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1、电子海在船舶航行中的应用 潘春兰 江苏海事职业技术学院 河海大学能电学院 摘 要： 随着船舶自动化技术和计算机信息技术发展, 产生了以数字形式表示的描写航行海域地理信息的电子海。电子海的出现无疑是航海领域和航道测量领域的一场技术革命, 它给航海人员指挥船舶航行带来了极大的安全与方便。为进一步发挥电子海在航海中的效能, 文章介绍了电子海的概念与基本原理、电子海在船舶航行中的应用、电子海的系统误差与风险, 并指出了使用电子海时应注意的几个问题。关键词： 电子海; 航海; 误差; 作者简介：潘春兰, 江苏海事职业技术学院, 讲师, 河海大学能电学院博士研究生, 研究方向:船舶自动化技术。一、引言随着
2、科学技术的进步, 纸质的海已经远远不能够满足船舶驾驶技术与航运业的发展, 人们便发明了电子海。电子海不仅可以给出航路信息, 而且可以与其他导航信息叠加, 显示本船以及其他船舶的实时航向与速度, 从而帮助驾驶员获取较为准确、可信赖的船位, 直观显示船舶的潜在危险, 保证船舶航行安全。航海实践中, 船舶驾驶员通常也会花更多的时间去观察和借鉴电子海所给出的警示, 并利用其所给出的数据来判断和观察船舶是否可以安全航行。可以说, 当前精准而又便捷的电子海已经在航海实践中得到充分应用。为进一步发挥电子海在航海中的效能, 文章首先介绍了电子海基本原理、电子海在船舶航行中的应用, 并在此基础上, 介绍了电子海
3、的系统误差与风险, 指出了航海实践中使用电子海时应注意的几个问题。二、电子海显示信息系统(一) 电子海的概念所谓电子海, 即各种数字式海及其应用系统的统称。它一般分为两大类:一类主要是由政府部门牵头, 在规定的航区内进行测量并绘制的海, 叫做官方海。另一类是由民间组织进行测量并绘制的海, 叫做非官方海。通常情况下, 官方海的准确性比民间海要高。但无论是官方海还是非官方海, 电子海都具有两种形式, 即基础数据和更新数据。无论是更新数据还是基础数据, 都必须以标准的格式进行数据处理, 从而使不同国家的航道机构所制作的电子海能够全球通用。更新数据和基础数据一起为电子海显示信息系统所接收, 形成反映一
4、定海域内的最新信息。从而为航海人员提供信息平台, 使其能够更加直观、方便地了解船舶航行海域的现实状况, 保证船舶航行安全。(二) 电子海的由来为了实现航海技术的自动化及信息化, 1986 年 7 月, IMO 和 IHO 合作成立了电子海协调小组 (HGE) , 开始共同研究开发电子。1998 年 10 月, IMO 和 IHO又联合组织了北海工程实验, 以评价 ECDIS 的功能, 分析其潜在用途。当时, 共有来自 6 个不同国家与组织的电子海系统参加了实验。实验结果表明, 电子海系统不仅仅是传统纸海的替代品, 而且是未来智能化信息的必要组成部分。因此, IMO 和 IHO 共同提议:电子海
5、系统应为全世界共同财富, 应当走国际标准化的道路, 各国政府和国际组织应当为其提供法律保证。在之后的近10 年期间, 随着电子计算机及其相关的彩像显示器出现, 纸质海数字化以及海的电子复制变成了现实。之后, 在 IMO 和 IHO 的积极努力下, 电子海系统的各类标准和规范不断得到建立、更新与完善, 各种具有优良性能的电子海产品也不断走向市场。(三) 电子海的基本原理客观地说, 电子海就是以数字形式存储, 包括数据、设备、系统、计算机硬件和其他辅助手段的综合信息处理系统。通常情况下, 电子海主要包括各种传感器和航海数据绑定的形输出终端导航系统。船用电子海, 分别从陀螺罗经、GPS/DGPS、气
