论电子海图在现代航海中的应用毕业论文.doc

毕业论文

课 题 论电子海图在现代航海中的应用

学生姓名 学 号

专 业 国际航运业务管理 班 级

院（系） 经济管理学院

指导教师 职 称

二○ 年 月 日

摘 要

海图在人类航海过程中有着非常重要的作用，它是人类展开航海的重要辅助工具。传统的纸质海图实现位置、图线、路线设计等功能。电子海图相比于纸质海图不伦在功能形式上都发生了巨大的变化，本篇文章通过对电子海图在航海中的研究，来认识电子海图它的发展，熟识电子海图的组成和原理，了解电子海图的要求、功能、现状等，来认识电子海图在航海过程中的使用状况，领会全球电子海图的发展状态，假设以后电子海图的发扬趋势。本篇文章介绍电子海图的相关术语,电子图表的相关标准,及重要组成部分和分类。电子海图产生的基本原理,和电子海图的未来发展趋势。令人了解电子海图体系不但是纸质海图的衍生品，而且是航海过程中一项不可缺少的新技术，它逐步变成船舶驾驶里的中枢导航设备。

关键词:航海，发展，电子海图，应用

ABSTRACT

The chart has a very important role in human navigation process, it is an important auxiliary tool of human expansion of sailing. The traditional paper chart to realize position, graph line, route design and other functions. Electronic chart compared to the paper chart not in the functional form has undergone tremendous changes, this article based on the research in navigation electronic chart, to understand its development of electronic chart, familiar with the composition and principle of electronic chart, understanding of electronic chart, function requirements, the status etc, to understand the usage condition of electronic the chart in the navigation process, understand the development state of global electronic chart, electronic chart develop trend hypothesis. Terminology Relating to this article introduces the related standards of electronic chart, electronic chart, and an important part and classification. The basic principle of electronic chart generated, the future development trend and the electronic chart. An understanding of electronic chart system is not only the paper chart derivatives, and is a new technology of indispensable navigation process, it has gradually become a central driving in navigation equipment.
关键词：航海，发展，电子海图，应用

Keywords:navigation, development, electronic chart, application

目 录
摘 要……………………………………………………………………………………………I
ABSTRACT…………………………………………………………………………………1
第一章 电子海图的发展历史…………………………………………………… 2
1.1电子海图……………………………………………………………………………… 2
1.1.1电子海图应用系统…………………………………………………………3
第二章 电子海图的分类及功能…………………………………………………3
2.1栅格电子海图…………………………………………………………………………3
2.2矢景电子海图…………………………………………………………………………4
2. 2.1非标准电子海图…………………………………………………………………4
2.2.2标准电子海图……………………………………………………………………5
2.3系统功能………………………………………………………………………………6
第三章 电子海图在航海中的应用………………………………………………7
第四章 电子海图的集成化…………………………………………………………8
4.1与雷达、AIS、GMDSS集成 ………………………………………………8
4.2海图的改正 …………………………………………………………………………8
4.3坐标系的转换…………………………………………………………………………9
4.4 其他先进技术 ………………………………………………………………………9
第五章 结论与展望……………………………………………………………………10
参考文献……………………………………………………………………………………11
致 谢………………………………………………………………………………12

第一章 电子海图的发展历史

电子海图发展的历史要从上世纪60年代末说起，当时电子海图使用的系统雏形是1967年比利时人发明的定位装置和海图描绘相配的MANAV。[1] 在70年代中期日本有数个厂家生产ECS。1979年，加拿大的OSL（离岸系统有限公司）推出的第一个商业产品（高精度导航系统的精确导航系统），装在辅助船上。此时的技术也仅仅把海图视频化，叠加高精度定位仪采集的船位和其他航海参数。几年后，这个高科技的产品有很大的发展，巨大的吸引力，但产品是不受法律保护。有关电子海图的相关标准产生，现代化电子海图也慢慢出现了。

1.1电子海图Electronic Chart，EC

用电子计算机可以识别，处理和附着于一定的载体，与数字信息表示，为了描述的区域地理要素和导航元素为主要的海图。

1.1.1电子海图的应用系统 Electronic Chart Application System．ECAS

利用电子海图航海的应用体系，是其它利用电子海图系统工作的总称。当没有配备电子海图，简称电子海图的设备。

第二章 电子海图的分类及功能

电子海图可以利用电子计算机的识别，处理和连接到一个载体，在数字信息上表示，并描述地理因素和主要的海上导航元素。可见，电子海图不仅是指电子海图显示与信息系统，而且有电子海图数据的含义。只不过在使用过程中使它的含义扩大化了。电子海图数据是描绘航海信息与海域地理信息的数字化产物，它是数字海图的一类。其内容元素的海域主要与海底地形（水深），障碍航行，导航标记，港口设施，潮汐，洋流等因素的影响。陆上偏重表现沿海的航行方向与重点的地貌:通过官方的水文机构和各民族权利机构发表一般的电子海图数据。电子海图分为矢量电子海图和栅格电子海图。

