ECDIS 应用现状与要点分析

严松/中电科（宁波）海洋电子研究院有限公司

近年来，随着电子数字技术在航海应用方面的发展，ECDIS （电子海图显示与信息系统）在船舶航行中得到大力推广。ECDIS是集计算机技术、信息技术和航海技术于一体的设备，可以优化管理，实现更加安全高效的航行，同时有利于保护海洋环境。ECDIS被认为是继雷达之后在船舶导航领域又一个伟大的技术革命。

ECDIS 分类

ECDIS：可使用矢量海图，可覆盖RCDS（光栅海图显示系统）和ECS（电子海图系统），设备满足IMO（国际海事组织）公约要求，海图使用满足IHO 标准（S-52，S-57等）。

RCDS：只能使用光栅海图，光栅海图简单说就是纸海图经过扫描后的复印件。由于制作方便目前仍有一定市场。

ECS：可使用矢量海图，可以理解为简易版ECDIS，未经IMO认可，根据国内船舶法规要求在国内船上使用，使用的海图一般不能完全满足IHO相关标准。

ECDIS 使用普及状况

随 着 MSC.282（86） 号 决 议关于SOLAS公约修正案新增Reg.V/19-2.10 条自2011年1月1日起生效，强制要求2012年7月1日及以后建造的国际航行船舶安装使用ECDIS，对现有船舶也按不同船型及吨位分阶段实施（图1）。目前，过渡期最后时间即2018 年07月01日已到，按照公约要求目前所有500 总吨及以上客船，3000 总吨及以上液货船以及10000 总吨及以上除液货船外其他货船应已完成ECDIS 覆盖安装并使用。

据英国水道测量局（UKHO）网站公布资料，截止到2017年7月1日20000总吨及以上的货船已有近四分之三按SOLAS 要求配备了ECDIS并投入使用。考虑已到过渡期最后时刻，除了部分货船因为还未到年度检验窗口期所以还未确认安装外，可以认为ECDIS在全球适用商船船队中已基本得到普及应用。另外，一些小吨位的船舶，考虑ECDIS的便利性以及外部组织如BP、SHELL、CDI等组织附加要求，也加入使用ECDIS的船队中。

ECDIS普及应用的过程也产生着很多实际使用方面的问题。由于设备硬件故障，ENC（电子航行海图）配备不及时，船员操作不熟悉，岸基支持不足等原因，造成了较多航行事故的发生。由此，各国执法机构均不同程度加大船旗国和港口国的检查力度，其中以AMSA，USCG尤为关注。2017 年Tokyo Mou（东京备忘录）展开航行设备CIC检查将ECDIS列为重点检查项目。由于ECDIS 的使用牵涉多方利益，产品商、航道组织、设计方、船东方相互关联，所以如何让ECDIS在船舶使用中满足要求，发挥应有作用将是一个系统问题。

图1

ECDIS 技术标准

目前ECDIS主要技术标准分三类，分别来自IMO（国际海事组织），IHO（国际海道测量组织），IEC（国际电工委员会），分别如表1：

IMO A.817(19)，MSC.232(82)性能标准，作为IMO的ECDIS性能标准全面规定ECDIS相关要求，两个标准也是IMO目前ECDIS 的主要性能标准。

IHO S-52，S-57，S-61，S-66等标准分别从海图显示，数据传输标准等方面进行了规定。其中S-52 与S-57 在实际应用中被广泛使用。IHO S-52标准规范了ECDIS显示ENC信息时的方式，包括颜色、符号样式、线型等一系列问题，确保了不同厂商生产的ECDIS显示海图信息的方式、基本海图功能保持一致。IHO S-57标准用于各国航道部门之间的数字化海道测量数据的交换以及向航海人员、ECDIS生产商发布了这类数据标准，使各数据之间相互传输和交换达成了统一，这能确保各个国家的ENC海图能在不同的厂家设备上正常使用。

IEC 61174标准则明确了对ECDIS设备进行测试的方法和应该出现的结果，确保厂商生产的硬件都能符合在海上航行的要求。

实船配置方案

根据SOLAS 公约Reg.V/19-2条规定以及IMO MSC.1/Circ.1946通函统一解释，船舶可以按表2方法配置海图以满足公约配备的要求，实船应用可能存在以下表中共7种配置方式，其中①至⑤项在制定主用和备用关系时，船公司应制定相应规定，指明船上海图主、备用关系。检验时将通过公司体系文件规定、船舶证书标识、船员操作进行验证。

