嚴松/中電科（寧波）海洋電子研究院有限公司

近年來，隨著電子數(shù)字技術(shù)在航海應(yīng)用方面的發(fā)展，ECDIS （電子海圖顯示與信息系統(tǒng)）在船舶航行中得到大力推廣。ECDIS是集計算機技術(shù)、信息技術(shù)和航海技術(shù)于一體的設(shè)備，可以優(yōu)化管理，實現(xiàn)更加安全高效的航行，同時有利于保護海洋環(huán)境。ECDIS被認為是繼雷達之后在船舶導(dǎo)航領(lǐng)域又一個偉大的技術(shù)革命。

ECDIS 分類

ECDIS：可使用矢量海圖，可覆蓋RCDS（光柵海圖顯示系統(tǒng)）和ECS（電子海圖系統(tǒng)），設(shè)備滿足IMO（國際海事組織）公約要求，海圖使用滿足IHO 標準（S-52，S-57等）。

RCDS：只能使用光柵海圖，光柵海圖簡單說就是紙海圖經(jīng)過掃描后的復(fù)印件。由于制作方便目前仍有一定市場。

ECS：可使用矢量海圖，可以理解為簡易版ECDIS，未經(jīng)IMO認可，根據(jù)國內(nèi)船舶法規(guī)要求在國內(nèi)船上使用，使用的海圖一般不能完全滿足IHO相關(guān)標準。

ECDIS 使用普及狀況

隨 著 MSC.282（86） 號 決 議關(guān)于SOLAS公約修正案新增Reg.V/19-2.10 條自2011年1月1日起生效，強制要求2012年7月1日及以后建造的國際航行船舶安裝使用ECDIS，對現(xiàn)有船舶也按不同船型及噸位分階段實施（圖1）。目前，過渡期最后時間即2018 年07月01日已到，按照公約要求目前所有500 總噸及以上客船，3000 總噸及以上液貨船以及10000 總噸及以上除液貨船外其他貨船應(yīng)已完成ECDIS 覆蓋安裝并使用。

據(jù)英國水道測量局（UKHO）網(wǎng)站公布資料，截止到2017年7月1日20000總噸及以上的貨船已有近四分之三按SOLAS 要求配備了ECDIS并投入使用?？紤]已到過渡期最后時刻，除了部分貨船因為還未到年度檢驗窗口期所以還未確認安裝外，可以認為ECDIS在全球適用商船船隊中已基本得到普及應(yīng)用。另外，一些小噸位的船舶，考慮ECDIS的便利性以及外部組織如BP、SHELL、CDI等組織附加要求，也加入使用ECDIS的船隊中。

ECDIS普及應(yīng)用的過程也產(chǎn)生著很多實際使用方面的問題。由于設(shè)備硬件故障，ENC（電子航行海圖）配備不及時，船員操作不熟悉，岸基支持不足等原因，造成了較多航行事故的發(fā)生。由此，各國執(zhí)法機構(gòu)均不同程度加大船旗國和港口國的檢查力度，其中以AMSA，USCG尤為關(guān)注。2017 年Tokyo Mou（東京備忘錄）展開航行設(shè)備CIC檢查將ECDIS列為重點檢查項目。由于ECDIS 的使用牽涉多方利益，產(chǎn)品商、航道組織、設(shè)計方、船東方相互關(guān)聯(lián)，所以如何讓ECDIS在船舶使用中滿足要求，發(fā)揮應(yīng)有作用將是一個系統(tǒng)問題。

圖1

ECDIS 技術(shù)標準

目前ECDIS主要技術(shù)標準分三類，分別來自IMO（國際海事組織），IHO（國際海道測量組織），IEC（國際電工委員會），分別如表1：

IMO A.817(19)，MSC.232(82)性能標準，作為IMO的ECDIS性能標準全面規(guī)定ECDIS相關(guān)要求，兩個標準也是IMO目前ECDIS 的主要性能標準。

