第一章-電子海圖與電子海圖系統(tǒng)課件

第一章電子海圖與電子海圖系統(tǒng)電子海圖系統(tǒng)理論1第一章電子海圖與電子海圖系統(tǒng)電子海圖系統(tǒng)理論1第一節(jié)電子海圖與標(biāo)準(zhǔn)電子海圖1.1矢量海圖與光柵海圖1.2ENC與RNC2第一節(jié)電子海圖與標(biāo)準(zhǔn)電子海圖1.1矢量海圖與光柵海圖21.1.1矢量海圖VectorChart矢量電子海圖Vectorchart是指以矢量形式（也就是通常所說的圖形方式）表示的數(shù)字海圖。數(shù)字化的海圖信息分類存儲(chǔ)，可以查詢?nèi)我鈭D標(biāo)的細(xì)節(jié)（如燈標(biāo)的位置、顏色、周期等），海圖要素分層顯示，使用者可以根據(jù)需求選擇不同層次的信息量（例如只顯示小于10米的水深），能設(shè)置警戒區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)的自動(dòng)報(bào)警，還可以查詢其他航海信息（如港口設(shè)施、潮汐變化、海流矢量等）。有人把矢量海圖稱為“智能化電子海圖”。31.1.1矢量海圖VectorChart矢量電子海圖Ve1.1.2光柵海圖RasterChart光柵電子海圖是指以柵格形式（也就是通常所說的圖像方式）表示的數(shù)字海圖，國際標(biāo)準(zhǔn)的柵格電子海圖被稱為“RasterNavigationalChart（RNC）”目前世界上主要的RNC產(chǎn)品有：英國海道測量局（UKHO）生產(chǎn)的ARCS和美國國家海洋及大氣管理局（NOAA）生產(chǎn)的RNC。(1)光柵海圖“忠實(shí)地”反映出紙海圖上面所有的信息(如岸線、等高線、水深點(diǎn)、障礙物等)，并且色彩、符號(hào)與傳統(tǒng)紙海圖保持一致。航海人員對(duì)這種海圖很有熟悉感，對(duì)他們進(jìn)行培訓(xùn)較容易，能較快掌握這種系統(tǒng)的使用方法。

(2)具有同紙海圖一樣的精度和可靠性，能完成標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航任務(wù)，而且信息更多。41.1.2光柵海圖RasterChart光柵電子海圖是指(3)光柵海圖的數(shù)字信息文件是一種圖像文件，形成過程簡單、可行。這些信息未經(jīng)分門別類，因此不能對(duì)光柵海圖進(jìn)行查詢式操作(如查詢本船周圍某一個(gè)距離內(nèi)的危險(xiǎn)物情況，本船周圍水深情況等)。(4)當(dāng)加入其他信息時(shí)，圖像變得雜亂無章。

(5)不能任意旋轉(zhuǎn)海圖方向，不能提供自動(dòng)深度報(bào)警。

(6)一般比矢量海圖占用空間大。

1.1.2光柵海圖RasterChart51.1.2光柵海圖RasterChart5光柵海圖VS矢量海圖6光柵海圖VS矢量海圖6光柵海圖和矢量海圖放大比較7光柵海圖和矢量海圖放大比較7第一節(jié)電子海圖與標(biāo)準(zhǔn)電子海圖1.1矢量海圖與光柵海圖1.2ENC與RNC8第一節(jié)電子海圖與標(biāo)準(zhǔn)電子海圖1.1矢量海圖與光柵海圖81.2標(biāo)準(zhǔn)電子海圖隨著電子海圖的發(fā)展，相關(guān)國際組織通過指定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和統(tǒng)一電子海圖的數(shù)據(jù)格式，隨之產(chǎn)生了標(biāo)準(zhǔn)的光柵電子海圖和矢量電子海圖，即光柵掃描航海圖和電子航海圖。91.2標(biāo)準(zhǔn)電子海圖隨著電子海圖的發(fā)展，相關(guān)國際組織通過指定1.2.1光柵航海圖RNCIMOMSC232（82）性能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)RNC的定義為：“光柵航海圖（RNC）系指由政府授權(quán)的航道測量機(jī)構(gòu)發(fā)出或經(jīng)其授權(quán)分發(fā)的紙質(zhì)海圖的復(fù)制品?！盧NC的屬性：（1）由官方紙質(zhì)海圖復(fù)制而成；（2）根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)（S-61）制作；（3）內(nèi)容的保證由發(fā)行數(shù)據(jù)的水道測量局負(fù)責(zé)；（4）根據(jù)數(shù)字化分發(fā)的官方改正數(shù)據(jù)進(jìn)行定期改正。101.2.1光柵航海圖RNCIMOMSC232（82）性1.2.2電子航海圖ENCIMOMSC232（82）性能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)ENC的定義為：“電子航海圖（ENC）系指由政府，或政府授權(quán)的航道測量機(jī)構(gòu)或其他相關(guān)政府機(jī)構(gòu)發(fā)布的與ECDIS一起使用的數(shù)據(jù)庫，其內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和格式都已標(biāo)準(zhǔn)化，并符合IHO標(biāo)準(zhǔn)。