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电子海图信息系统（ECDIS）在船舶航行中的应用蔡新梅【摘要】为进一步丰富电子海图信息系统的功能，更好地发挥电子海图信息系统在海上航行中的作用，本文主要介绍ECDIS与雷达、AIS、VTS的兼容作用，进行数据融合，优势互补，为船舶导航提供可靠的信息。
通过兼容作用确保船舶安全航行、船舶避碰和岸基服务具有十分重要的意义。
%To further enhance the functionality of ECDIS and better serve the navigation of oceangoing ships, this paper introduces the compatibility of ECDIS with radar, AIS ＆ VTS in terms of data fusion, the complementary roles between these platforms for the requisite information navigation of ocean-going ships. Compatibility of the system with other platforms plays a significant role in ensuring safe navigation, collision avoidance and shore-based services.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】3页(P32-34)【关键词】电子海图信息系统;雷达;AIS;VTS【作者】蔡新梅【作者单位】辽宁省葫芦岛市渤海船舶职业学院,辽宁葫芦岛125005【正文语种】中文【中图分类】TP391.410 引言电子海图显示信息系统(Electronic Chart Display Information System，ECDIS)是在综合导航系统的设计理念基础上逐步发展起来的一种智能化海图，解决了在传统纸质海图上定位而产生的船位获取滞后的问题，可以自动地将即时船位显示在海图上。
浅析GIS在船舶避碰决策中的应用摘要：随着现代航运业的发展，船舶的大型化、高速化日益明显，在海上航行的船舶会遇时，须分析会遇海域内其他船舶的航行动态、水文、气象、管理规定等多方面因素来决定避碰策略。
目前船舶装备的现代导助航设备主要包括雷达、GPS、船载AIS、ECDIS等电子仪器，这在一定程度上大大减小的了船舶驾驶员的工作强度。
GIS在船舶避碰中的应用将进一步帮助船舶驾驶员确定船舶会遇时的有效避碰策略，保障海上船舶的航行安全，同时也提高了航运企业的运营效率。
Abstract: With the development of modern shipping industry, the ship's large-scale, high-speed has become increasingly evident.When the ships encounter at sea, the following factors in the encountered area should be analyzed to determine strategy for preventing collision,such as the states of other ships,hydrology, meteorology, regulations and so on.The current navigational equipments equipped in ships mainly include radar, GPS, AIS, ECDIS and other electronic equipments,which greatly reducing the work intensity of the crew. Application of GIS in ship collision preventation will further help the drivers to determine the effective strategies for preventing collision when the ships will encounter,in which way can protect the safety of navigation of ships at sea,as well as improve the operational efficiency of shipping enterprises.关键词：GIS 避碰航行安全0 引言随着信息技术和计算机技术在航海上的大范围应用，智能航海也越来越多的成为现代科技工作者的研究方向，通过研究船舶智能避碰系统来选择船舶会遇局面下的最优避碰方案，可大幅度提高船舶避碰时的操船效率，保证航行的安全。
基于动力定位系统的船舶自动避碰技术研究概述：船舶自动避碰技术是近年来航海领域发展迅猛的一个重要研究领域。
