2024年4月15日发(作者：)

S-57

标准电子海图及其在航海中的应用　李庆伟　李进杰　卢岩

7

S-57

标准电子海图及其在航海中的应用

李庆伟　李进杰　卢岩

(

海军出版社　天津　

300450

)

摘　要

:

　随着电子海图系统在船舶上的逐步普及

,

越来越多的人开始关注并加入到电子

海图相关标准及系统的研究中来

,

文章从电子海图数据采用标准、数据信息显示系统两大方面

对电子海图进行了介绍

,

分析了电子海图的现状及发展趋势

,

论证了电子海图在保障船舶航行

安全方面的重要作用。

关键词

:

　电子海图　

S

—

57

标准　信息　显示系统　航海　应用

1

　引言

即时船位一并显示在仪器上

;

而且可以把所有的这

些信息设定报警范围

,

报警时可以预先提醒驾驶员

潜在的航行危险

,

进而确保船舶航行的安全性。总

而言之

,

在电子海图的帮助下

,

驾驶人员对即时的船

舶动态和航区中存在任何危险都会一目了然

,

同时

在雷达观测的帮助下对周围船舶的动态也做到心中

有数

;

“知彼知己

,

百战不殆”

,

对自己和周围的情况

都做到了清楚了解

,

航行的安全性就有了有力的保

障。

2

　电子海图

自从人类文明拥有了航海技术以来

,

由于在海

上一望无际

,

分不清方位

,

航海家们非常关心的问题

是船舶在大海中的准确位置。为了获取船舶位置

,

航海家们不得不使用测定天体、观测陆标、接受无线

电信号等手段获取船的位置

,

然后把船位标绘在海

图上

,

进而获得直观的船舶位置。驾驶员根据获得

的船位来判断航行的安全性

,

判断船舶是否在计划

航线上航行

,

因而海图被称为海上船舶驾驶员的眼

睛。但在实际操作中

,

需要花费大量的时间去观测

和标绘

,

然后在此基础上判断船舶航行的安全性

,

但

由于船是一直处于航行状态

,

采用这种在海图上标

绘进而获取船位的方式

,

驾驶人员很难得到直观的

即时船位

,

驾驶员所标绘出的船位是观测那一瞬间

的船位而非即时船位

,

造成了船位的获取滞后现象

,

这样对近岸航行船舶安全有很大的影响。

电子海图能够解决在传统纸质海图上定位而产

生的船位获取滞后的现象

,

可以自动地将即时船位

即时的显示在海图上

,

让驾驶人员能够根据显示的

即时船位连续性来判断船舶航行的安全性

;

对电子

海图的使用更为有益的是通过

GPS/ODGPS

所获得

的船位是不间断的

,

让电子海图的使用有了有力的

技术保证。一个好的引水员或者团队最好可以做到

每

3min

获取一个船位

,

电子海图系统可以做到每秒

钟获取一个较为准确和值得信赖的船位。电子海图

也可以整合处理别的一些助航信息

,

譬如船舶的航

向

/

船速

/

测深仪和雷达的数据等

,

这些助航信息和

收稿日期

:2007-10-16

作者简介

:

李庆伟

(

1980-

)

,

男

,

河北省唐山人

,

助理工程

师

,

主要从事

S

—

57

电子海图的跟踪和研究工作。

简单的说电子海图可分为两个部分

,

一个部分

是电子海图数据

(

ElectronicNavigationChart,

简称

ENC

)

,

另一部分是各种基于电子海图数据的应用系

统

,

其中最为主要的就是电子海图显示及信息系统

(

ElectronicChartDisplayandInformationSystem,

简

称

ECDIS

)

。

电子海图和电子海图显示及信息系统一起为航

海人员提供一个海图信息平台

,

使使用者能够非常

直观、方便地了解到所处海域的状况。同时在这个

平台上还集成有多种航海设备的信息

(

如

GPS

、雷达

等

)

,

最终为船舶的航行安全带来更好的保障。

2.1

　电子航海图及相关标准

2.1.1

　电子航海图的概念

电子航海图分为官方海图和非官方海图

,

官方

海图指的是由政府授权的水道测量部门测量绘制的

海图

,

而非官方海图是指由一些民间组织绘制的海

图

,

非官方海图在绘制标准和数据的准确性上与官

方海图有一定的差异。

我们目前生产的电子海图是按照

S

—

57

标准生

产的电子航海图

(

ENC

)

