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1、S-57 标准电子海图及其在航海中的应用摘要：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
2、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
3、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
4、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（Electronic Navigation Chart，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（Electronic Chart Display and Information System，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
5、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
6、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（IHO）第 57 号特殊出版物数字海道测量数据传输标准，该标准被 IHO 在 S-52电子海图显示与信息系统海图内容与显示规范中
7、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儿条，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
8、 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
9、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 ISO/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
10、 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（HO）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
11、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 EIYC 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
12、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。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（IHO）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
13、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-520 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）IHO S-52 电子海图显示与信息系统海图内容与显示规范（SPECIFICATIONS FOR
14、 CHART CONTENT AND DISPLAY ASPECTS OF ECDIS）；（2）S-58 电子航海图有效性检核推荐案（Recommended ENC Validation Checks, RNC）。目前为 2003 年 10 月发布的第 2 版；（3）s-61 光栅航海图产品规范（Product Specifications for Raster Navigational Charts，RNC）。目前为 1999 年 1 月发布的第 1版；（4）S-63 IHO 数据防护模式（IHO Data Protection Scheme），目前为 2003 年 10 月发布的第 1 版
15、；（5）S-65 电子航海图生产指南（Electronic Navigation Charts（ENCS）“Production Guidance”），目前为 2005 年第 1 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-570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 版本生产数宇
16、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。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