2.1栅 格 电 子 海 图Raster Navigational Chart (RNC)

栅格电子海图以栅格形式表现的数字海图，它必须符合IHO《栅格航海图产品规范》（S一61）里的要求。栅格电子海图是从纸质海图里经过扫描得到的。它的特点有：
（一）只是一种图像文件，制作工艺简单、成奉低廉。可以用精度稍高的扫描仪直接进行产品生成。
（二）在数据文件中像素与像素之间并没有任何的关联，只是纸质海图的翻版。因此，在实际使用时，基于栅格电子海图的应用系统只是将海图显示在屏幕上，而不能实现一智能化的功能。
（三）对计算机软、硬件性能的要求不高，开发技术比较简单，产品价格相应较低。
（四）不可加入其他信息，否则图像变得杂乱无章。
（五）实际的应用当中，栅格电子海图有诸多不便，因此，它只在没有矢景电子海图的海域里作辅助应用。
当今世界上大多数的栅格电子海图产品都是英国海道测量局(UKHO)生产的ARCS和美国国家海洋及大气管理局(NOAA)生产的RNC

2.2矢量电子海图
矢量电子海图是指以矢量方式表现的数字海图。在矢量电子海图里，通过点、线、和其他几何元素描绘出的海域位置信息，同时每个几何元素又具有一定的特征性质，用它来反映海域真实状态。矢量电子海图有以下特点：
（一）海图上每个点矢量化，于是矢量海图制作非常复杂。制作这种海图消耗较大，一般来说，这种海图的价格比较昂贵。
（二）通过矢量化得到海图数据，于是这些数据要储存在数据库当中，也可以对它们查询操作。
（三）由于矢量化要求，要很高性能的软件系统支持。
（四）保存最小、打开速度快、准确度高、可以支持几种智能功能。
（五）在实际应用中，占主导地位的是矢量电子海图导航，电子海图数据是未来发展方向的代表。
依照标准化水平的差别。矢量电子海图分成非标准电子海图和标准电子海图两种。
2.2.1非标准电子海图
不符合IHO相关标准的电子海图就是非标准电子海图。由于不受国家限制,在世界上有一些著名的公司研究出自己公司的电子海图数据格式,这些电子海图也是非标准的电子海图。主要有C-Map公司的CM93格式。美国国家地理空间情报局的DNC，也是非标准电子海图。其生产部门NGA属于美国官方的海道测最机构．但是DNC只在北约军事舰艇等特定领域使用。DNC不如CM93、TX97应用广泛，但由于美国在世界海道测最界具有重要的影响，因此DNC也得到了多个电子海图应用系统的支持。这些非标准的电子海图也用专业技术和专业软件制作。非标准的电子海图产品覆盖的水域范围广，并且由于是同一家公司或组织制作，在数据一致性方而也不存在问题。所以，在某些领域，如军事、空间测量等，非标准电子海图有一定的市场。但是非标准电子海图存在一些需要使用者高度注意的缺陷:[2]
（一）由于并不是官方的海事测量机构的数据,权威性得不到担保。
（二） 由于不直接从事测绘，没有第一手的信息，不能保证数据更新。
（三） 虽也得到一些应用系统的支持。但和标准电子海图相比．通用性较差。
（四）有些信息涉及军事秘密和国家安全，数据的完整性不能得到保证。

2.2.2标准电子海图 Electronic Navigational Chart(ENC)
符合IHO相关标准的电子海图就是标准电子海图。因为ENC符合国际标准它又是各国官方海事测量机构制作，所以它是标准化程度最高、最具有权威性的电子海图数据类型，它有如下特点与优势：[2]
(1) 必须是各个国家官方海事测量机构制作。IHO是各个国家生产ENC机构分配的全球唯一机构代码。
(2) 它拥有标准的数据形式，它保证数据在不同操作系统的计算机之间传输的正确与否。

本节所述内容结构见下图2.1

图2.1电了海图分类产品结构图

本文将对标准电子海图作详细介绍。

2.3系统功能
1．海图作业
航线设计在电子海图上,用灵活的方式算出任何两点的距离和方位,描绘航线，船位，时间。

2．定位及导航
可以同时和计程仪、电罗经、GPS、测探仪、气象仪等设备衔接。接收这些传感器的信息，并进行归纳处理，所得的最优化的船位，能够进行各种陆标定位计算。
3．航海信息齐询
获得的电子海图要素的详细信息和整个航线上的航行信息，如潮汐、海流等。
4．雷达信息处理
航海雷达信息可叠加在电子海图上，给船和船附近的静态目标和动态目标提供位置关系。
5．航路监视
在导航过程中，系统可以自动计算船舶偏离计划航线的距离，提供报警指示，实现航迹保持。系统还能够自动检测的珊瑚礁前帆，禁飞区，浅滩，暗礁，实现障碍预防浅。
6．航行记录
ECD15可以自动记录12h前所使用的ENC单元及详细信息，和每隔l min的船位、航向、航速。假如发生船舶事故，这些信息就可以再现当时的航行状况，记录下的航行信息不能被更改。