表1

船公司有责任指明主用和备用关系，某一台ECDIS 或纸海图被指明为备用，但并不意味着只有当主设备不可用时才能使用备用设备。

方案①②举例：某7000吨化学品船，营运中安装1台ECDIS，示例如图2。此种配置方案初期相对成本较低，一般中小航运公司、航线相对固定的船舶、国内航行船舶采用较多，船舶依然需要使用纸海图，后期依然需要管理较多纸版海图资料，不能真正实现电子化。值班驾驶员工作量未能有效降低。长期来看，管理成本并未降低，但目前综合来看属于较为经济的配置。

方案③至⑤，硬件相比较方案①和②，多出一套ECDIS，两台ECDIS相互独立，一般无硬件联系，设备也可选用不同厂家的。方案前期投入较多，管理较繁琐，后期维护比较麻烦，在ECDIS 强制使用初期，也有较多公司采用。

方案⑥举例：某新造船，双套ECDIS方案，无纸海图。此种方案可理解为在上述③至⑤方案两台ECDIS之间加一根网线并取消纸海图，主、备用ECDIS可以相互接管，一般硬件为同厂家设备。此种配置方案，相对初期投入成本较高，较多大型公司船舶采用。另外航线不固定、全球航行的船舶较多选择此种方案。该方案可以真正实现无纸化海图，有效降低船员管理海图的工作量，提高船员工作效率。长期看，管理成本能够有效降低。

另外对于一些高附加值船舶，如“一人桥楼船舶”，按照IBS/INS 规范要求设计的船舶，对ECDIS的设置有着更高要求。较多欧美船公司的船舶使用较早，并已逐渐推广。

表2

ECDIS常见检查问题与解决

以澳大利亚海事部门（AMSA）检查ECDIS 要求来分析，船旗国检查主要分以下几部分：

1.船舶是否已按要求配备ECDIS

按照公约规定检查船舶是否按规定配备ECDIS，2009 年1 月1 日之后装船的ECDIS应满足经修订的IMO MSC.232(82)；2009 年 1 月 1 日之前装船的ECDIS 应满足经修订的IMO A.817（19）。AMSA可以接受满足旧标准（IMO A.817（19）的ECDIS装船，前提是ECDIS软件能够保持更新到IHO（国际航道组织）最新的ECDIS标准和ENC，并能正常操作。目前，在检查中已发现部分老旧ECDIS无法升级到IHO最新标准，船公司海务部门应尽早联系厂家进行更新，否则应更换硬件设备。

2.证书类

⑴船舶证书

核查船舶设备安全证书，一般货船FORM-E 中记载正确。若船舶将ECDIS用于航行，则必须在FORME中记录，若船舶需要使用纸海图和ECDIS，两种方式均需要在FORM-E中记录。若ECDIS仅用于训练，则不应在FORM-E中记录ECDIS，且设备上应标注“仅用于培训”，相应操作文件也应注明。按照前面介绍实际应用的7 种方案，对应的证书记载也都不同，实际应注意与证书对应。

⑵产品证书

相应的ECDIS产品型式认可证书应保存在船上。公约要求船上ECDIS需要持有经过船旗

国认可的型式认可证书才能使用（型式认可证书列举如图3）。可以从型式认可证书中确认ECDIS的厂家、使用限定、认可标准、检验结论等细节数据。

DNV-GL 型式认可证书样本，CCS 型式认可证书样本。

⑶船员证书

船员ECDIS培训，分为通用类和设备培训，根据最新STCW.7-Circ.24-rev.1 通知，按照STCW规则签发的船员适任证书中表明符合相应条款航行设备包括ECDIS时，持有相应适任证书即认为满足ECDIS通用培训要求。而设备的培训已从原来要求船员针对特定型号ECDIS培训并持有厂家颁发的证书改为不再要求船员提供特定类型的ECDIS设备的培训证明。船公司有责任确保所属船员对船上ECDIS操作熟悉，在进行PSC 检查时PSCO将直接观察船员是否能够熟练操作船上的ECDIS。这给船员及船公司管理带来了两方面影响，一方面，公司将不需要再费时费力费钱的去取得不同设备厂家的培训证书，但船舶和公司需要加强对船员的培训,使船员能够熟练操作船上安装的ECDIS设备。在面对外部检查时，操作人员的实际表现包括熟练程度将直接影响检查结果。