,

具有两种形式

,

即基础数

8

天津航海　

2008

年第

1

期

据和更新数据。基础数据和更新数据一起为电子海

图显示及信息系统所接收

,

以形成反映海域内最新

信息的系统电子海图

(

SENC

)

,

供电子海图显示与

信息系统

ECDIS

显示和作相应的处理。无论是基

础数据还是更新数据

,

均以标准的格式进行数据的

组织和封装

,

从而达到不同国家的海道测量机构制

作的电子海图可以在不同的

ECDIS

上准确地使用。

电子海图和电子海图显示及信息系统一起为航海人

员提供一个海图信息平台

,

使使用者能够非常直观、

方便地了解到所处海域的状况。同时在这个平台上

还集成有多种航海设备的信息

(

如

GPS

、雷达等

)

,

最终为船舶的航行安全带来更好的保障。

2.1.2

　

ENC

数据采用标准

ENC

是由国家授权的水道测量部门发行的并

且符合

S

—

57

标准的电子海图

,S

—

57

全称为国际

海道测量组织

(

IH0

)

第

57

号特殊出版物———《数字

海道测量数据传输标准》

,

该标准被

IH0

在

S

—

52

《电子海图显示与信息系统海图内容与显示规范》

中规定为用于国际间数字海图交换的官方海图数据

标准。从严格意义上讲

,

它仅是一个数据传输标准

,

它所规定的数据格式是一个顺序读取的文件格式

,

不可能实现数据的快速检索

,

因此任何一个生产系

统和应用系统是不可能用它作为系统内部快速操纵

数据的存储格式。但

S

—

57

所规定的数据模型和编

码方式却是各种应用电子海图的系统所必须遵守

的。

S

—

57

标准的关键点可以归纳为以下几条

,

是

设计系统内部格式的依据。

(

1

)

S

—

57

是面向海洋地理空间实体定义的

,

它

不关心数据如何显示

,

只关心如何用编码数据把实

体描述完整

,

定义清楚。面向海图的物标分类

,

几乎

逐个对图式中的符号用物标来定义

,

而

S

—

57

则仅

用

181

个物标

(

地理物标

160

个、元物标

13

个、组合

物标

3

个、制图物标

5

个

)

和

195

个属性就把图式中

近千种符号所代表的地理实体定义清楚

,

通过一个

物标类组合不同的属性项

/

属性值代表图式中的一

个符号或图中的一个物标。

(

2

)

S

—

57

对物标属性的处理采取变长数据

,

即

每个物标的属性个数可以不同

,

属性分为

A

、

B

、

C

三

级

,

关系航海安全的强制属性必须赋值

,

其他属性可

有可无

,

用户也可添加。

(

3

)

S

—

57

的一个物标类可以对应不同的几何

图元

,

点、线、面

,

或是非几何图元。可以根据物标的

性质界定该物标允许使用的几何图元。

(

4

)

S

—

57

主要为生产

ENC

制定

,

但不是唯一

为

ENC

服务的

,

而是涵盖整个海洋地理空间信息领

域

,

从数据采集、数据制图、数据生产直到数据应用。

(

5

)

S

—

57

是一个数据交换标准

,

数据按

IS0/

IEC8211

进行封装

,8211

提供了独立于机器构造的

从一个计算机体系向另一种计算机体系传递数据的

文件机制。一个数据交换文件由一个或多个逻辑记

录组成

,

每个逻辑记录由头标区、目次区、字段区构

成。首记录为数据描述记录

(

DDR

)

,

其后的各个记

录为数据记录

(

DR

)

。这种交换文件便于数据规范

化传输

,

但不便于实时操纵。因此任何数据生产或

应用系统都不能用它当作系统操纵的内码

,

必须自

行设计适合需要的文件结构。

(

6

)

S

—

57

的子集

ENC

包括两部分

,

新版电子

航海图数据

EN

和海图改正数据

ER,

后缀

000

表示

新版

,

其他数字表示通告改正次数。二者的结构相

同。

(

7

)

同比例尺的各个

ENC

相互之间在地域上可

以重叠

,

但重叠区的内容只能在一个数据集中出现。

(

8

)