基于动力定位系统的船舶自动避碰技术通过利用船舶自身的动力定位能力，结合先进的导航与遥感技术，以及智能决策系统，实现船舶避碰的自动化和智能化。
本文将从动力定位系统的原理和船舶自动避碰技术的研究现状出发，详细介绍该技术的工作原理、关键技术以及应用前景。
一、动力定位系统的原理动力定位系统是现代航海技术的重要组成部分之一，其基本原理是通过船舶上的推进器、舵和转向设备等，通过实时控制使船舶能在海洋水域内以自动控制的方式维持特定的位置和航向。
动力定位系统利用了多种传感器和先进的计算装置，通过计算船舶的位置、航向、速度等状态信息，并通过外部参考物的信息来实现位置和航向的控制。
二、船舶自动避碰技术的研究现状船舶自动避碰技术是航海领域的研究热点之一，其主要目标是提高船舶的安全性和自动化程度。
当前的船舶避碰主要依靠船长和船员的经验与判断，但这种人工决策存在主观性强、反应时间长以及人为疏忽等问题。
因此，开发一种能够自动避开与其他船舶的碰撞风险的技术是一个重要的研究方向。
目前，船舶自动避碰技术主要包括基于雷达图像处理的目标检测与跟踪、基于自动识别系统的船舶识别与辨别以及基于动力定位系统的自动避碰决策与控制等三个方面。
三、基于动力定位系统的船舶自动避碰技术的工作原理基于动力定位系统的船舶自动避碰技术是指通过船舶上的传感器和相应的计算装置，收集并处理周围环境的信息，实时评估附近船舶的风险，并根据风险评估结果，通过控制推进器、舵和转向设备等，实现船舶的自动避碰。
该技术的工作原理主要包括环境感知、风险评估和路径规划三个主要步骤。
首先，通过船舶上的雷达、相机和其他传感器，获取船舶周围的环境信息，包括其他船舶的位置、航向、速度等。
然后，将这些信息输入到智能决策系统中，对可能产生风险的船舶进行识别和跟踪，评估其与船舶的相对运动状态，并计算出相应的碰撞风险。
电子海图信息系统( ECDIS)的发展及应用[摘要] 电子海图显示与信息系统(ECDIS)被认为是继雷达／ARPA之后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命，可以说将航海安全技术提升到了一个全新的高度，对航运相关行业带来了深远的影响。
本文简单介绍ECDIS系统和ECDIS的发展现状与趋势，结合实际重点研究ECDIS在船上的实际应用。
[关键词] ECDIS 航海安全技术发展现状实际应用Development and application of electronic chart display and information system[abstract]Electronic chart display and information system is considered to be a Great technology revolution after radar/ARPA on navigation of the ship. it can be said that the navigation safety technology to a new height, the shipping industry has brought the profound influence.The paper simply introduces the ECDIS system and the present situation and the tendency of the development of ECDIS, combined with the actual focus on ECDIS practical application in the ship.[keyword]ECDIS Maritime security technology the tendency of the development The practical application目录引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 第1章 ECDIS 系统简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1 ECDIS的由来．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2 ECDIS的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.3 ECDIS的功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 第2章ECDIS的发展现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.1 ECDIS现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.2 ECDIS的发展趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.3 