3.设备布置及性能

按照MSC.232（82）性能标准，ECDIS设备应至少连接GPS，GYO，LOG（典型布置见图4），以便能提供ECDIS基本功能，如：航线计划，航线监测，避碰等。对于后备装置为ECDIS，应确保主、备用ECDIS能相互独立，并在主设备故障后，数据能迅速被备用设备接管。一般船公司应采用同一厂家的ECDIS设备，否则，不同厂家之间的数据传输协议及标准不同，将不能实现上述连接及接管功能。

4.软件及海图（ENC）更新

及时准确的保持船上ENC数据最新是船公司管理尤其面对外部检查时应关注的。公司应保持ECDIS 设备中的预定航程的ENC为最新。

一般ECDIS 能通过计算机安装的软件接收ENC数据，ENC通常使用光盘或者网络连接通过邮件定期更新，在线服务“Admiralty e-Navigator”已经很普遍。船舶在开航前，准备航次计划时一定要确保预订航线的ENC已更新。

另外，AMSA不接受任何形式的纸质海图复印件和扫描件，所有需要配备的纸质海图必须为正版海图。即便是船舶临时更改航线，船公司必须保证赴澳船舶配备正版的纸质海图，并按照批准的航行计划进行标绘。

ECDIS使用的ENC是矢量电子海图，相对于RNC（光栅航行海图），ENC数据由政府授权的航道测量机构或政府机构发布，符合IHO的标准，只有基于ENC，ECDIS才能正确充分的发挥ECDIS的航线监测功能。但是有些区域或航线还没有发布ENC数据的海图，只有RNC（例如中国南海地区），只有这时才能使用RNC数据。公司应充分了解相关航线情况，并了解港口国要求，比如澳大利亚周边已全部覆盖ENC数据，在澳大利亚周边不允许使用RNC数据。

图3：CCS 型式认可证书样本

5.船员操作熟悉程度

根据STCW公约（海员培训、发证和值班标准国际公约）规定，装有ECDIS船舶的船长和高级船员必须通过相关的ECDIS知识培训，主要由“通用培训“和“特定设备熟悉性培训”两部分组成。“通用培训”是指根据IMO模型课程对船员进行ECDIS基本介绍和相关知识的培训，使船员掌握基本的ECDIS概念和操作，此类培训大多由各国官方认可的培训学校或机构进行授课培训。特定设备熟悉性培训是按照厂家以及适用型号的要求对船上已安装的ECDIS进行培训。

6.船舶SMC体系文件是否有相应要求

公司SMS文件应就船长、驾驶员设备培训建立一整套完成的控制文件（包括程序、培训计划、培训质量控制须知、培训效果确认清单），确保参加完培训后，船长、驾驶员能够真正熟练操作ECDIS，包括ECDIS备份装置、外接信号源及外围设备操作。设备培训证据除了保存在船公司外，船上也应保留对应的设备培训证据，以供检查。

ECDIS 船舶应用中的待解决问题

1.不同设备之间数据传输，信号兼容性

ECDIS是一个集成各类传感器信号的设备，那么必然会面临信号兼容性的问题。虽然目前很多串口信号都有了规范格式（NMEA语句）语句，但雷达数据图像和自动舵数据信号的兼容性依旧是困扰各大厂商的难题，由于船上可能安装了不同于该船ECDIS生产商品牌的雷达，特别是在一些老船上，安装的都是上一代的雷达设备，因此雷达图像叠加到ECDIS屏幕上几乎成为一件不可能的事情，即便使用市面上所谓的视频处理卡，但由于没经过足够的稳定测试与船级社认可，实际效果比如画面稳定性、画面航向保持等不尽如人意。因此船东如果想要使用这一功能，在挑选ECDIS厂家品牌问题上就有了一定的限制，要么选择与雷达同品牌的ECDIS生产商，要么更换雷达，使其与ECDIS品牌保持一致，总之，这一问题大大减弱了ECDIS 叠加雷达图像的这一功能。实际应用中，老船在加装ECDIS时候往往只能选择连接基本的电罗经、GPS、计程仪信号。对于雷达信号往往只能选择只接入雷达ARPA信号。同样自动舵连接也存在类似的问题，不同品牌的ECDIS制造商都有自己所合作的自动舵品牌厂 商，只有使用这些品牌的自动舵，才能实现ECDIS的TCS（路径操控系统）功能，因此现在很多船东的船队都没能真正使用上ECDIS这一独有的强大功能。由于这涉及到各品牌技术保密问题，这类问题目前来讲还没有找到完美的解决方案。所以最新的IEC61174:2015标准也只能要求，满足此标准的ECDIS 应有能力连接船上BNWAS、VDR、BAM、雷达等设备。