第三章 电子海图在航海中的应用

电子海图已经在航运、军事等很多重要的领域应用。
总结起来有以下几个方面:
一、航线监视，准确定位
在导航过程中，不知道自己的位置，意味着该船是危险的，特别是在沿海水域或能见度差的条件下。但传统的定位方法进行了太多的条件的限制，精度和有限的海上活动，带来了很多不便。使用了ECDIS，引航员可以在很短的时间判断出本船的船位。在船舶偏离航线的时候还可以发出警报信号。如此,驾驶员可以把精力放在船舶操纵与避碰上。
二、应对恶劣天气
船舶航行过程里，雷电、台风等突发天气经常发生，给航行船舶带来很大的影响。在大洋航行过程中连准确参照物都没有。这时ECDIS的作用就开始显现出来，因为它基本上不受天气的影响，只要驾驶员修正船位，调整正确的分流压差,就能够保障船舶航行过程中在安全的水域里。
三、航线的自动生成
航线设计是航海活动中的关键操作，选择最佳航线是驾驶员的颂重要任务。在航线设计时要考虑海况、气象、障碍物、定位与避让条件和本船的条件等，人工的作业量太大，程序太繁琐。利用拥有航路设计功能的ECDIS，将考虑的因素都输入进去,计划航线就能够马上生成出来。它还能够根据接收到的最新数据，优化路径。例如,接受新的海图改正，在生成的航线安全距离范围内如果有沉船，系统可以在原来的航线基础上，绕过障碍物，重新生成新的航线。
四、及时了解本船周围船舶的信息
在忙碌的港口，假如想知道本船周围的船舶信息，驾驶员不仅借助其它的瞭望和人员协助嘹望，还要用雷达测出目标船的距离与方位，然后在AIS接收机上寻找。使用ECDIS以后，在电脑上显示出来的目标清晰，目标船的任何动静态数据立马就能够知晓，可以极大地缩短查找的时间，减轻驾驶员劳动强度。电子海图还能查找其他船舶进一步信息，来知晓其它船舶情况，对不需要的信息还能用ECDIS的分类显示功能将它消去。
五、直观的动态显示
电子海图和雷达是不同的导航系统，在CPA/TCPA功能上，电子海图相比于雷达更加的先进。有ARPA功能的雷达，可以计算本船和目标船的CPA和TCPA，但是这两项数据都是以数字的形式在雷达屏幕上显示，但电子海图能直观地显示出两辆船的相对位置，给驾驶员操纵和避让行动一个预判的结果，使引航员作出的判断更加地确切。电子海图的应用，可以在一定地程度上减少盲目动作地发生，避免紧急情况的发生。[3]
对军事方面,船舶上所安装的电子海图拥有惯性系统与海图自动生成系统。根据西南军事网的报道，我国在军用海图上基本实现了全球覆盖，并且还能实现实时地监控指挥与布控打击。
电子海图的应用能给海上工作者带来很多便利，但它毕竟只是一种机器，肯定会有一定的局限性，船舶驾驶人员不可以依赖电子海图。否则会被误导甚至让船舶陷入危险状况。[4]

第四章 电子海图的集成化

电子海图的集成化让电子海图的功能越来越强大。主要表现在和雷达( APPA)、AIS、岁经、气象仪、无线电通信系统、计程仪、测深仪、GPS等仪器的集成。实现导航信息地集中控制、集中管理与集中显示，采用适当数据处理方法对航线进行优化处理，从而提高精准度、可靠性与可操作性。