E_Navigation环境下ECDIS发展研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.4 国际海事组织IMO对ECDIS发展的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 第3章 ECDIS的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.1 ECDIS在船舶航行中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.2 ECDIS在港口引航的应用研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 第4章 ECDIS潜在的风险与控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 4.1 ECDIS潜在的风险．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 4.2化解潜在风险的对策．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21 致谢语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23引言电子海图显示信息系统(Electronic ChartDisplay Information System，ECDIS)是在综合导航系统的设计理念基础上逐步发展起来的一种智能化海图，解决了在传统纸质海图上定位而产生的船位获取滞后的问题，可以自动地将即时船位显示在海图上。
电子海图（ECDIS）的应用与发展作者：沈毅强来源：《航海》2015年第06期摘要：作为现代船舶航行的重要设备电子海图（ECDIS）已经开始了强制安装和实施，本文通过对电子海图（ECDIS）的介绍，发展历程，规范要求，优缺点比较以及未来展望，全面阐述了电子海图在现代航运中的重要性，为将来从事该行业相关业务积累宝贵的经验。
关键词：电子海图系统组成系统应用系统优缺点未来展望1 电子海图（ECDIS）基本介绍1.1什么是电子海图（ECDIS）电子海图（ECDIS）全称名为：电子海图显示与信息系统（Electronic Chart Display and Information System）（以下简称：电子海图），是一种符合IMO要求的，可以有选择地显示电子航行海图中的信息以及从航行传感器获得的各类信息，通过其处理单元进行综合处理和显示，以帮助航海人员进行航线设计和航路监视，并能按要求显示其他与航海相关补充信息的信息系统。
1.2电子海图系统的组成电子海图系统是船舶驾驶台中各种传感器数据综合处理显示平台（如图1），而其设备本身由硬件和软件两部分组成。
电子海图通过将船上雷达（Radar）、计程仪（Speed Doppler Log），全球定位系统（GPS），电罗经（Gyro），船舶自动识别系统（AIS），航行警告系统（NAVTEX），测深仪（Echo Sounder），航行数据记录仪（VDR），自动舵（Auto Pilot）等其他各类信息进行收集并综合处理，显示在电子海图设备上。
电子海图设备本身就如同一台经过特殊定制的计算机，由显示器、处理单元、键盘，鼠标及各类外接设备，如USB端口、打印机等组成。
而系统内部则运行一套符合IMO规范要求的电子海图软件系统，将收集到的各类数据以及ENC（电子海图数据）综合处理后显示在设备显示器上（如图2）供航海人员参考使用。
1.3电子海图软件系统电子海图设备的核心是其系统软件的设计和功能，一般来说一套标准符合IMO规范要求的电子海图软件主要由以下几个功能模块组成：1.3.1电子海图数据处理及显示模块该模块包含有ENC向SENC转换，海图自动和手动改正、海图符号库管理、图库管理，海图要素分类及编码机制管理等功能。
第17卷 第1期 中 国 水 运 Vol.17 No.1 2017年 1月 China Water Transport January 2017
收稿日期：2016-11-15
作者简介：苑 冰，宁波大港引航有限公司。
ECDIS 在船舶避碰系统中的应用研究
苑 冰
（宁波大港引航有限公司，浙江 宁波 315040）
摘 要：作为检测和识别船只的主要设备，雷达对在海上航行的船只的重要性不言而喻。
但是另一方面，雷达的效果也受到了多种因素的影响，往往难以达到预期的效果。
随着科技的发展，电子海图技术应运而生，为船只的安全航行提供了新的保障。
本文将简述ECDIS 的由来及发展，基于船舶避碰系统的实现流程进行了两船会遇情景的模拟仿真实验，希望对ECDIS 的推广运用有所裨益。
关键词：ECDIS；船舶；避碰系统；模拟仿真
中图分类号：U675.7 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）01-0076-02
一、ECDIS 的由来及发展
电子海图的发展大致经历了三个阶段：
第一阶段：纸质海图等同物。
随着全球贸易的进一步发展 ，海上贸易也进入了繁荣时期，为了航行的便利，不少船只开始尝试将纸质海图导入电脑中，利用电脑程序模拟进行海图作业。
