賴 力

（廣東省航海學(xué)會(huì)，廣州, 510006）

1 前言

智能船舶是未來船舶發(fā)展的重點(diǎn)方向。在CCS《智能船舶規(guī)范》中，智能航行的基本概念是：利用相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，為船舶航行提供航路與航速設(shè)計(jì)和優(yōu)化的決策建議，在不同航行場景和復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)船舶的自主航行；通過海圖服務(wù)軟件裝載電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）的場景感知設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)自主航行基本功能的關(guān)鍵要素之一。

基于S-63 數(shù)據(jù)保護(hù)方案的國內(nèi)首款自主研發(fā)并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代電子海圖服務(wù)軟件，打破了國外軟件長期以來的壟斷局面，作為粵港澳大灣區(qū)航運(yùn)科技發(fā)展的重要成果之一，為推進(jìn)我國智能船舶的發(fā)展發(fā)揮積極的作用。我國作為世界海運(yùn)大國，海運(yùn)規(guī)模不斷發(fā)展，船員規(guī)模已位居全球第一，開發(fā)適用于中國未來智能船隊(duì)和中國船員的海圖服務(wù)軟件具有重要的意義。

2 海圖軟件現(xiàn)狀

目前符合國際海道測量組織S-57 標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖服務(wù)軟件大部分是國外產(chǎn)品，且大部分軟件僅能滿足海圖的選購和更新的功能要求，而岸端海務(wù)管理功能較為欠缺。我國商用電子海圖服務(wù)軟件的研發(fā)雖然起步較晚，在國家出臺(tái)《智能航運(yùn)發(fā)展指導(dǎo)意見》的背景下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)嚴(yán)格遵循國際海道測量組織（IHO）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在功能設(shè)計(jì)上充分考慮了岸端海務(wù)管理、全球客戶通用等多種需求，通過研發(fā)設(shè)計(jì)了多個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件模塊，提供海圖選購、海圖更新、海圖顯示、船運(yùn)公司審核與結(jié)算管理等多種功能集成一體的本土化解決方案。

2020 年10 月，我國首款自主研發(fā)并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電子海圖服務(wù)軟件（以下簡稱“該軟件”），在第三屆灣區(qū)港航發(fā)展論壇中首次公開亮相。

3 系統(tǒng)框架及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)由應(yīng)用船端和岸端服務(wù)及應(yīng)用前端等部分組成：應(yīng)用船端主要是安裝在船上給船員使用，用來進(jìn)行電子海圖與電子圖書的采購、數(shù)據(jù)更新及下載等內(nèi)容；單端服務(wù)對(duì)接各個(gè)電子海圖及電子圖書供應(yīng)商的服務(wù)平臺(tái)，將不同供應(yīng)商服務(wù)平臺(tái)接口接入后，統(tǒng)一規(guī)劃、部署成遵循同樣規(guī)范的接口，并提供給船端軟件和岸端服務(wù)使用；應(yīng)用前端部分提供在線選圖、航線審批、訂單處理等多個(gè)功能模塊。整個(gè)系統(tǒng)模塊可以抽象成應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層/接口層以及數(shù)據(jù)層三層架構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

（1）應(yīng)用層

應(yīng)用層包含桌面應(yīng)用船端軟件以及前端應(yīng)用兩大塊：船端軟件目前整體采用C++語言開發(fā)，支持windows 7 及以上操作系統(tǒng)；船端軟件主要是針對(duì)船舶工作人員，可以利用該軟件進(jìn)行必要的電子海圖及電子圖書的訂購、電子海圖及電子圖書的數(shù)據(jù)更新與下載，確保航行過程中的數(shù)據(jù)服務(wù)；前端應(yīng)用主要是針對(duì)船舶公司的海務(wù)管理人員、電子海圖及電子圖書等產(chǎn)品的代理服務(wù)人員。海務(wù)管理人員利用前端應(yīng)用可以方便的對(duì)本公司的船舶的航行計(jì)劃進(jìn)行審核，查看船舶電子海圖及電子圖書的訂購情況及對(duì)訂單進(jìn)行審批和檢查；代理服務(wù)人員利用前端應(yīng)用可以進(jìn)行產(chǎn)品訂購、賬單管理，以及對(duì)船舶的數(shù)據(jù)更新進(jìn)行服務(wù)，對(duì)于無法通過網(wǎng)絡(luò)使用船端應(yīng)用的客戶，提供郵件發(fā)送數(shù)據(jù)等服務(wù)。