ENC包含安全航行所需的所有海圖信息，并可包含紙質(zhì)海圖上沒有但可視為安全航行所需的補(bǔ)充信息（例如航行指南）?！?11.2.2電子航海圖ENCIMOMSC232（82）性1.2.2電子航海圖ENCENC的屬性：（1）ENC為矢量海圖；（2）內(nèi)容基于主管水道測量局的原始數(shù)據(jù)或官方海圖；（3）根據(jù)S-57標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼和編制，根據(jù)S-63標(biāo)準(zhǔn)加密；（4）ENC采用WGS84大地坐標(biāo)系；（5）內(nèi)容的保證由發(fā)行機(jī)構(gòu)的水道測量局負(fù)責(zé)；（6）由主管水道測量局負(fù)責(zé)發(fā)行；（7）根據(jù)數(shù)字化分發(fā)的官方改正數(shù)據(jù)進(jìn)行定期改正。121.2.2電子航海圖ENCENC的屬性：12官方海圖13官方海圖131.2.2電子航海圖ENC非標(biāo)準(zhǔn)電子海圖相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電子海圖（ENC）存在著明顯的缺陷，主要有：（1）不是官方海道測量機(jī)構(gòu)制作的，不能保證數(shù)據(jù)的權(quán)威性。（2）不直接從事海道測量，數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性不能得到保證。（3）通用性較差。在航海領(lǐng)域常用的非標(biāo)準(zhǔn)電子海圖主要有C-Map公司的CM93數(shù)據(jù)、Transas公司的TX97數(shù)據(jù)和美國國家地理空間情報(bào)局（NGA）生產(chǎn)的數(shù)字航海圖（DigitalNauticalChart簡稱DNC）。141.2.2電子航海圖ENC非標(biāo)準(zhǔn)電子海圖相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電子海圖（第二節(jié)電子海圖應(yīng)用系統(tǒng)2.1電子海圖顯示與信息系統(tǒng)2.2系統(tǒng)電子航海圖2.3電子海圖系統(tǒng)2.4光柵海圖顯示系統(tǒng)15第二節(jié)電子海圖應(yīng)用系統(tǒng)2.1電子海圖顯示與信息系統(tǒng)152.1電子海圖顯示與信息系統(tǒng)ECDIS電子海圖顯示和信息系統(tǒng)（ECDIS）系指一種有足夠后備布置，能視為符合經(jīng)修正的1974年SOLAS公約第V/19條和第V/27條要求的最新海圖的航行信息系統(tǒng)，可有選擇地顯示系統(tǒng)電子航海圖（SENC）信息及航行傳感器的位置信息來幫助航海人員計(jì)劃航線和監(jiān)控航線，如有要求，還可顯示其他關(guān)于航行的信息。162.1電子海圖顯示與信息系統(tǒng)ECDIS電子海圖顯示和信息系2.2系統(tǒng)電子航海圖SENC系統(tǒng)電子航海圖（SENC）系指一個(gè)數(shù)據(jù)庫，以制造商內(nèi)部ECDIS格式由整個(gè)ENC內(nèi)容及其各次更新的無損轉(zhuǎn)換而成。該數(shù)據(jù)庫由ECDIS用于顯示生成的海圖和其他導(dǎo)航功能，等同于一張最新的紙質(zhì)海圖。SENC還可包含航海人員增加的信息和其他來源的信息。172.2系統(tǒng)電子航海圖SENC系統(tǒng)電子航海圖（SENC）系指2.2系統(tǒng)電子航海圖SENC電子海圖顯示設(shè)備系統(tǒng)電子海圖SENC電子航海圖ENC改正信息其他信息ECDISECDIS顯示SENC轉(zhuǎn)換182.2系統(tǒng)電子航海圖SENC電子海圖顯示設(shè)備系統(tǒng)電子海圖電2.3電子海圖系統(tǒng)ECS電子海圖系統(tǒng)ECS是一個(gè)航行信息系統(tǒng)，能在屏幕上顯示船位、海圖及其他信息。但是不能全部滿足IMO有關(guān)ECDIS的性能要求，也不能滿足SOLAS公約有關(guān)海圖配備的要求。ECS也是一種船用電子海圖系統(tǒng)，但是它不必符合IMO、IHO和IEC的有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，主要用于小型船舶導(dǎo)航。ECS的基本功能與ECDIS類似，但在硬件和軟件方面可根據(jù)用戶的需要靈活設(shè)計(jì)。ECS不能替代紙質(zhì)海圖。換言之，配備ECS系統(tǒng)的船舶，必須配備足夠的紙質(zhì)海圖。