6、象传真等设备接收方向、速度、位置和天气信息, 并将从各种设备接收的信息在海显示器上显示, 对其进行跟踪、监测和报警。在航行中, 船用电子海处理器通过网络控制船舶各种传感系统, 利用各种传感系统通过计算机发送信息, 然后在海数据库叠加设置, 再系统输入各类数据进行存储和处理。矢量和光栅组成的形数据库是电子海基本组成部分, 通过表显示数据信息, 并实现系统准确传输。三、电子海在船舶航行中的应用(一) 电子海在船舶导航中的应用在船舶航行前, 航海人员可以利用电子海进行模拟航线, 选择最佳航线, 依照推荐的航线进行人工标绘或者大圆航线计算。另外, 由于电子海可灵活地利用两个基本点的距离和方位计算出两者
7、之间的相对动态。航海人员可以利用电子海连接计程仪、陀螺电罗经、Loran-C、测深仪以及气象仪等设备, 并依靠这些传感器发来的信息, 自动标绘船舶的船位、航行轨迹以及航行时间, 寻找出最准确的船位, 设计最佳航线。(二) 电子海在船舶避碰中的应用电子海连接计程仪、陀螺罗经、测深仪等其他设备后, 不仅能够提供本船在航行中的各种静态信息, 比如地理位置、离岸距离、航行速度、航行方向、测深数据、海底条件等, 而且还能够适时地提供海上各种船舶的动态信息, 比如目标船舶的航行方向、方位以及两者之间的距离等。因此, 航海人员还可以利用电子海将本船、本船周围的静态目标、本船周围的动态目标联系在一起, 进行船
8、舶定位和雷达标绘, 准确判断出三者的关系, 判断船舶的避碰态势, 保证船舶航行安全。(三) 电子海在船舶港口引航中的应用随着航运业的发展, 船舶进出港口日益频繁, 而且大型船舶越来越多, 港口航道不断加宽加深。当航道长度达到一定距离时, 引航员光凭肉眼就不再容易看清岸基导标, 特别是碰到恶劣天气时, 能见度更会大大降低。当遇到上述情况时, 一般港口都采用限航或停航的方法保证船舶安全, 但这也严重影响了生产, 损害了货主和承运人的利益。利用高精度电子海, 引航员则可以准确获得被引船舶的静、动态信息。比如:船舶位置、航行方向、航行速度等, 而且可以将上述信息通过 VHF 数传电台直接发给岸上的监控
9、系统, 方便岸上的监控和协助, 从而保证船舶引航安全。(四) 电子海在船舶调度管理中的应用和船舶定位系统相连接, 公司电子海系统可以自动接收并显示公司所有船舶的位置与其他信息, 可以查询公司所属船舶的静、动态情况。对于有问题的船舶, 公司可以对其进行适当的调度, 更好地把握住船舶的安全性。当然, 在使用电子海对公司所属船舶调度时, 必须将船岸的通信系统相互关联, 所使用的电子海系统亦应该涵盖船舶公司所有船舶的航线。四、电子海系统误差及风险(一) 电子海硬件产生的误差电子海系统是基于计算机应用的电子导航设备, 在长期的使用过程中, 有可能因为设备过热、CPU 过载、设备震动过大等因素, 引发电脑
10、蓝屏、死机、开机自检不通过、系统运行缺少必要文件等问题。解决这类问题应该考虑各种各样的因素, 可以通过设备的报警提示来判断和排除, 特别是驱动程序应该有一定的处理能力, 以应付计算机类似问题的发生。(二) 电子海软件产生的误差在电子海使用过程中, 当其设备系统中装入其他修改系统的注册表或自带插件的软件时, 很可能导致系统重要文件被替代或删除。长时间使用或盲目重启系统, 也会导致海系统错误而强制关闭系统, 从而使得海系统瘫痪。当电子海系统瘫痪、程序无法运行时, 航海人员可以按照指导书要求对其进行系统恢复和更新来处理。(三) 电子海传感器产生的误差传感器是电子海的重要组成部分, 主要用来感受罗经、
