECDIS 的组合， 可以使遇难船舶的AIS信息完整显示

20、在ECDIS屏幕上，为现场指挥和协同搜救提供有力的帮助。 ECDIS可以提供遇险船舶周围的水深、海底障碍物等情况。海事部门和VTS 机构可指引执行搜寻和救助的船舶以及直升飞机快速找到遇难船舶及离遇险地点最近的船舶; 协调中心也能够对所有参与搜寻和救助的船舶、直升机进行跟踪和导航，实现对整个搜寻救助过程的监控、指挥。 第41页/共57页三、ECDIS功能和应用 （2）ECDIS与VTS的组合使用 VTS具有能集中并可加工处理大量信息，全水域、全过程覆盖的立体时空监控等多种功能，它的使用对辖区水域管理、通航环境的保护、交通流的组织、支持联合行动等方面起到了不可缺少的作用。 ECDIS的静态数据库与

21、VTS信息系统中的数据通过程序和算法实现一些智能管理功能，以达到更好的管理效果。 第42页/共57页三、ECDIS功能和应用1）浮标移位 在ECDIS中，可以对VTS管理区域的浮标进行智能监控。尤其是对浮标移位的问题，可以在电子海图系统基础上，以电子海图中的浮标位置为标准，利用VTS中的雷达数据，通过实时检侧，对其实现智能化管理。 第43页/共57页三、ECDIS功能和应用 2）船舶走锚 在ECDIS中，可以对VTS管理区域的锚泊船舶进行监控。基于电子海图中的锚位信息，通过VTS管理部门相关资料设计出船舶锚泊安全半径，利用AIS和雷达给出船舶实时位置，对走锚的船舶进行报警管理，以达到保证安全的

22、目的。 第44页/共57页三、ECDIS功能和应用 3）VTS水域船舶避碰 ECDIS实现VTS管理区域内的船舶避碰。利用开阔水域决策模型作首次船舶会遇决策，提出避碰路线，然后充分考虑船舶周围VTS管理区域的海况信息，计算可航区之间的路线，比较电子海图中的相关海况数据，从而确定最佳航线，为助航和引航服务。这种避碰功能主要是可以解决在VTS 管理水域内狭窄航道船舶避碰的情况。 第45页/共57页三、ECDIS功能和应用 2. 海图外其他航海信息的使用 (1)适应电子海图生产的航标数据库的建立 航标数据库采用SQL数据库技术和B/S结构，它包括全国沿海发布的所有航标数据，保存在内网服务器的SQL数

23、据库中，保证了电子海图使用的航标信息的唯一性。其管理、维护、查询输出均使用浏览器方式，在海事局内部网络上的计算机用户均可以网页方式查询航标信息。第46页/共57页三、ECDIS功能和应用 可以按航标所在地区、图号、范围、位置和修改日期等进行多字段查询。 (2)原有航标信息的生成 首先，根据原数据库的图形代码，生成电子海图物标，然后，根据其灯质等其它属性，自动完成属性值的输入。 第47页/共57页三、ECDIS功能和应用 3. 导航与监控信息的录取 多种导航传感器实时连续地接收各种信息，ECDIS能够同计程仪、陀螺罗经、GPS、Loran-C、测深仪和气象仪等设备连接，接收来自这些传感器的信息，

24、并进行综合处理，求得最佳船位、航迹、航向和航速等；能够进行各种陆标定位计算。 在航行中，来自GPS 或 DGPS 的本船船位可连续自动地显示在电子海图上，并连续地显示出航迹，以便与计划航线比较。 第48页/共57页四、使用ECDIS的风险 1 海图数据的误差 电子海图数据主要来源于纸质海图。纸质海图制作或从纸质海图到电子海图的转换过程中都可能存在失误。 大多数纸质海图的水道测深数据及其标示的位置也可能存在误差。 电子海图上显示的船位还决定于电子海图数据本身的精度。 海图信息不能及时更新，也是海图数据的误差的一种表现。 第49页/共57页四、使用ECDIS的风险 2. 船位的准确性 电子海图能够

25、同计程仪、陀螺罗经、GPS、罗兰C、测深仪、气象仪等设备连接，接受来自这些传感器的信息，并进行综合处理，求得最佳船位，并在电子海图上显示。 电子海图系统实现的定位是自动、连续的。 然而任何定位手段都存在误差，在电子海图上显示的船位并不一定是船舶的真实位置，比如GPS的误差都会引起电子海图的误差。 第50页/共57页四、使用ECDIS的风险 3不正确的显示信息 电子海图系统的报警功能比较齐全, 但若使用不当, 不但不能起到提醒和警示的作用, 还会引起驾驶人员的误解或干扰正常的工作。 当船舶驾驶人员无意识的关闭或取消报警却没有采取相应措施时, 也容易造成船舶在“不知不觉”中进入危险状态。 第51页

26、/共57页四、使用ECDIS的风险 4硬件故障与系统的可靠性 电子海图系统在商船上使用时，硬件设备必须适应海上特殊的物理、气候和电磁等环境的要求。然而即使最佳设计和安装的电子海图，系统仍旧存在着比纸质海图多的问题。即使船舶上非常平常的现象，如短时间停电，也会导致系统障碍，甚至瘫痪。此外，支持电子海图系统运行的软件中也可能包含各种未知的或没有发现可能导致严重的后果的错误。 第52页/共57页四、使用ECDIS的风险 5不恰当的系统设置 电子海图系统有多种显示亮度或显示方式。 白天模式与夜间模式, 其底色和显示信息的色彩差别非常大,选择不当可能导致识读错误或困难。 使用漫游( Scan) 方式时,

27、船舶位置可能不在显示界面中,显示界面显示的并不是船舶周围的情况,不能作为船舶是否存在航行危险的依据。 使用首向上或航向向上时,电子海图的显示与纸质海图的显示有着明显的区别,对于习惯使用传统纸质海图的驾驶人员来讲,很容易出现混淆。 第53页/共57页四、使用ECDIS的风险 在电子海图上叠加雷达影像可能带来显示信息过载,减慢电子海图系统的运算速度。 叠加的雷达图像质量比较差,如存在雨雪干扰等,一些小的物标就有可能被忽略。 仅叠加ARPA信息时也有可能造成信息解读的失误,如ARPA跟踪物标丢失或者没能及时捕捉物标,利用电子海图显示避让,有可能因为不能及时发现和跟踪物标而造成碰撞危险。 第54页/共

28、57页四、使用ECDIS的风险 6备用系统 ECDIS 发生故障的情况下，提供备用系统保证剩余航程的安全航行。ECDIS 备用系统的基本功能应包括航线设计，航线监控，显示官方电子海图信息，更新记录航行信息。 备用系统的功能要求如下： 第55页/共57页四、使用ECDIS的风险 另备一套独立的ECDIS，它应该符合IMO性能标准的要求或部分符合IMO性能标准的要求(比如：显示器尺寸略小等)。 使用官方航道数据的光栅电子海图系统(RCDS)。 使用官方航道局的光栅数据或官方航道局的矢量数据的一般电子海图系统(ECS)。 各国航道局发行的最新纸海图，并可用来做航线设计和定位 。第56页/共57页感谢您的观看！第57页/共57页