ENC

不是纸海图的“数据影像”

,

制作

ENC

单靠纸海图是不够的

,

必须补充其他资料

,

如航标

表、港口指南、航路指南等

,

否则有些强制属性无法

充填。

电子航海图

(

ENC

)

属于电子海图数据库

,

是由

各国官方的海道测量局

(

H0

)

制作的

(

也有一些国家

由某公司制作

,

由

HO

认定

)

符合

IHOS57

标准的矢

量电子海图。

ECDIS

的应用

,

离不开全球范围的数

千幅

ENC

的支持。所以

,IHO

正在努力敦促世界各

海洋国家制作自己海域的

ENC,

并成立了一些区域

性的

ENC

中心

,

通过国际合作共同完成全球

ENC

数据库的建立

,

并逐步建立全球的

ER

发行体系。

由于各国的技术水平相差较大

,

全球

ENC

数据库的

建立进展缓慢

,

相反

,

一些大公司却利用技术和资金

的优势

,

制作了符合

S

—

57

要求的全球

ENC

数据

库

,

目前覆盖范围最大的是挪威

C

—

MAP

公司的

C93

格式电子海图。这些

ENC

补充了官方

ENC

数

量的不足。但是

,

也存在着缺乏法律保障、改正不及

时等问题。我们现在正在生产的

S

—

57

数字海图就

是

ENC,

但由于我们还处于起步阶段

,

对发布的

ENC

数据

,

我们还没有相应的数据保护措施。

ENC

必须根据规范定义的规则进行生产制作

,

并且必须按

S

—

57

附录

B

“

ENC

物标类目的使用”

中所述规则进行编码。并按照

S

—

58

电子航海图有

效性检核推荐案对

ENC

数据进行检查

,

以保证数据

结构的正确性及要素编码的合理性。

S-57

标准电子海图及其在航海中的应用　李庆伟　李进杰　卢岩

9

2.1.3

　

S

—

57

标准发展及现状

随着计算机技术的发展

,

许多国家早在二十年

前就开始研究海图数字化技术

,

尤其在近十年计算

机小型化

,

特别是在微机的高运算速度和大容量存

储技术迅猛发展的情形下

,

各类非标准的电子海图

按使用需要出现在各单位的工作系统内。国际海道

测量组织

(

IH0

)

为使这项技术更加国际化

,

十多年

来一直致力于国际标准的制定工作。

1992

年

,

第十

四次海道测量大会通过了新的数字化海道测量数据

交换标准

,

这一标准由理论模型、物标目录和交换格

式组成。通过四年试用

,

在吸收了计算机对图形数

据存储处理最新成果的基础上

,

对这一标准进行了

全面的修改、补充后

,1996

年第十五次国际海道测

量大会通过了更为详细、完善的数字海图交换标准

,

并以

IHO

特别出版物

S

—

57

(

第三版

)

的形式正式

发布。在制定数据传输标准

S

—

57

的同时

,IHO

还

制定了《

ECDIS

海图内容与显示规范》

,

这就是所说

的

S

—

52

。此外

,

国际海事组织

(

IMO

)

、国际电工委

员会

(

IEC

)

等多个国际组织也为

ECDIS

制定了一系

列相应的标准。主要包括

:

(

1

)

IHOS

—

52

电子海图显示与信息系统海图

内容与显示规范

(

SPECIFICATIONSFORCHART

CONTENTANDDISPLAYASPECTSOFECDIS

)

;

(

2

)

S

—

58

电子航海图有效性检核推荐案

(

Rec

2

ommendedENCValidationChecks

)

目前为

2003

年

10

国际海道测量局

2002

年第

60

号通函宣布

:

3.1

版本

S

—

57

(

包括

3.0

版本

)

一定时期内不

再修改

;