IHO S-52，S-57，S-61，S-66等標準分別從海圖顯示，數(shù)據(jù)傳輸標準等方面進行了規(guī)定。其中S-52 與S-57 在實際應(yīng)用中被廣泛使用。IHO S-52標準規(guī)范了ECDIS顯示ENC信息時的方式，包括顏色、符號樣式、線型等一系列問題，確保了不同廠商生產(chǎn)的ECDIS顯示海圖信息的方式、基本海圖功能保持一致。IHO S-57標準用于各國航道部門之間的數(shù)字化海道測量數(shù)據(jù)的交換以及向航海人員、ECDIS生產(chǎn)商發(fā)布了這類數(shù)據(jù)標準，使各數(shù)據(jù)之間相互傳輸和交換達成了統(tǒng)一，這能確保各個國家的ENC海圖能在不同的廠家設(shè)備上正常使用。

IEC 61174標準則明確了對ECDIS設(shè)備進行測試的方法和應(yīng)該出現(xiàn)的結(jié)果，確保廠商生產(chǎn)的硬件都能符合在海上航行的要求。

實船配置方案

根據(jù)SOLAS 公約Reg.V/19-2條規(guī)定以及IMO MSC.1/Circ.1946通函統(tǒng)一解釋，船舶可以按表2方法配置海圖以滿足公約配備的要求，實船應(yīng)用可能存在以下表中共7種配置方式，其中①至⑤項在制定主用和備用關(guān)系時，船公司應(yīng)制定相應(yīng)規(guī)定，指明船上海圖主、備用關(guān)系。檢驗時將通過公司體系文件規(guī)定、船舶證書標識、船員操作進行驗證。

表1

船公司有責任指明主用和備用關(guān)系，某一臺ECDIS 或紙海圖被指明為備用，但并不意味著只有當主設(shè)備不可用時才能使用備用設(shè)備。

方案①②舉例：某7000噸化學品船，營運中安裝1臺ECDIS，示例如圖2。此種配置方案初期相對成本較低，一般中小航運公司、航線相對固定的船舶、國內(nèi)航行船舶采用較多，船舶依然需要使用紙海圖，后期依然需要管理較多紙版海圖資料，不能真正實現(xiàn)電子化。值班駕駛員工作量未能有效降低。長期來看，管理成本并未降低，但目前綜合來看屬于較為經(jīng)濟的配置。

方案③至⑤，硬件相比較方案①和②，多出一套ECDIS，兩臺ECDIS相互獨立，一般無硬件聯(lián)系，設(shè)備也可選用不同廠家的。方案前期投入較多，管理較繁瑣，后期維護比較麻煩，在ECDIS 強制使用初期，也有較多公司采用。

方案⑥舉例：某新造船，雙套ECDIS方案，無紙海圖。此種方案可理解為在上述③至⑤方案兩臺ECDIS之間加一根網(wǎng)線并取消紙海圖，主、備用ECDIS可以相互接管，一般硬件為同廠家設(shè)備。此種配置方案，相對初期投入成本較高，較多大型公司船舶采用。另外航線不固定、全球航行的船舶較多選擇此種方案。該方案可以真正實現(xiàn)無紙化海圖，有效降低船員管理海圖的工作量，提高船員工作效率。長期看，管理成本能夠有效降低。

另外對于一些高附加值船舶，如“一人橋樓船舶”，按照IBS/INS 規(guī)范要求設(shè)計的船舶，對ECDIS的設(shè)置有著更高要求。較多歐美船公司的船舶使用較早，并已逐漸推廣。

表2

ECDIS常見檢查問題與解決

以澳大利亞海事部門（AMSA）檢查ECDIS 要求來分析，船旗國檢查主要分以下幾部分：

1.船舶是否已按要求配備ECDIS

按照公約規(guī)定檢查船舶是否按規(guī)定配備ECDIS，2009 年1 月1 日之后裝船的ECDIS應(yīng)滿足經(jīng)修訂的IMO MSC.232(82)；2009 年 1 月 1 日之前裝船的ECDIS 應(yīng)滿足經(jīng)修訂的IMO A.817（19）。AMSA可以接受滿足舊標準（IMO A.817（19）的ECDIS裝船，前提是ECDIS軟件能夠保持更新到IHO（國際航道組織）最新的ECDIS標準和ENC，并能正常操作。目前，在檢查中已發(fā)現(xiàn)部分老舊ECDIS無法升級到IHO最新標準，船公司海務(wù)部門應(yīng)盡早聯(lián)系廠家進行更新，否則應(yīng)更換硬件設(shè)備。

