第一章-电子海图与电子海图系统课件

第一章第一章 电子海图与电子海图系统电子海图与电子海图系统电子海图系统理论1第一章 电子海图与电子海图系统电子海图系统理论1第一节 电子海图与标准电子海图1.1 矢量海图与光栅海图1.2 ENC与RNC 2第一节 电子海图与标准电子海图1.1 矢量海图与光栅海图21.1.1 矢量海图Vector Chart矢量电子海图Vector chart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。l数字化的海图信息分类存储，l可以查询任意图标的细节（如灯标的位置、颜色、周期等），l海图要素分层显示，使用者可以根据需求选择不同层次的信息量（例如只显示小于10米 的水深），l能设置警戒区、危险区的自动报警，还可以查询其他航海信息（如港口设施、潮汐变化、海流矢量等）。有人把矢量海图称为“智能化电子海图”。31.1.1 矢量海图Vector Chart矢量电子海图Ve1.1.2 光栅海图Raster Chart光栅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“RasterNavigationalChart（RNC）”目前世界上主要的RNC产品有：英国海道测量局（UKHO）生产的ARCS和美国国家海洋及大气管理局（NOAA）生产的RNC。l(1)光栅海图“忠实地”反映出纸海图上面所有的信息(如岸线、等高线、水深点、障碍物等)，并且色彩、符号与传统纸海图保持一致。航海人员对这种海图很有熟悉感，对他们进行培训较容易，能较快掌握这种系统的使用方法。(2)具有同纸海图一样的精度和可靠性，能完成标准导航任务，而且信息更多。41.1.2 光栅海图Raster Chart光栅电子海图是指(3)光栅海图的数字信息文件是一种图像文件，形成过程简单、可行。这些信息未经分门别类，因此不能对光栅海图进行查询式操作(如查询本船周围某一个距离内的危险物情况，本船周围水深情况等)。(4)当加入其他信息时，图像变得杂乱无章。(5)不能任意旋转海图方向，不能提供自动深度报警。(6)一般比矢量海图占用空间大。1.1.2 光栅海图Raster Chart51.1.2 光栅海图Raster Chart5光栅海图VS矢量海图6光栅海图VS矢量海图6光栅海图和矢量海图放大比较7光栅海图和矢量海图放大比较7第一节 电子海图与标准电子海图1.1 矢量海图与光栅海图1.2 ENC与RNC 8第一节 电子海图与标准电子海图1.1 矢量海图与光栅海图81.2 标准电子海图随着电子海图的发展，相关国际组织通过指定标准规范和统一电子海图的数据格式，随之产生了标准的光栅电子海图和矢量电子海图，即光栅扫描航海图和电子航海图。91.2 标准电子海图随着电子海图的发展，相关国际组织通过指定1.2.1 光栅航海图RNCIMO MSC 232（82）性能标准对RNC的定义为：“光栅航海图（RNC）系指由政府授权的航道测量机构发出或经其授权分发的纸质海图的复制品。”RNC的属性：l（1）由官方纸质海图复制而成；l（2）根据国际标准（S-61）制作；l（3）内容的保证由发行数据的水道测量局负责；l（4）根据数字化分发的官方改正数据进行定期改正。101.2.1 光栅航海图RNCIMO MSC 232（82）性1.2.2 电子航海图ENCIMO MSC 232（82）性能标准对ENC的定义为：“电子航海图（ENC）系指由政府，或政府授权的航道测量机构或其他相关政府机构发布的与ECDIS一起使用的数据库，其内容、结构和格式都已标准化，并符合IHO标准。ENC包含安全航行所需的所有海图信息，并可包含纸质海图上没有但可视为安全航行所需的补充信息（例如航行指南）。”111.2.2 电子航海图ENCIMO MSC 232（82）性1.2.2 电子航海图ENCENC的属性：l（1）ENC为矢量海图；l（2）内容基于主管水道测量局的原始数据或官方海图；l（3）根据S-57标准进行编码和编制，根据S-63标准加密；l（4）ENC采用WGS84大地坐标系；l（5）内容的保证由发行机构的水道测量局负责；l（6）由主管水道测量局负责发行；l（7）根据数字化分发的官方改正数据进行定期改正。