192.3電子海圖系統(tǒng)ECS電子海圖系統(tǒng)ECS是一個(gè)航行信息系ECDIS與ECS的比較20ECDIS與ECS的比較202.4光柵海圖顯示系統(tǒng)光柵海圖顯示系統(tǒng)RCDS是一種航行信息系統(tǒng)，可顯示航行傳感器提供的位置信息來幫助用戶計(jì)劃航線和監(jiān)控航線，也可顯示其他相關(guān)航行信息。“系統(tǒng)光柵航海圖數(shù)據(jù)庫（SRNC）系指RCDS轉(zhuǎn)換RNC以通過適當(dāng)方式對(duì)RNC進(jìn)行更新而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫?！?12.4光柵海圖顯示系統(tǒng)光柵海圖顯示系統(tǒng)RCDS是一種航行信第三節(jié)電子海圖系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)22第三節(jié)電子海圖系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)22一、ECDIS相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)1.IMO制定的公約規(guī)范2.IHO制定的公約規(guī)范IHOS-52、S-57、S-633.IEC制定的公約規(guī)范23一、ECDIS相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)1.IMO制定的公約規(guī)范231.IMOECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)在2009年1月1日或以后安裝的ECDIS設(shè)備，符合不低于MSC.232(82)所規(guī)定的性能標(biāo)準(zhǔn)；在1996年1月1日或以后但于2009年1月1日以前安裝的ECDIS設(shè)備，符合不低于經(jīng)MSC.64(67)決議和MSC.86(70)決議修正的A.817(19)決議附件所規(guī)定的性能標(biāo)準(zhǔn)。IMOECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)給出了ECDIS的定義，規(guī)定了信息顯示、海圖改正、航線設(shè)計(jì)、航路監(jiān)視、航行記錄等性能要求。該標(biāo)準(zhǔn)有7個(gè)附件。241.IMOECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)在2009年1月1日或以后安2.IHO關(guān)于ECDIS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)2.2.1S-52《電子海圖顯示與信息系統(tǒng)海圖內(nèi)容與顯示規(guī)范》2.2.2S-57《IHO數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》2.2.3S-63《IHO數(shù)據(jù)保護(hù)方案》2.2.4IHO制定的其他標(biāo)準(zhǔn)252.IHO關(guān)于ECDIS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)2.2.1S-52《電子2.1S-52《電子海圖顯示與信息系統(tǒng)海圖內(nèi)容與顯示規(guī)范》該標(biāo)準(zhǔn)源的草案由IHO1986年成立的ECDIS委員會(huì)（COE）開發(fā)，1988年4月正式形成第1版，以IHO第52號(hào)特殊出版物的方式出版，簡稱S-52。此后歷經(jīng)多次修改，目前是2010年3月出版的第6版。IHOS-52規(guī)定了電子航海圖的內(nèi)容和ECDIS顯示方面的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了ECDIS顯示ENC信息時(shí)的方式，包括顏色、符號(hào)樣式、線型等一系列問題。262.1S-52《電子海圖顯示與信息系統(tǒng)海圖內(nèi)容與顯示規(guī)范》2.2S-57《IHO數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》IHOS-57是IHO關(guān)于數(shù)字化水道測量數(shù)據(jù)即電子海圖數(shù)據(jù)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)描述了用于各國航道部門之間的數(shù)字化海道測量數(shù)據(jù)的交換以及向航海人員、ECDIS的生產(chǎn)商發(fā)布這類數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。