2.證書類

⑴船舶證書

核查船舶設(shè)備安全證書，一般貨船F(xiàn)ORM-E 中記載正確。若船舶將ECDIS用于航行，則必須在FORME中記錄，若船舶需要使用紙海圖和ECDIS，兩種方式均需要在FORM-E中記錄。若ECDIS僅用于訓練，則不應(yīng)在FORM-E中記錄ECDIS，且設(shè)備上應(yīng)標注“僅用于培訓”，相應(yīng)操作文件也應(yīng)注明。按照前面介紹實際應(yīng)用的7 種方案，對應(yīng)的證書記載也都不同，實際應(yīng)注意與證書對應(yīng)。

⑵產(chǎn)品證書

相應(yīng)的ECDIS產(chǎn)品型式認可證書應(yīng)保存在船上。公約要求船上ECDIS需要持有經(jīng)過船旗

國認可的型式認可證書才能使用（型式認可證書列舉如圖3）?？梢詮男褪秸J可證書中確認ECDIS的廠家、使用限定、認可標準、檢驗結(jié)論等細節(jié)數(shù)據(jù)。

DNV-GL 型式認可證書樣本，CCS 型式認可證書樣本。

⑶船員證書

船員ECDIS培訓，分為通用類和設(shè)備培訓，根據(jù)最新STCW.7-Circ.24-rev.1 通知，按照STCW規(guī)則簽發(fā)的船員適任證書中表明符合相應(yīng)條款航行設(shè)備包括ECDIS時，持有相應(yīng)適任證書即認為滿足ECDIS通用培訓要求。而設(shè)備的培訓已從原來要求船員針對特定型號ECDIS培訓并持有廠家頒發(fā)的證書改為不再要求船員提供特定類型的ECDIS設(shè)備的培訓證明。船公司有責任確保所屬船員對船上ECDIS操作熟悉，在進行PSC 檢查時PSCO將直接觀察船員是否能夠熟練操作船上的ECDIS。這給船員及船公司管理帶來了兩方面影響，一方面，公司將不需要再費時費力費錢的去取得不同設(shè)備廠家的培訓證書，但船舶和公司需要加強對船員的培訓,使船員能夠熟練操作船上安裝的ECDIS設(shè)備。在面對外部檢查時，操作人員的實際表現(xiàn)包括熟練程度將直接影響檢查結(jié)果。

3.設(shè)備布置及性能

按照MSC.232（82）性能標準，ECDIS設(shè)備應(yīng)至少連接GPS，GYO，LOG（典型布置見圖4），以便能提供ECDIS基本功能，如：航線計劃，航線監(jiān)測，避碰等。對于后備裝置為ECDIS，應(yīng)確保主、備用ECDIS能相互獨立，并在主設(shè)備故障后，數(shù)據(jù)能迅速被備用設(shè)備接管。一般船公司應(yīng)采用同一廠家的ECDIS設(shè)備，否則，不同廠家之間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議及標準不同，將不能實現(xiàn)上述連接及接管功能。

4.軟件及海圖（ENC）更新

及時準確的保持船上ENC數(shù)據(jù)最新是船公司管理尤其面對外部檢查時應(yīng)關(guān)注的。公司應(yīng)保持ECDIS 設(shè)備中的預(yù)定航程的ENC為最新。

一般ECDIS 能通過計算機安裝的軟件接收ENC數(shù)據(jù)，ENC通常使用光盤或者網(wǎng)絡(luò)連接通過郵件定期更新，在線服務(wù)“Admiralty e-Navigator”已經(jīng)很普遍。船舶在開航前，準備航次計劃時一定要確保預(yù)訂航線的ENC已更新。