3.0

版本

S

—

57

至

2004

年

12

月停止使用。

为了使

S

—

57

能够支持各种测量数据格式

,

已

经开始编写

4.0

版本

S

—

57,

改版后

,

该标准将改为

S

—

100,

其中

ENC

生产规范也将以单独的标准从

S

—

57

标准中分离出来

,

称为

S

—

101,

计划

2004

年

完成

,

后改为

2006

年完成

,

到目前为止还没有确切

消息说明

4.0

版什么时候能够完成。

即使

4.0

版本

S

—

57

发布实施

,

为方便成员国

继续生产和使用符合

3.1

版本

S

—

57

的数字航海

图

,3.1

版本

S

—

57

在需要的时期内仍为有效。

国际海道测量局

2003

年

6

月

20

日向各成员国

发出通函

,

要求各成员国于

2003

年

9

月

30

日前复

函确认

,

符合

3.0

版本

S

—

57

的电子航海图和通告

改正数据到

2004

年

12

月可以被废止。

2.2

　电子海图显示及信息系统

2.2.1

　电子海图信息显示系统的概念

ECDIS

(

电子海图信息显示系统

)

是指符合有关

国际标准的船用电子海图系统。它以计算机为核心

连接定位、测深、雷达、

AIS

等设备

,

以电子海图为基

础

,

综合反映船舶行驶状态。为船舶驾驶人员提供

各种信息查询、量算和航海记录专门工具

,

是一种专

题地理信息系统

(

GIS

)

。

ECDIS

可以与船舶自动控

制系统连接

,

实现船舶的自动驾驶。

海上航行的需要决定了海图的特性

,

决定了海

图是一个国际化的图种。实现电子海图国际标准化

的必要条件就是数据按

S

—

57

标准制作、显示按

S

—

52

标准执行

(

S

—

52

标准是关于电子海图制作

与应用的标准

,

特别是对电子海图显示与信息系统

在海图显示方面做了很详细的规定

)

。

ECDIS

的显

示模式是适应真实世界的动态显示模式

,

不但可以

按默认的色彩和符号显示海图

,

还可以按顾客要求

和航行的状态

,

通过指令动态改变显示效果

,

以适应

航海需要。

2.2.2

　

ECDlS

具备的功能

(

1

)

海图显示包括

:

在给定的投影方式下合成

月发布的第

2

版

;

(

3

)

S

—

61

光栅航海图产品规范

(

ProductSpeci

2

ficationsforRasterNavigationalCharts,RNC

)

。目前

为

1999

年

1

月发布的第

1

版

;

(

4

)

S

—

63IHO

数据防护模式

(

IHODataProtec

2

tionScheme

)

,

目前为

2003

年

10

月发布的第

1

版

;

(

5

)

S

—

65

电子航海图生产指南

(

Electronic

)

,NavigationCharts

(

ENCS

)

“

ProductionGuidance

”

目前为

2005

年第

l

版。

由于按照

S

—

57

标准生产全球范围的海图

,

会

遇到各种各样与该标准不相适应的情况

,

因此就需

要不断的对该标准进行补充修改甚至改版。

国际海道测量局

2000

年第

52

号通函发布施行

了

3.1

版本

S

—

57

。该函同时解释

,

由于

3.1

和

3.0

版本的差别仅体现在相对不太重要的附加属性方

面

,

而且考虑到如果使用

3.1

版本

,

需要修改生产软

件

,

一些国家的海道测量部门需要在一定的时期内

继续使用

3.0

版本生产数字航海图

,

因此

,

同意

3.0

和

3.1

两个版本同时有效

,

直到做出新的规定。

和显示海图

(

在使用墨卡托投影方式时

,

可以适当

选取海图的基准纬度

,

以减小投影变形

)

;

可以选择

运动方式和朝向

,

以“相对运动”或“绝对运动”方式

显示海图

;

自动选择同一范围内的大比例尺海图数

据

;

可缩放显示及漫游

;

分层显示海图信息。

(

2

)

使用刺激性强的颜色、高亮度闪烁等手段

10

天津航海　

2008

年第

1

期

强调危险物的存在。

(

3

)

海图作业

,

在电子海图上进行计划航线设

计

(

依照推荐航线进行手工设计或进行大圆航线计

算

)

;

以灵活的方式计算任意两点间的距离和方位

;

标绘船位、航迹和时间标示。

(

4

)

海图改正

,

能够接收由官方

ENC

制作部门

提供的正式改正数据以及由航海人员从纸质航海通

告或无线电航行警告中提取的改正数据

,

实现

ENC

的自动、半自动和手动改正。

(

5

)

定位及导航

,

能够同记程仪、电罗经、

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

,

求得最佳船位

;