121.2.2 电子航海图ENCENC的属性：12官方海图13官方海图131.2.2 电子航海图ENC非标准电子海图相对标准电子海图（ENC）存在着明显的缺陷，主要有：l（1）不是官方海道测量机构制作的，不能保证数据的权威性。l（2）不直接从事海道测量，数据的现势性不能得到保证。l（3）通用性较差。在航海领域常用的非标准电子海图主要有 C-Map 公司的 CM93 数据、Transas公司的 TX97 数据和美国国家地理空间情报局（NGA）生产的数字航海图（Digital Nautical Chart 简称 DNC）。141.2.2 电子航海图ENC非标准电子海图相对标准电子海图（第二节 电子海图应用系统2.1 电子海图显示与信息系统2.2 系统电子航海图2.3 电子海图系统2.4 光栅海图显示系统15第二节 电子海图应用系统2.1 电子海图显示与信息系统152.1 电子海图显示与信息系统ECDIS电子海图显示和信息系统（ECDIS）系指一种有足够后备布置，能视为符合经修正的1974年SOLAS公约第V/19条和第V/27条要求的最新海图的航行信息系统，可有选择地显示系统电子航海图（SENC）信息及航行传感器的位置信息来帮助航海人员计划航线和监控航线，如有要求，还可显示其他关于航行的信息。162.1 电子海图显示与信息系统ECDIS电子海图显示和信息系2.2 系统电子航海图SENC系统电子航海图（系统电子航海图（SENC）系指一个数据）系指一个数据库，以制造商内部库，以制造商内部ECDIS格式由整个格式由整个ENC内容及其各次更新的无损转换而成。内容及其各次更新的无损转换而成。该数据库由该数据库由ECDIS用于显示生成的海图用于显示生成的海图和其他导航功能，等同于一张最新的纸质和其他导航功能，等同于一张最新的纸质海图。海图。SENC还可包含航海人员增加的信还可包含航海人员增加的信息和其他来源的信息。息和其他来源的信息。172.2 系统电子航海图SENC系统电子航海图（SENC）系指2.2 系统电子航海图SENC电子海图显示设备系统电子海图SENC电子航海图ENC改正信息其他信息ECDISECDIS显示SENC转换182.2 系统电子航海图SENC电子海图显示设备系统电子海图电2.3 电子海图系统ECS电子海图系统ECS是一个航行信息系统，能在屏幕上显示船位、海图及其他信息。但是不能全部满足IMO有关ECDIS的性能要求，也不能满足SOLAS公约有关海图配备的要求。ECS也是一种船用电子海图系统，但是它不必符合 IMO、IHO 和 IEC 的有关国际标准，主要用于小型船舶导航。ECS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。ECS不能替代纸质海图。换言之，配备ECS系统的船舶，必须配备足够的纸质海图。192.3 电子海图系统ECS电子海图系统ECS是一个航行信息系ECDIS与ECS的比较 20ECDIS与ECS的比较 202.4 光栅海图显示系统光栅海图显示系统RCDS是一种航行信息系统，可显示航行传感器提供的位置信息来帮助用户计划航线和监控航线，也可显示其他相关航行信息。“系统光栅航海图数据库（SRNC）系指RCDS转换RNC以通过适当方式对RNC进行更新而产生的数据库。”212.4 光栅海图显示系统光栅海图显示系统RCDS是一种航行信第三节第三节 电子海图系统相关标准电子海图系统相关标准22第三节 电子海图系统相关标准22一、ECDIS相关国际标准 1.IMO制定的公约规范2.IHO制定的公约规范 IHO S-52、S-57、S-633.IEC制定的公约规范23一、ECDIS相关国际标准 1.IMO制定的公约规范231.IMO ECDIS性能标准在2009年1月1日或以后安装的ECDIS设备，符合不低于MSC.232(82)所规定的性能标准；在1996年1月1日或以后但于2009年1月1日以前安装的ECDIS设备，符合不低于经MSC.64(67)决议和MSC.86(70)决议修正的A.817(19)决议附件所规定的性能标准。IMO ECDIS性能标准给出了ECDIS的定义，规定了信息显示、海图改正、航线设计、航路监视、航行记录等性能要求。该标准有7个附件。