另外，AMSA不接受任何形式的紙質(zhì)海圖復(fù)印件和掃描件，所有需要配備的紙質(zhì)海圖必須為正版海圖。即便是船舶臨時更改航線，船公司必須保證赴澳船舶配備正版的紙質(zhì)海圖，并按照批準的航行計劃進行標繪。

ECDIS使用的ENC是矢量電子海圖，相對于RNC（光柵航行海圖），ENC數(shù)據(jù)由政府授權(quán)的航道測量機構(gòu)或政府機構(gòu)發(fā)布，符合IHO的標準，只有基于ENC，ECDIS才能正確充分的發(fā)揮ECDIS的航線監(jiān)測功能。但是有些區(qū)域或航線還沒有發(fā)布ENC數(shù)據(jù)的海圖，只有RNC（例如中國南海地區(qū)），只有這時才能使用RNC數(shù)據(jù)。公司應(yīng)充分了解相關(guān)航線情況，并了解港口國要求，比如澳大利亞周邊已全部覆蓋ENC數(shù)據(jù)，在澳大利亞周邊不允許使用RNC數(shù)據(jù)。

圖3：CCS 型式認可證書樣本

5.船員操作熟悉程度

根據(jù)STCW公約（海員培訓、發(fā)證和值班標準國際公約）規(guī)定，裝有ECDIS船舶的船長和高級船員必須通過相關(guān)的ECDIS知識培訓，主要由“通用培訓“和“特定設(shè)備熟悉性培訓”兩部分組成。“通用培訓”是指根據(jù)IMO模型課程對船員進行ECDIS基本介紹和相關(guān)知識的培訓，使船員掌握基本的ECDIS概念和操作，此類培訓大多由各國官方認可的培訓學?；驒C構(gòu)進行授課培訓。特定設(shè)備熟悉性培訓是按照廠家以及適用型號的要求對船上已安裝的ECDIS進行培訓。

6.船舶SMC體系文件是否有相應(yīng)要求

公司SMS文件應(yīng)就船長、駕駛員設(shè)備培訓建立一整套完成的控制文件（包括程序、培訓計劃、培訓質(zhì)量控制須知、培訓效果確認清單），確保參加完培訓后，船長、駕駛員能夠真正熟練操作ECDIS，包括ECDIS備份裝置、外接信號源及外圍設(shè)備操作。設(shè)備培訓證據(jù)除了保存在船公司外，船上也應(yīng)保留對應(yīng)的設(shè)備培訓證據(jù)，以供檢查。

ECDIS 船舶應(yīng)用中的待解決問題

1.不同設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸，信號兼容性

ECDIS是一個集成各類傳感器信號的設(shè)備，那么必然會面臨信號兼容性的問題。雖然目前很多串口信號都有了規(guī)范格式（NMEA語句）語句，但雷達數(shù)據(jù)圖像和自動舵數(shù)據(jù)信號的兼容性依舊是困擾各大廠商的難題，由于船上可能安裝了不同于該船ECDIS生產(chǎn)商品牌的雷達，特別是在一些老船上，安裝的都是上一代的雷達設(shè)備，因此雷達圖像疊加到ECDIS屏幕上幾乎成為一件不可能的事情，即便使用市面上所謂的視頻處理卡，但由于沒經(jīng)過足夠的穩(wěn)定測試與船級社認可，實際效果比如畫面穩(wěn)定性、畫面航向保持等不盡如人意。因此船東如果想要使用這一功能，在挑選ECDIS廠家品牌問題上就有了一定的限制，要么選擇與雷達同品牌的ECDIS生產(chǎn)商，要么更換雷達，使其與ECDIS品牌保持一致，總之，這一問題大大減弱了ECDIS 疊加雷達圖像的這一功能。實際應(yīng)用中，老船在加裝ECDIS時候往往只能選擇連接基本的電羅經(jīng)、GPS、計程儀信號。對于雷達信號往往只能選擇只接入雷達ARPA信號。同樣自動舵連接也存在類似的問題，不同品牌的ECDIS制造商都有自己所合作的自動舵品牌廠 商，只有使用這些品牌的自動舵，才能實現(xiàn)ECDIS的TCS（路徑操控系統(tǒng)）功能，因此現(xiàn)在很多船東的船隊都沒能真正使用上ECDIS這一獨有的強大功能。由于這涉及到各品牌技術(shù)保密問題，這類問題目前來講還沒有找到完美的解決方案。所以最新的IEC61174:2015標準也只能要求，滿足此標準的ECDIS 應(yīng)有能力連接船上BNWAS、VDR、BAM、雷達等設(shè)備。