（2）網(wǎng)絡(luò)層/接口層

岸端服務(wù)與應(yīng)用層之間采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)中常用的HTTP 協(xié)議，應(yīng)用層請(qǐng)求指定端口的TCP 連接訪問岸端服務(wù)。為了保證數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性，接口服務(wù)需要應(yīng)用層提供TOKEN 字段進(jìn)行合法性驗(yàn)證。

（3）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MySQL 搭建而成，數(shù)據(jù)庫需要存儲(chǔ)電子海圖的圖幅數(shù)據(jù)信息、電子圖書的圖幅數(shù)據(jù)信息、用戶信息、船舶信息、航線數(shù)據(jù)，用戶日志等數(shù)據(jù)信息。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

（1）通過線段緩沖區(qū)域和半徑弧度環(huán)形區(qū)域自動(dòng)生成算法，將航線的左右偏航距離及轉(zhuǎn)彎區(qū)域?qū)崟r(shí)標(biāo)繪在圖層上，設(shè)置航線的左右偏航距離和回旋區(qū)域大小，以及在航線內(nèi)對(duì)航路點(diǎn)進(jìn)行增刪、移動(dòng)操作；

（2）通過構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的航線數(shù)據(jù)模型，將航線點(diǎn)導(dǎo)入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型中，并細(xì)分不同種類的航路點(diǎn)數(shù)據(jù)格式，重新進(jìn)行編碼，從而實(shí)現(xiàn)不同品牌相對(duì)應(yīng)的航路點(diǎn)文件導(dǎo)入導(dǎo)出功能；

（3）通過海圖數(shù)據(jù)的多圖層疊加標(biāo)繪、比例尺分級(jí)顯示等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品圖框的顯示功能；

（4）通過多路徑緩沖區(qū)與產(chǎn)品區(qū)域的疊加判斷，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品根據(jù)航線的自動(dòng)選取功能。

4 功能優(yōu)勢和應(yīng)用前景

4.1 功能優(yōu)勢

對(duì)比國外的同類軟件，該軟件在功能設(shè)計(jì)上具備以下優(yōu)勢：

（1）設(shè)置了中英文雙語操作界面，轉(zhuǎn)換方便，體現(xiàn)了該軟件立足服務(wù)中國船員、面向全球通用的功能設(shè)計(jì)理念；

（2）可同時(shí)支持英國皇家航道測量局、中國海軍航道測量局和中國海事局發(fā)行的海圖數(shù)據(jù)，是目前全球唯一的一款同時(shí)支持中文版和英文版海圖數(shù)據(jù)選購和更新的軟件；

（3）可提供個(gè)性化的定制服務(wù)，融入了岸端管理功能，滿足船運(yùn)公司管理體系要求，提高工作效率；

（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大陸境內(nèi)，確保安全；

（5）該軟件在有效滿足船舶航行安全的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)用戶需求更貼近地支持船舶智能航行的技術(shù)要求，同時(shí)還能為用戶降低船舶海圖采購成本。

4.2 功能概覽

該軟件設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面簡明清晰，設(shè)置為九宮格的功能窗口，功能齊全，船員操作簡便。

該軟件九項(xiàng)功能分別是：

（1）圖書目錄同步信息（對(duì)船舶的庫存、產(chǎn)品目錄等進(jìn)行更新）；

（2）電子海圖更新下載（對(duì)電子海圖數(shù)據(jù)、臨時(shí)通告航行警報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新）；

（3）電子海圖導(dǎo)出（可導(dǎo)出完整數(shù)據(jù)包，也可以根據(jù)更新期數(shù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)）；