241.IMO ECDIS性能标准在2009年1月1日或以后安2.IHO关于ECDIS的相关标准2.2.1 S-52电子海图显示与信息系统海图内容与显示规范2.2.2 S-57IHO数字海道测量数据传输标准2.2.3 S-63IHO 数据保护方案 2.2.4 IHO制定的其他标准252.IHO关于ECDIS的相关标准2.2.1 S-52电子2.1 S-52电子海图显示与信息系统海图内容与显示规范该标准源的草案由IHO1986年成立的ECDIS委员会（COE）开发，1988年4月正式形成第1版，以IHO第52号特殊出版物的方式出版，简称S-52。此后历经多次修改，目前是2010年3月出版的第6版。IHO S-52规定了电子航海图的内容和ECDIS显示方面的标准。该标准规范了ECDIS显示ENC信息时的方式，包括颜色、颜色、符号样式、线型符号样式、线型等一系列问题。262.1 S-52电子海图显示与信息系统海图内容与显示规范2.2 S-57IHO数字海道测量数据传输标准IHO S-57是IHO关于数字化水道测量数据即电子海图数据的传输标准，该标准描述了用于各国航道部门之间的数字化海道测量数据的交换以及向航海人员、ECDIS的生产商发布这类数据的标准。它包括三章：一般性介绍、理论数据模型(海图信息描述的理论模型)、数据结构(电子航海图的数据格式S-57)，以及两个附件：IHO物标目录(物标分类和编码系统)、ENC产品规范(电子航海图产品规范、IHO物标目录数据字典产品规范)。该标准是具有法律效力的矢量形式的电子航海图的数据传输标准。现行版Edition 3.1-November 2000272.2 S-57IHO数字海道测量数据传输标准IHO S2.3 S-63IHO 数据保护方案 该标准用于规范电子海图数据的分发与服务，包括防盗版、防伪造、选择性存取、数据制作者一致性和原型设备制造商一致性等条款，是安全结构与操作规程的推荐性标准，使用对象为数据生产者（海道测量部门）、ECDIS/ECS设备制造商和最终用户。现行版 Edition 1.1.1 April 2012282.3 S-63IHO 数据保护方案 该标准用于规范电子2.4 IHO制定的其他标准（1）S-61光栅航海图产品规范（Product Specifications for Raster Navigational Charts）：是RNC制作的主要标准，现行版为1999年1月第1版。292.4 IHO制定的其他标准（1）S-61光栅航海图产品规3.IEC制定的标准规范IEC 61174电子海图显示及信息系统操作与性能需求、测试方法和应达到的测试结果l它是相对于ECDIS测试的操作方式和所需测试结果进行认证的基础。因此，海上安全监督部门把它作为符合IMO标准ECDIS的认证基础。l符合该标准的ECDIS得到型式认可（Type-Approved），从而合法的成为船用设备。303.IEC制定的标准规范IEC 61174电子海图显示及4.ECDIS相关三大国际组织的关系图314.ECDIS相关三大国际组织的关系图31二、我国相关规定国内航行船舶船载电子海图系统（ECS）功能、性能和测试要求（暂行）。l本要求规定了ECS的最低性能标准和测试要求。ECS可作为中国国内航行船舶的主要导航手段。当ECS作为主要的导航手段时，为确保ECS失效时的航行安全,船舶应有足够的后备布置。l“A”类 ECS,可作为国内航行船舶的主要导航手段，也可作为 ECDIS 设备的备用装置，但需符合 MSC.232(82)附录 6 和 IEC 61174。l“B”类 ECS，可用于未要求配备“A”类 ECS 的国内航行船舶，并可作为其主要的导航手段。l“C”类 ECS，适用于辅助导航，用于船位标绘和监视。32二、我国相关规定国内航行船舶船载电子海图系统（ECS）功能33331.系统硬件组成2.系统软件组成3.ECDIS替代纸质海图的条件第四节 电子海图显示与信息系统341.系统硬件组成第四节 电子海图显示与信息系统34第四节 电子海图显示与信息系统35第四节 电子海图显示与信息系统35ECDIS的系统组成结构组成36ECDIS的系统组成结构组成361.硬件部分ECDIS实质上是一个具有高性能的内、外部接口符合S52标准要求的船用计算机系统。系统的中心是高速中央处理器和大容量的内部和外部存储器。外部存储器的容量应保证能够容纳整个ENC、ENC改正数据和SENC。中央处理器、内存和显存容量应保证显示一幅电子海图所需时间不超过5秒。