能够进行各种陆标定位计算。

(

6

)

航海信息咨询

,

获取电子海图上物标的详

细描述信息以及整个航线上的航行条件信息

,

如潮

汐、海流和气象等。

(

7

)

雷达信息处理

,ECDIS

可将雷达图像或

ARPA

信息叠加显示在电子海图上

,

提供本船、本船

的

ECDIS

生产商

,

停止使用

3.0

版本数字海图是否

引起严重问题。如果会引起严重问题

,

需指明一个

日期

,ECDIS

生产商认为在此之前可以将所有

EC

2

DIS

升级

,

保证可以读取

3.1

版本数字海图。

电子航海图

ENC

是纸质海图的等价物

,1995

年

11

月

IM0

讨论通过了

ECDIS

的性能标准

,

此标

准明文规定

,ECDIS

可以做为“

1974

海上人命安全

公约

(

SOLAS

)

”所要求的纸质海图的等价物

,

换言

之

,ECDIS

可以取代传统的纸质海图。电子航海图

与纸质海图具有同等的法律效力。

对于海图配备

,SOLAS

公约第

5

章中有明确的

要求

:

“所有船舶必须为航行需要配备足够的现行

版本的海图”。电子海图以及它的技术支持已经成

熟

,

公约中已经把电子海图看成海图的一种

,

并且对

电子海图的配备要求做了详细的规定。公约中关于

电子海图的大部分内容是控制生产

ECDIS

的设备

质量

,

该设备必须有高度的可靠性和可操作性。通

过明确的限定

,

只有

ECDIS

才可以代替纸质海图

,

除了

ECDIS

的任何系统都不能解除驾驶人员在纸

质海图上标绘的责任。不管怎样

,

电子海图的使用

不能代替驾驶人员良好船艺

,

需要尽职尽责的采用

各种预防措施

,

确保船舶和船员的安全。

3

　总结

电子海图的发展和使用是航海领域的一项新技

术

,

它所采用的标准

(

S

—

57

标准

)

是国际标准

,

方便

了各国之间数据的交换。不管是数据的生产还是显

示

,

只要是符合国际标准

,

不同国家的航海人员都能

准确的识别图上信息。同时

,

由于电子海图及显示

系统有着纸质海图不具备的强大功能

,

更能保证海

上船舶的航行安全

,

我们常常把海图比作海上航行

人员的眼睛

,

配备了电子航海图的船舶

,

他们的眼睛

将更加明亮

,

视野也更宽阔。

参考文献

[1]

　

IHOS-57IHOTRANSFERSTANDARDFORDIGITALHY

2

DROGRAPHICDATAEdition3.1[S],theInternationalHydrog

2

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　李宏利

.

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.

海潮出版社

.2005.8

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.ECDIS

与船舶航行安全

.

大连海事大学学报

.

1999

年第

2

期

[4]

　栾法俊

.

电子海图的种类和使用

周围的静态目标与动态目标三者之间的位置关系。

航海人员可以据此判断避碰态势

,

做出避碰决策。

同时

,

还能在电子海图上检测该避碰决策是否可行。

(

8

)

航路监视

,

在船舶航行过程中

,ECDIS

能自

动计算船舶偏离计划航线的距离

,

必要时给出指示

和报警

,

实现航迹保持。

ECDIS

还可以自动检测航

行前方的暗礁、禁航区和浅滩等

,

实现避礁、防浅。

(

9

)

航行记录

,ECDIS

能自动纪录前

12h

内所

使用过的

ENC

单元及其来源、版本、日期和改正历

史

,

以及每隔一分钟的船位、航速和航向等。一旦船

舶发生事故

,

这些信息足以再现当时的航行情况。

记录的信息不允许被操纵和更改。

有了这些功能

,

航海人员在航行过程中的定位

和设计计划航线等工作将更方便快捷

,

对船舶航行

安全更有保障。

2.2.3

　电子海图及信息显示系统的现状及法律地

位

据信

,

所有在售电子海图与信息显示系统

(

EC

2

DIS

)

都能读取使用

3.1

版本的数字海图。但已在使

用的

ECDIS

如果没有进行必要升级可能会有问题。

因此国际海道测量局要求各成员国询问有业务合作