第二阶段：电子海图功能的进一步丰富。
传统的电子海图的功能已经渐渐难以满足大航海时代的需求，电子海图的功能开始得到了进一步的丰富，船位、航线、航次计划等信息开始被加入电子海图，成为了当前船只航行的主要辅助工具。
第三阶段：航行信息系统。
如今的船只航行面临的情况更加复杂多变，对于电子海图进行组合式、集成式的开发成为了航行信息系统出现的初衷。
多功能船用电子海图系统开始被人们所接受，这样的航行信息系统同时与雷达、定位仪、计程仪等各种航行设备接驳，实现了一体化操作，极大地方便了航运。
而ECDIS 系统则是对于航行信息系统的进一步延伸和发展，自国际海事组织（IMO）和国际海道测量组织（IHO）提出ECDIS 系统的框架以来，历经十余年的发展，ECDIS 的各类规范和标准不断地建立、更新和完善[1]。
目前ECDIS 面临的最大问题在于覆盖度还不够大，无法为国际航行提供可靠的辅助，另一方面海图的改正服务网络也有待进一步的完善。
但是凭借对于高精度定位系统、雷达避碰系统、船舶通信系统、车舵控制系统等的集成，ECDIS 已经显现出了巨大的潜力，凭借其智能导航，船舶可以以最经济的方式航行在最优航路上，有效节约航行的成本，同时降低航运中的各种风险。
二、ECDIS 在船舶避碰系统中的应用 1．船舶避碰系统的实现流程
在ECDIS 中，降低船舶的避碰风险的实现主要包含以下几个步骤：
步骤一：通过雷达以及其他辅助手段定位周边的船只信息，了解周边船只的分布情况，即 AIS 信息；
步骤二：将所有接收到的船只的AIS 信息进行处理后存储在本船只的数据库中，并且做到实时更新；
步骤三：根据收集到的其他船只的信息，结合本船只的航行情况，了解船只之间的会遇态势，计算船舶之间发生碰撞的几率，从而制定安全行驶的路线；
步骤四：判断有没有更改航线的必要，若没有必要，则不进行任何操作；
步骤五：若综合计算船只之间的航行情况后发现船只之间有较大的碰撞几率，则立即给出最优的规避碰撞的建议，提醒航行者注意；
步骤六：在 ECDIS 中显示最佳的航行路线，直至船只碰撞风险消除[2]。
图1 船舶避碰系统的实现过程
2．ECDIS 在船舶避碰系统中的实现
上文已经提到过，在ECDIS 系统中若要实现安全航行，船只本身要不断收集其他船只的AIS 信息进行分析处理和储
第1期 苑 冰：ECDIS 在船舶避碰系统中的应用研究 77
存，然后基于船只之间的距离数据、船只的航行方向、航行速度等数据来计算两艘船只之间的碰撞趋势和碰撞风险，如果有较大的碰撞风险，则立即启用粒子群优化算法计算最合理的规避路线，提醒驾驶者注意[3]。
因而在笔者设计的方针程序中，程序会显示其他船只的运行情况，这一功能主要是通过AIS 设置对话框来实现的。
在AIS 设置对话框中可以设置本船的监控范围，只要进入监控范围内的船只都可以进行跟踪和预警，如图所示。
此外还可以设置报警的最小范围，这一范围是被动触发的，只要系统判断目标船对本船构成了威胁就会立即预警，直到目标船只与本船只保持足够的安全距离。
为了保证系统的准确性，对话框中还设置了测试选项，可以在航行前进行测试，
确保系统运行正常。
图2 船舶避碰系统的跟踪、报警对话框
本文中的模拟是基于能见度良好，无不良天气情况影响、船只本身无故障、船舶操纵者水平较好的情况下，假定目标船只进入了监测范围，并且以恒定速度航行，无改变航向的趋势，在两船即将相遇时的情况。
本船只的信息由计算机自动输入，目标船只的信息由探测处理AIS 信息后自动输入，得到如图3
所示的计算结果。
图3 两船模拟仿真会遇信息
在获取了两方船只的航行及定位信息后，点击“避碰分析”按钮，系统开始运算粒子群优化算法，得到消除碰撞风险，安全航行的航线，如图4
所示。
图4 系统避碰决策建议
若船只操作者依照系统推荐的航线航行，则在 ECDIS 中，本船的计划避碰航线如图5
所示。
图5 本船计划避碰航线示意图
由图5的计算结果可见，目标船只与本船只的航线交叉，双方存在较大的碰撞风险，在对方船只不改变航向的情况下，ECDIS 系统设计的最优规避路线是在001处改变航向，而后航行1.6298 n mile，此时目标船只与本船只已经解除了碰撞风险，可在002处再次改变航向，向003行驶2.3596n mile 后二次改变航向，即可回归最初的行驶路线。
按照计算只需要航行27.7031min 就可回归原本规划的最佳航线。
三、结语
在海上贸易呈现井喷式发展的今天，各种船只碰撞事故也是层出不穷，带来了巨大经济损失甚至人员伤亡。
而ECDIS 的出现则为海上船舶碰撞事故提供了有效的规避手段，相信随着时代发展，ECDIS 必将迎来跨越式的发展，在海上贸易中发挥出巨大的作用。
参考文献
[1] 邵哲平，孙腾达，潘家财等.基于ECDIS 和AIS 的船舶综
合信息服务系统的开发[J].中国航海，2007，（2）：30-33.
[2] 王孝通，王浣尘，梁开龙等.电子海图高速显示的数据结
构[J].测绘学报，1999，（28）：81-85.
[3] 周建文，杨神化，索永峰等.ECDIS 模拟器实训的智能评
估模型与系统实现[J].中国航海，2014，（37）：1-4.。