内部接口应包括图形卡、语音卡、硬盘和光盘控制卡等。以光盘或软盘为载体的ENC及其改正数据，以及用于测试ECDIS性能的测试数据集可通过内部接口直接录入硬盘，船舶驾驶员在电子海图上所进行的一些手工标绘、注记，以及电子海图的手工改正数据的输入等可通过键盘和游标实现。同喇叭相连接的语音卡，以实现语音报警。371.硬件部分ECDIS实质上是一个具有高性能的内、外部接口符l图形显示器用于显示电子海图，其尺寸、颜色和分辩率应符合IHO S-52的最低要求，即有效画面最小尺寸应为350 x270mm，不少于64种颜色，像素尺寸小于0.3mm。在进行航路监视时显示海图的有效尺寸至少应为270mmx270mm（IMO ECDIS 性能标准的要求）。文本显示器用于显示航行警告、航路指南、航标表等航海咨询信息，其尺寸应不小于14寸，支持24x80字符显示。1.1 硬件部分38图形显示器用于显示电子海图，其尺寸、颜色和分辩率应符合IHO传感器的种类船舶自动识别系统、Track Pilot航迹舵、AMWSS驾驶台值班系统、GPS、风速仪、测深仪、计程仪、电罗经、发动机控制系统、水温指示器、报警器等。39传感器的种类船舶自动识别系统、Track Pilot航迹舵、1.系统硬件组成2.系统软件组成3.ECDIS替代纸质海图的条件第四节 电子海图显示与信息系统401.系统硬件组成第四节 电子海图显示与信息系统402.软件部分海图信息处理软件：由ENC向SENC转换的软件、电子海图自动和手工改正软件、海图符号库的管理软件、航海咨询信息的管理软件、电子海图库的管理软件、海图要素分类及编码系统的管理软件、用户数据的管理软件等。电子海图显示系统软件：电子海图合成软件（给定显示区域、比例尺和投影方式，搜索合适的海图数据，并进行投影和裁剪计算，生成图形文件）、电子海图显示软件（根据图形文件调用符号库，在屏幕上绘制海图）、电子海图上要素的搜索软件、航海咨询信息的显示软件等。计划航线设计软件:在电子海图上手工绘制和修改计划航线、计划航线可行性检查、经验（推荐）航线库的管理、航行计划列表的生成（每个航行段的距离、航速、航向、航行时间等）。412.软件部分海图信息处理软件：由ENC向SENC转换的软件2.软件部分n传感器接口软件：与GPS、LORAN-C、罗经、计程仪、风速风向仪、测深仪、AIS、雷达/ARPA、卫星船站、自动舵等设备的接口软件，以及从这些传感器所读取的信息的调度和综合处理软件。n航路监视软件：计算船舶偏离计划航线的距离、检测航行前方的危险物和浅水域、危险指示和报警等。n航行记录软件：记录船舶航行过程中所使用的海图的详细信息以及航行要素，实现类似“黑匣子”的功能。n航海问题的求解软件：船位推算、恒向线和大圆航法计算、距离和方位计算、陆标定位计算、大地问题正反解计算、不同大地坐标系之间的换算、船舶避碰要素（CPA、TCPA）计算等422.软件部分传感器接口软件：与GPS、LORAN-C、罗经1.系统硬件组成2.系统软件组成3.ECDIS替代纸质海图的条件第四节 电子海图显示与信息系统431.系统硬件组成第四节 电子海图显示与信息系统433.电子海图取代纸质海图的条件如果ECDIS满足以下条件，可认为符合SOLAS公约第V章海图配备方面相关要求，即可取代传统纸质海图：（1）ECDIS需符合IEC61174标准，并通过有关机构的类型认可；（2）ECDIS需使用改正至最新的官方ENC；（3）配备适当的备用装置。443.电子海图取代纸质海图的条件如果ECDIS满足以下条件，可第四章第六节第四章第六节 备用装备用装置置 ECDIS性能标准要求，船舶应提供适当的、独立于ECDIS的备用装置，其性能可以低于ECDIS，但能够进行基本的海图显示、航线设计、航线监控、航行记录、本船状态显示和所有的航行报警。1.另外一部使用独立电源和独立的GPS位置传感器的ECDIS2.满足整个航次所需的改正到最新的最新版纸质海图3.另外一部使用RCDS模式的ECDIS4.一部基于雷达的、符合IMO“海图-雷达”性能标准的“海图-雷达”系统怎样才能具备ECDIS的“足够有效”的备份装置，最终由各国海事局来决定。45第四章第六节 备用装置 ECDIS性能标准要求，船关于香港旗船舶ECDIS时的备用装置要求46关于香港旗船舶ECDIS时的备用装置要求46