（4）選圖下單（進(jìn)入選圖界面）；

（5）電子圖書更新下載（下載查閱ADP、ENP基礎(chǔ)數(shù)據(jù)）；

（6）電子圖書導(dǎo)出（導(dǎo)出已下載的電子圖書數(shù)據(jù)）；

（7）訂單管理（對(duì)創(chuàng)建的海圖、圖書訂單進(jìn)行管理，可上傳回執(zhí)）；

（8）報(bào)表統(tǒng)計(jì)（導(dǎo)出圖號(hào)，取消替代明細(xì)、電子海圖數(shù)據(jù)證書、數(shù)據(jù)下載更新狀況等報(bào)表）；

（9）U 盤同步（提供專用的U 盤與軟件綁定，更新數(shù)據(jù)只會(huì)在原有U 盤內(nèi)進(jìn)行增減，可減少每次導(dǎo)出數(shù)據(jù)的時(shí)間）。

該軟件的核心技術(shù)支持，是采用獨(dú)創(chuàng)技術(shù)開發(fā)的電子海圖航線規(guī)劃軟件、電子海圖分包打包下載軟件、U 盤數(shù)據(jù)自動(dòng)備份軟件、航海保障信息服務(wù)平臺(tái)后臺(tái)管理軟件、航海保障信息服務(wù)平臺(tái)船端軟件等多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件模塊，不但能確保九項(xiàng)功能的正常安全使用，還可幫助用戶提高操作（選項(xiàng)）的智能化決策水平。

該軟件在選圖可靠性、數(shù)據(jù)完整性和有效性等方面都經(jīng)過UKHO 嚴(yán)格的測試，并獲得技術(shù)認(rèn)可，可有效避免因缺圖、漏圖等產(chǎn)生的問題。而且軟件符合計(jì)算機(jī)軟件配置管理計(jì)劃規(guī)范GB/T12505-90、計(jì)算機(jī)軟件質(zhì)量保證計(jì)劃規(guī)范GB/T12504-90、信息技術(shù)軟件包質(zhì)量要求和測試 GB/T 17544-1998 等標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 支持智能航行功能

智能航行的基本要求是航路設(shè)計(jì)和優(yōu)化。該軟件的航線規(guī)劃功能可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)智能優(yōu)選航線，例如：圖書目錄同步信息功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)海圖產(chǎn)品目錄、船舶的庫存等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，并確保目錄在最新數(shù)據(jù)版本下進(jìn)行有效、快速地選購海圖和圖書，根據(jù)用戶需求自動(dòng)生成訂單。

當(dāng)用戶接到任務(wù)確定航線后，該功能支持手動(dòng)繪制航線、自動(dòng)推薦航線、歷史航線、常見品牌ECDIS航線文件導(dǎo)入等方法進(jìn)行航線選圖；能精準(zhǔn)匹配船舶庫存，幫助船員判斷航線內(nèi)到期海圖狀態(tài)，避免重復(fù)購買；系統(tǒng)內(nèi)置了多個(gè)海圖數(shù)據(jù)供應(yīng)源，包括中國海軍航保局（CNHO）、中國海事局（MSA）以及英國海軍水道測量局（UKHO）。在國內(nèi)海域使用中國的海圖數(shù)據(jù)和水文信息等數(shù)據(jù)更加精確，費(fèi)用更加便宜。

實(shí)現(xiàn)船岸數(shù)據(jù)交互是智能船舶重要指標(biāo)之一，該軟件可以根據(jù)各船運(yùn)公司實(shí)際提供個(gè)性化支持，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成航次計(jì)劃表等信息并提交到岸端系統(tǒng)。船運(yùn)公司或海務(wù)主管部門，可實(shí)時(shí)查閱船舶動(dòng)態(tài)、訂單金額、訂單航線、航線缺失海圖情況及航線水域的海圖信息等，對(duì)船舶訂單、船舶航線、航次計(jì)劃等進(jìn)行確認(rèn)審批。

該軟件系統(tǒng)不但為審批人員提供了可視化操作場景，還針對(duì)航線訂單可復(fù)選的特殊選項(xiàng)來判斷是否有漏買海圖的情況，并且可更快捷地判斷航線海圖是否滿足航行要求，提高了船岸數(shù)據(jù)交互的智能化，有利于對(duì)航線規(guī)劃操作風(fēng)險(xiǎn)的防范。