2.設(shè)備硬件、軟件穩(wěn)定性

ECDIS設(shè)備本身，說簡單就是一臺計算機。硬件相對于雷達、自動舵等傳統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)備本身成本并不高。但實際成套終端的價格并不便宜。這是因為ECDIS是近幾年新興的法定航行設(shè)備，擁有自己專利產(chǎn)品的廠家主要還是那些傳統(tǒng)老牌通導(dǎo)廠家，如雷神安修斯、水手、斯伯利、古野、JRC 等等。廠家前期投入的研發(fā)成本，后期還要持續(xù)提供設(shè)備、軟件服務(wù)都是需要資金支持，所以主流廠家依然手握定價權(quán)。另一方面，隨著我國造船及航運業(yè)發(fā)展，我們自主品牌在ECDIS研究方面正在不斷突破取得成績，以海蘭信、新諾、航科等廠家為代表的國內(nèi)通導(dǎo)廠家，這幾年均研發(fā)出不少性價比不錯的產(chǎn)品。這給船東選型提供了多種選擇。船東在選擇ECDIS產(chǎn)品，需要綜合考慮設(shè)備價格、使用性能、后期軟件及硬件維護等等，而絕對不能僅僅考慮設(shè)備的價格因素。因此選擇一個合適的品牌廠商極為重要，通常來說一些知名的老牌設(shè)備生產(chǎn)商都早已在全球建立起自己的維修網(wǎng)絡(luò)，這些服務(wù)提供商都經(jīng)過生產(chǎn)商的嚴格把關(guān)，無論是備件，還是技術(shù)都有一定的保障。

軟件問題。隨著ECDIS的功能不斷強大，設(shè)備內(nèi)部的海圖數(shù)據(jù)和信號數(shù)據(jù)越來越多。長期運行，或是被病毒攻擊，或是數(shù)據(jù)偏差，或是運行速度變慢這些在日常電腦中常常發(fā)生的問題，同樣也會發(fā)生在ECDIS上。這時，軟件的自我修復(fù)能力，友好性等都直接關(guān)系著船舶航行安全。好的設(shè)備絕不應(yīng)該因為一些小的BUG而導(dǎo)致設(shè)備癱瘓。而另一方面，船東和船員也應(yīng)該時刻關(guān)心相關(guān)軟件的升級補丁，確保船上使用的軟件保持最新版本，最大程度的降低軟件方面的風險。

如果說設(shè)備軟件出現(xiàn)問題有時還能自行修復(fù)或重置，那么設(shè)備硬件出現(xiàn)故障才是令船東和船員真正頭痛的問題，這一問題的產(chǎn)生將直接導(dǎo)致ECDIS無法正常運行，特別是跑全球航線的船舶，如果無法得到強有力岸基服務(wù)的話，一旦發(fā)生硬件故障，ECDIS將在航行期間很長的一段時間內(nèi)得不到修復(fù)，從而影響船舶航行的安全性。同時這也可能面臨被港口國檢查扣船的風險，使船東遭受重大的經(jīng)濟損失。一般對于設(shè)備的電磁兼容性、防護等級、抗干擾能力等船東在選型時應(yīng)特別考慮。

3. 公司岸基支持及管理

公司除了對ECDIS選型、后期維護負有絕對責任外，對船舶日常航行使用中的管理尤為重要。管理中應(yīng)關(guān)注以下方面：

①報警值設(shè)置，不應(yīng)隨意取消或忽略報警。安全水深設(shè)置應(yīng)充分考慮船舶富裕水深和艉下沉。為了提高ECDIS對航行的安全性，公司體系文件建議設(shè)置安全水深時應(yīng)遵循公式：安全水深=吃水+富余水深=船體下沉量-潮高。所有的信息都應(yīng)該被清楚的顯示出來。應(yīng)堅持完善并監(jiān)督船舶報告制度、船員交接班管理制度。