4.1与雷达、AIS、GMDSS集成
电子海图和雷达在视频图像上叠加显示，能突出电子海图系统信息显示能力，又能提升雷达系统地避碰能力。[5]要让电子海图和雷达视频图像的叠加显示，还必须满足如下要求：
1．中、高级的电子海图设施可以和船用雷达设备连接，在电子海图上叠加雷达信息。雷达接受的信息一般都是数字信号。
2．雷达信息应进行工作预处理，不让雷达设备干扰到其它的电子海图设备地正常工作，并且二者都可以同时正常的独立工作。
3．几种雷达拥有不一样的量程和量测精度，重叠在地雷达信息其几何量化精度应不低于海图精度。
4．雷达图像投影规模和电子海图显示的比例不一样、或显示单元是不一样，就转换雷达信息让这二者一致。否则不能评价雷达信息和海图重叠，只允许一个单独的显示雷达图像的工作。
5．用雷达信息进行捕捉和跟踪动态目标时，重叠在海图上，它追踪速度、跟踪的精度、避碰的信息警报，原则上应符合国际电工委员会IEC 872标准《船用自动雷达标绘仪(APPA)工作方法、试验方法和试验结果》的要求。
海洋综合信息服务系统基于ECDIS和AIS（邵医学2007）来实现AIS信息实时采集，大海的实时显示，灵活的查询，相关信息的统计分析，趋势预测功能，在实际应用中起到非常好的效果。然而，本系统的开发，集成了多种技术，包括网络，数据库，数据分析和挖掘，电子海图显示等，这些技术。正在发展变
化过程中。

4.2海图的改正
电子海图的改正仍是航海工作者在航海活动中的一项重要任务。现在电子海图的系统的改正技术正向简便化，快捷化的方向发展。但在目前的电子海图图显示的相关技术和图校正功能（邹鲲，2009）在中国起步较晚。基于数据在一个正确的分析可以满足到快速显示和检索方法。在这项技术中，图形裁剪区域填充是海图的显示经常使用的技术，它也是电子海图显示的关键技术。因为海图校正需要完成正确的操作检索原始海图的数据，从而提出了这种快速搜索图中的数据修正方法。

4.3坐标系的转换
电子海图的相关标准已经比较完善，相应的生成方法也比较成熟，但是，各国所采用的坐标系却各不相同。我国学者也较早的投入到坐标转换的研究当中去，在北京54与WGS-84的转换中已经有七参数和二参数转换等相当成熟的转换方法(袁赣南导航定位系统工程2009)。

4.4其他先进技术
长期以米，我国电子海网的发展虽然取得了一定的成绩，但是缺少统一的管理，使海图的研发和生产一直处于一种无序的状态。2004年我国海事局提出中国海事局电子海图的发展战略研究（王志云，2004）。随着地球信息系统(GIS)
技术逐渐成熟。电子海图与GIS技术的集成（熊文海，2007年）被提出。通过电子海图与GIS技术的集成，利用GIS强大空间数据处理能力和空间分析的功能，促使电子海图应用和推广。GIS技术的重要组成部分，三维电子海图显示体系研究已见眉目。三维的海图里水陆地形已经成一个画面,所以海图的基准可能是海陆合并的高程基准。[6]该技术有助于GIS与电子海图技术融合，使电子海图具有GIS的空间数据处理能力和空间分析功能。

第五章 结论与展望

电子海图的体现和信息系统都拥有海图管理、显示、航海作业、航行的监视和警报功能，可以提供潮汐和气象信息，并且能融会和显示综合船桥系统的主要设备数字和图像信息，能接收GPS、罗经、计程仪、测深仪、导航雷达和气象仪的输出信号，信息设备提供集中显示融合处理,这更方便驾驶员观察,决策和运作。当今电子海图信息和显示系统地强制发展，电子海图信息和显示系统在航海里应用越来越普遍。它的作用越来越多，将不可避免地成为海事工人辅助决策设备核心。随着无人化港口的提出，从港口到港口的无人化船舶运行开始成为海上导航科技领域新的研究方向。相信不远的将来船舶的无人化驾驶一定能够实现。

参考文献：

[1]朱世立 电子海图应用系统设计[M] 国防工业出版社 37-39
[2]陈磊 电子海图领域一些概念名词的梳理 《航海技术》2009年第1期 19-21
[3]梁叶根 ECDIS在引航的应用和发展[J]珠江水运2008／5
[4]刘加钊 电子海图导航的潜在风险 [J] 《航海技术》2008年第3期 68-69
[5]周 莉 雷达图像与电子海图的实时匹配算法[J] 中国航海，2006，69(4)：54-57．
[6]苏振礼 电子海图新技术特征与术语[J]中国科技术语2007年第2期 55-58

致 谢

论文完成之际，首先，向我的指导老师致以最真挚的敬意和最衷心的感谢。感谢他在我论文写作过程中给予的关心与帮助。他以严谨的治学态度和对问题清晰而深刻的洞察力影响着我们，更以丰富的实际经验和渊博的知识给予我们莫大的支持和指导。在论文撰写过程中，老师毫无保留的帮助我们解决实际问题，传授写作方法，并且帮助我们打开写作思路。并且对论文的内容提出了珍贵的意见。对此我对杨老师表示感谢。
真诚的感谢经济管理系的老师和领导在我大学三年给予我的关心与帮助。
感谢同学在论文过程中对我的帮助。
感谢所有帮助过我的人，衷心地祝愿你们幸福和平安。
此文献给所有关心和帮助过我的人。