此外，岸端系統(tǒng)還提供AIS 船位監(jiān)控、歷史軌跡查詢、計(jì)劃航線和實(shí)際軌跡的偏差分析、水文氣象、海盜區(qū)、特戰(zhàn)區(qū)的提醒以及航警提醒等安全管理的輔助功能，很大程度地確保了船舶符合安全航行和智能航行相關(guān)規(guī)范的要求。

4.4 數(shù)據(jù)更新

該軟件充分考慮了船舶網(wǎng)絡(luò)通信的情況，提供了多種更新方式，可避免因目錄未更新而導(dǎo)致的海圖漏買或錯(cuò)買等問題，確保順利通過PSC 檢查；更新下載的數(shù)據(jù)均為增量更新，只對(duì)增改的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整并通過特殊方式壓縮發(fā)送到船上，可有效減少下載的海圖數(shù)據(jù)量，節(jié)約通信成本。

在網(wǎng)絡(luò)暢通、流量充足的情況下，可設(shè)置為無人值守的自動(dòng)更新模式，只需打開軟件等待即可；在網(wǎng)絡(luò)暢通、流量有限的情況下，可設(shè)置為手動(dòng)更新模式，可根據(jù)當(dāng)前需求自主選擇需要更新的庫存數(shù)據(jù)；在網(wǎng)絡(luò)不暢通的情況下，可采用傳統(tǒng)的郵件更新模式，通過郵箱發(fā)送更新請(qǐng)求到服務(wù)器，生成郵件數(shù)據(jù)包后手動(dòng)更新；此外，還支持導(dǎo)入Permit，使用AVCS 光盤進(jìn)行更新后，再用網(wǎng)絡(luò)或郵箱進(jìn)行補(bǔ)充更新。

4.5 海圖和圖書顯示

該軟件支持安裝船舶庫存海圖的數(shù)據(jù)，可支持包括CNHO、MSA 及UKHO 在內(nèi)的所有S-63 格式海圖顯示；軟件按照IHO 文件要求，提供與ECDIS 一致的三種顯示模式供船員查閱；還支持在海圖顯示的基礎(chǔ)上，疊加包括無線電信號(hào)書、燈標(biāo)霧號(hào)表、潮汐表的圖標(biāo)及數(shù)據(jù)，大大加強(qiáng)了使用期間的便捷性和安全性；假設(shè)在兩臺(tái)ECDIS 均發(fā)生故障的極端情況下，可使用該軟件查看電子海圖，可為船舶提供臨時(shí)可靠的航行參考，確保船舶安全航行到港口后修理電子海圖機(jī)。

4.6 應(yīng)用前景

綜合上述可見，該軟件的功能設(shè)計(jì)覆蓋了從船舶接到航行任務(wù)，到規(guī)劃航線、選購海圖、船運(yùn)公司審核、數(shù)據(jù)傳輸、確認(rèn)審批、訂單結(jié)算等業(yè)務(wù)全過程，實(shí)現(xiàn)了海圖業(yè)務(wù)的智能化管理，極大地提高了用戶的運(yùn)作效率，也降低了差錯(cuò)率。該軟件自公開亮相以來，已經(jīng)在52 家船公司、400 多艘遠(yuǎn)洋商船上安裝使用，其安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀況和智能、友好的操作體驗(yàn)，獲得了船東的認(rèn)可，受到了廣大船員的歡迎，應(yīng)用前景廣闊。

5 結(jié)束語

我國首款自主研發(fā)并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電子海圖服務(wù)軟件，獲得了英國海軍水道測量局（UKHO）的技術(shù)認(rèn)可。該軟件能夠?yàn)橛脩籼峁﹤€(gè)性化支持，可成為各類型船舶優(yōu)選和值得信賴的海圖服務(wù)軟件，尤其是該軟件具有支持船舶智能航行的核心技術(shù)保障，順應(yīng)國家大力發(fā)展智能船舶，加快信息技術(shù)、智能技術(shù)與船舶技術(shù)跨界融合應(yīng)用的要求。該軟件的不斷推廣應(yīng)用，將會(huì)為推進(jìn)我國智能船舶發(fā)展發(fā)揮積極的作用。