它包括三章：一般性介紹、理論數(shù)據(jù)模型(海圖信息描述的理論模型)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(電子航海圖的數(shù)據(jù)格式S-57)，以及兩個(gè)附件：IHO物標(biāo)目錄(物標(biāo)分類和編碼系統(tǒng))、ENC產(chǎn)品規(guī)范(電子航海圖產(chǎn)品規(guī)范、IHO物標(biāo)目錄數(shù)據(jù)字典產(chǎn)品規(guī)范)。該標(biāo)準(zhǔn)是具有法律效力的矢量形式的電子航海圖的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行版Edition3.1-November2000272.2S-57《IHO數(shù)字海道測量數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》IHOS2.3S-63《IHO數(shù)據(jù)保護(hù)方案》該標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范電子海圖數(shù)據(jù)的分發(fā)與服務(wù)，包括防盜版、防偽造、選擇性存取、數(shù)據(jù)制作者一致性和原型設(shè)備制造商一致性等條款，是安全結(jié)構(gòu)與操作規(guī)程的推薦性標(biāo)準(zhǔn)，使用對(duì)象為數(shù)據(jù)生產(chǎn)者（海道測量部門）、ECDIS/ECS設(shè)備制造商和最終用戶?，F(xiàn)行版Edition1.1.1–April2012282.3S-63《IHO數(shù)據(jù)保護(hù)方案》該標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范電子2.4IHO制定的其他標(biāo)準(zhǔn)（1）S-61《光柵航海圖產(chǎn)品規(guī)范》（ProductSpecificationsforRasterNavigationalCharts）：是RNC制作的主要標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行版為1999年1月第1版。292.4IHO制定的其他標(biāo)準(zhǔn)（1）S-61《光柵航海圖產(chǎn)品規(guī)3.IEC制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范IEC61174《電子海圖顯示及信息系統(tǒng)操作與性能需求、測試方法和應(yīng)達(dá)到的測試結(jié)果》它是相對(duì)于ECDIS測試的操作方式和所需測試結(jié)果進(jìn)行認(rèn)證的基礎(chǔ)。因此，海上安全監(jiān)督部門把它作為符合IMO標(biāo)準(zhǔn)ECDIS的認(rèn)證基礎(chǔ)。符合該標(biāo)準(zhǔn)的ECDIS得到型式認(rèn)可（Type-Approved），從而合法的成為船用設(shè)備。303.IEC制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范IEC61174《電子海圖顯示及4.ECDIS相關(guān)三大國際組織的關(guān)系圖314.ECDIS相關(guān)三大國際組織的關(guān)系圖31二、我國相關(guān)規(guī)定《國內(nèi)航行船舶船載電子海圖系統(tǒng)（ECS）功能、性能和測試要求（暫行）》。本要求規(guī)定了ECS的最低性能標(biāo)準(zhǔn)和測試要求。ECS可作為中國國內(nèi)航行船舶的主要導(dǎo)航手段。當(dāng)ECS作為主要的導(dǎo)航手段時(shí)，為確保ECS失效時(shí)的航行安全,船舶應(yīng)有足夠的后備布置?！癆”類ECS,可作為國內(nèi)航行船舶的主要導(dǎo)航手段，也可作為ECDIS設(shè)備的備用裝置，但需符合MSC.232(82)附錄6和IEC61174?！癇”類ECS，可用于未要求配備“A”類ECS的國內(nèi)航行船舶，并可作為其主要的導(dǎo)航手段?！癈”類ECS，適用于輔助導(dǎo)航，用于船位標(biāo)繪和監(jiān)視。32二、我國相關(guān)規(guī)定《國內(nèi)航行船舶船載電子海圖系統(tǒng)（ECS）功能33331.系統(tǒng)硬件組成2.系統(tǒng)軟件組成3.ECDIS替代紙質(zhì)海圖的條件第四節(jié)電子海圖顯示與信息系統(tǒng)341.系統(tǒng)硬件組成第四節(jié)電子海圖顯示與信息系統(tǒng)34第四節(jié)電子海圖顯示與信息系統(tǒng)35第四節(jié)電子海圖顯示與信息系統(tǒng)35ECDIS的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)組成36ECDIS的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)組成361.