②ECDIS數(shù)據(jù)導(dǎo)出及導(dǎo)入應(yīng)使用專用U盤，杜絕其他U盤或光盤插入ECDIS 設(shè)備主機，避免感染病毒。

③不可忽視傳統(tǒng)的視覺了望，駕駛員必須利用多種手法核查ECDIS 的船位偏差、測距誤差、方位誤差、顯示的地理、水文等數(shù)據(jù)的誤差，并將結(jié)果備案。不能單靠ECDIS作出航行決定，采用傳統(tǒng)的航行技術(shù)（如目測定位，雷達定位）來確認ECDIS上顯示了正確的船位。應(yīng)該經(jīng)常將ECDIS顯示的資料與紙質(zhì)海圖的資料進行核對，如果ECDIS顯示內(nèi)容與紙質(zhì)海圖有差別，以紙質(zhì)海圖為準。

未來發(fā)展趨勢

1. IHO S-100系列標準研究并最終替代S-57標準

IHO S-57規(guī)范從1992年05月被采用至今，逐漸成為ENC的格式標準，最后一版已于2000 年被凍結(jié)不再更新直至該標準不再被使用。S-57標準由于自身的封閉性、復(fù)雜性導(dǎo)致無法滿足日益增長的需求。IHO于2001 年組織計劃開發(fā)新的數(shù)據(jù)模型S-10X，S-100是S57的替代標準，但目前基本還在框架研究階段，計劃2020年停止使用S-57標準。S-100系列標準提供了更加豐富的海圖動態(tài)要素、更豐富的圖示目錄、更豐富的幾何模型、信息和其他一些復(fù)雜屬性。這一標準的更替將加強ECDIS的數(shù)據(jù)可視化效果，提高駕駛員操作體驗。

圖5

2. 綜合駕駛系統(tǒng)（IBS）以及綜合導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）逐步普及。

隨著近些年綜合駕駛系統(tǒng)（IBS）逐漸被應(yīng)用到船舶駕駛中，越來越多的通導(dǎo)廠家、設(shè)計方、船東開始將這一模式運用到現(xiàn)代化的船舶駕駛方式中。按照IBS 設(shè)計應(yīng)用的船舶典型駕駛布置如圖5。傳統(tǒng)駕駛各種報警、通導(dǎo)設(shè)備各自單獨運行，按照IBS設(shè)計，船上的各種信號將被整合集中顯示，成為一個系統(tǒng)，并影響船舶駕駛。Multi-Function-Displays（MFD）系統(tǒng)作為典型的人機交互界面解決方案，已有很多有實力的老牌通導(dǎo)廠家參與研發(fā)。在這一方式下，雷達、ECDIS、GPS、自動舵等設(shè)備融為一體，在幾臺綜合計算機的運行下，通過網(wǎng)絡(luò)總線將信息匯聚。這一模式給駕駛帶來了靈活的監(jiān)測、導(dǎo)航、操縱模式，加強了數(shù)據(jù)管理。圖6和圖7為FURUNO開發(fā)的VOYAGER系統(tǒng)。

ECDIS成為船舶航行重要的助航設(shè)備已經(jīng)不可逆，面對日益復(fù)雜的航行環(huán)境、船舶高度自動化趨勢，以及越來越嚴格的港口國檢查。船員的工作量越來越大。ECDIS在給公司及船員提供便利的同時，需要各方快速適應(yīng)和熟悉。鑒于目前ENC數(shù)據(jù)還不夠全面，部分設(shè)備布置還不能完全滿足法定要求，部分公司和船員對ECDIS及其操作還不熟悉。船東或管理公司應(yīng)加強體系執(zhí)行及管理，在保證安全的前提下，加強培訓，優(yōu)化管理，方能讓ECDIS盡早解放船員、提高工作效率。未來ECDIS發(fā)展一定會向集成度更高、易用性更好的方向發(fā)展，并切實提高船舶航行安全?！?/p>