11、Loran-C、测深仪以及气象仪等设备信息, 并将感受到的信息按一定规律变换成为电信号传输给电子海。电子海传感器出现故障, 将会导致其他相关功能丧失或数据误差变大, 给船舶航行安全带来威胁和不便。因此, 航海人员在使用电子海的过程中一定要注意传感器正常工作, 确保其提供的信息准确可靠。(四) 电子海数据测量产生的误差当前, 电子海的数据分为光栅海数据和矢量海数据两大类。光栅海数据由纸质海扫描而来, 矢量海数据则是根据 IMO 的各种标准通过编制计算机程序而来。无论是光栅海还是矢量海数据的初始数据, 都是来源于航道测量局提供的数据。由于各个测量单位进行航道测量时依据的标准不同, 测量的精度不一样
12、, 海的精度也会各不相同, 因此, 航海人员在使用电子海的过程中应该引起足够注意, 正确判断海的精度, 以免影响船舶航行安全。(五) 电子海定位系统产生的误差定位系统产生的误差主要有三个方面:第一, 海定位系统所使用的坐标与海数据自身设定的坐标不统一, 没有对误差部分进行校正或校正不充分, 电子海所显示的船位并不是船舶真实的船位。第二, 一般电子海以真北作为标准参考, 而导航设备都是以罗北为基准, 罗经没有校正或校正不充分会产生一定的误差。第三, 从纸质海转换为电子海的过程中, 也很有可能存在着数据丢失或者各种意外状况。五、电子海使用时应注意的几个问题(一) 充分了解海的参数设置电子海之所以能
13、够得到广泛应用, 除了比传统纸海更加方便快捷之外, 还可以进行航线自动设计、航行自动警报、航迹自动存储、历史航程查看、船舶动态实时显示以及快速查询各种相关信息等。但所有这些功能的实现都要借助于对海的预先参数设置, 比如:船舶尺度、安全水深、最大转向角、最小偏航距离等。考虑到海的操作系统种类繁多, 加之预设参数必须相对稳定, 船长应将其参数打印出来, 张贴于海附近, 并记录于航海日志, 以方便所有驾驶人员充分了解。除非外界条件发生变化, 所有驾驶人员对于预先设定的参数尽可能不要随意更改。(二) 及时进行海数据更新由于航道及其他外界条件的经常变化, 与传统海一样, 电子海需要及时进行数据更新, 并
14、要求更新的数据来源可靠、准确、及时。一般来说, 电子海更新共有三类:小改正更新、改版更新和新版更新。小改正更新是根据航海通告和港口航道改正通告进行的更新。主要包括:水深、锚地、航标、航行障碍物等信息的更新, 因为这类更新直接关系到船舶航行安全, 应该引起充分注意。改版更新作为不定期更新, 根据海所在区域、位置的不同, 数据测量时间间隔也各不相同, 当前, 季度改版更新、半年改版更新、年度改版更新的情况皆有存在。新版则是电子海的重新出版。(三) 密切关注海的系统稳定性电子海虽然功能强大, 但无论如何其只不过是一种助航仪器, 由于其系统本身的局限性, 当前仍然存在硬件误差、软件误差、传感器误差、测
15、量数据误差以及定位系统误差。在信息的传输、处理、显示过程中, 任何一个小的 (下转第 96 页) (上接第 154 页) 差错, 都有可能导致其信息中断、软件故障或者信号偏差, 最终导致系统失灵或失真, 从而引起船舶交通事故的发生。因此, 航海人员在使用电子海时, 绝不能对其过度依赖, 而应该充分掌握其性能, 恰当地利用其功能, 运用各种手段检验其误差, 以保证航行安全。参考文献1张东宁.可编辑的电子海系统功能拓展与应用J.交通企业管理, 2017, (09) . 2陈中元.电子海在综合船桥系统避碰技术的应用研究J.舰船科学技术, 2016, (12) . 3朱建良.电子海的安全问题及其应对的技术措施J.航海技术, 2011, (03) . 4沈毅强.电子海 (ECDIS) 的应用与发展J.航海, 2015, (11) . 5郭日益.电子海导航应用隐忧及对策J.青岛远洋船员职业学院学报, 2013, (06) .