硬件部分ECDIS實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高性能的內(nèi)、外部接口符合S52標(biāo)準(zhǔn)要求的船用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)的中心是高速中央處理器和大容量的內(nèi)部和外部存儲(chǔ)器。外部存儲(chǔ)器的容量應(yīng)保證能夠容納整個(gè)ENC、ENC改正數(shù)據(jù)和SENC。中央處理器、內(nèi)存和顯存容量應(yīng)保證顯示一幅電子海圖所需時(shí)間不超過5秒。內(nèi)部接口應(yīng)包括圖形卡、語音卡、硬盤和光盤控制卡等。以光盤或軟盤為載體的ENC及其改正數(shù)據(jù)，以及用于測試ECDIS性能的測試數(shù)據(jù)集可通過內(nèi)部接口直接錄入硬盤，船舶駕駛員在電子海圖上所進(jìn)行的一些手工標(biāo)繪、注記，以及電子海圖的手工改正數(shù)據(jù)的輸入等可通過鍵盤和游標(biāo)實(shí)現(xiàn)。同喇叭相連接的語音卡，以實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警。371.硬件部分ECDIS實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高性能的內(nèi)、外部接口符圖形顯示器用于顯示電子海圖，其尺寸、顏色和分辯率應(yīng)符合IHOS-52的最低要求，即有效畫面最小尺寸應(yīng)為350x270mm，不少于64種顏色，像素尺寸小于0.3mm。在進(jìn)行航路監(jiān)視時(shí)顯示海圖的有效尺寸至少應(yīng)為270mmx270mm（IMOECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)的要求）。文本顯示器用于顯示航行警告、航路指南、航標(biāo)表等航海咨詢信息，其尺寸應(yīng)不小于14寸，支持24x80字符顯示。1.1硬件部分38圖形顯示器用于顯示電子海圖，其尺寸、顏色和分辯率應(yīng)符合IHO傳感器的種類船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、TrackPilot航跡舵、AMWSS駕駛臺(tái)值班系統(tǒng)、GPS、風(fēng)速儀、測深儀、計(jì)程儀、電羅經(jīng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、水溫指示器、報(bào)警器等。39傳感器的種類船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、TrackPilot航跡舵、1.系統(tǒng)硬件組成2.系統(tǒng)軟件組成3.ECDIS替代紙質(zhì)海圖的條件第四節(jié)電子海圖顯示與信息系統(tǒng)401.系統(tǒng)硬件組成第四節(jié)電子海圖顯示與信息系統(tǒng)402.軟件部分海圖信息處理軟件：由ENC向SENC轉(zhuǎn)換的軟件、電子海圖自動(dòng)和手工改正軟件、海圖符號(hào)庫的管理軟件、航海咨詢信息的管理軟件、電子海圖庫的管理軟件、海圖要素分類及編碼系統(tǒng)的管理軟件、用戶數(shù)據(jù)的管理軟件等。電子海圖顯示系統(tǒng)軟件：電子海圖合成軟件（給定顯示區(qū)域、比例尺和投影方式，搜索合適的海圖數(shù)據(jù)，并進(jìn)行投影和裁剪計(jì)算，生成圖形文件）、電子海圖顯示軟件（根據(jù)圖形文件調(diào)用符號(hào)庫，在屏幕上繪制海圖）、電子海圖上要素的搜索軟件、航海咨詢信息的顯示軟件等。計(jì)劃航線設(shè)計(jì)軟件:在電子海圖上手工繪制和修改計(jì)劃航線、計(jì)劃航線可行性檢查、經(jīng)驗(yàn)（推薦）航線庫的管理、航行計(jì)劃列表的生成（每個(gè)航行段的距離、航速、航向、航行時(shí)間等）。412.軟件部分海圖信息處理軟件：由ENC向SENC轉(zhuǎn)換的軟件2.軟件部分傳感器接口軟件：與GPS、LORAN-C、羅經(jīng)、計(jì)程儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、測深儀、AIS、雷達(dá)/ARPA、衛(wèi)星船站、自動(dòng)舵等設(shè)備的接口軟件，以及從這些傳感器所讀取的信息的調(diào)度和綜合處理軟件。航路監(jiān)視軟件：計(jì)算船舶偏離計(jì)劃航線的距離、檢測航行前方的危險(xiǎn)物和淺水域、危險(xiǎn)指示和報(bào)警等。航行記錄軟件：記錄船舶航行過程中所使用的海圖的詳細(xì)信息以及航行