2.设备硬件、软件稳定性

ECDIS设备本身，说简单就是一台计算机。硬件相对于雷达、自动舵等传统导航设备本身成本并不高。但实际成套终端的价格并不便宜。这是因为ECDIS是近几年新兴的法定航行设备，拥有自己专利产品的厂家主要还是那些传统老牌通导厂家，如雷神安修斯、水手、斯伯利、古野、JRC 等等。厂家前期投入的研发成本，后期还要持续提供设备、软件服务都是需要资金支持，所以主流厂家依然手握定价权。另一方面，随着我国造船及航运业发展，我们自主品牌在ECDIS研究方面正在不断突破取得成绩，以海兰信、新诺、航科等厂家为代表的国内通导厂家，这几年均研发出不少性价比不错的产品。这给船东选型提供了多种选择。船东在选择ECDIS产品，需要综合考虑设备价格、使用性能、后期软件及硬件维护等等，而绝对不能仅仅考虑设备的价格因素。因此选择一个合适的品牌厂商极为重要，通常来说一些知名的老牌设备生产商都早已在全球建立起自己的维修网络，这些服务提供商都经过生产商的严格把关，无论是备件，还是技术都有一定的保障。

软件问题。随着ECDIS的功能不断强大，设备内部的海图数据和信号数据越来越多。长期运行，或是被病毒攻击，或是数据偏差，或是运行速度变慢这些在日常电脑中常常发生的问题，同样也会发生在ECDIS上。这时，软件的自我修复能力，友好性等都直接关系着船舶航行安全。好的设备绝不应该因为一些小的BUG而导致设备瘫痪。而另一方面，船东和船员也应该时刻关心相关软件的升级补丁，确保船上使用的软件保持最新版本，最大程度的降低软件方面的风险。

如果说设备软件出现问题有时还能自行修复或重置，那么设备硬件出现故障才是令船东和船员真正头痛的问题，这一问题的产生将直接导致ECDIS无法正常运行，特别是跑全球航线的船舶，如果无法得到强有力岸基服务的话，一旦发生硬件故障，ECDIS将在航行期间很长的一段时间内得不到修复，从而影响船舶航行的安全性。同时这也可能面临被港口国检查扣船的风险，使船东遭受重大的经济损失。一般对于设备的电磁兼容性、防护等级、抗干扰能力等船东在选型时应特别考虑。

3. 公司岸基支持及管理

公司除了对ECDIS选型、后期维护负有绝对责任外，对船舶日常航行使用中的管理尤为重要。管理中应关注以下方面：

①报警值设置，不应随意取消或忽略报警。安全水深设置应充分考虑船舶富裕水深和艉下沉。为了提高ECDIS对航行的安全性，公司体系文件建议设置安全水深时应遵循公式：安全水深=吃水+富余水深=船体下沉量-潮高。所有的信息都应该被清楚的显示出来。应坚持完善并监督船舶报告制度、船员交接班管理制度。

②ECDIS数据导出及导入应使用专用U盘，杜绝其他U盘或光盘插入ECDIS 设备主机，避免感染病毒。

③不可忽视传统的视觉了望，驾驶员必须利用多种手法核查ECDIS 的船位偏差、测距误差、方位误差、显示的地理、水文等数据的误差，并将结果备案。不能单靠ECDIS作出航行决定，采用传统的航行技术（如目测定位，雷达定位）来确认ECDIS上显示了正确的船位。应该经常将ECDIS显示的资料与纸质海图的资料进行核对，如果ECDIS显示内容与纸质海图有差别，以纸质海图为准。

未来发展趋势

1. IHO S-100系列标准研究并最终替代S-57标准

IHO S-57规范从1992年05月被采用至今，逐渐成为ENC的格式标准，最后一版已于2000 年被冻结不再更新直至该标准不再被使用。S-57标准由于自身的封闭性、复杂性导致无法满足日益增长的需求。IHO于2001 年组织计划开发新的数据模型S-10X，S-100是S57的替代标准，但目前基本还在框架研究阶段，计划2020年停止使用S-57标准。S-100系列标准提供了更加丰富的海图动态要素、更丰富的图示目录、更丰富的几何模型、信息和其他一些复杂属性。这一标准的更替将加强ECDIS的数据可视化效果，提高驾驶员操作体验。

图5

2. 综合驾驶系统（IBS）以及综合导航系统（INS）逐步普及。

随着近些年综合驾驶系统（IBS）逐渐被应用到船舶驾驶中，越来越多的通导厂家、设计方、船东开始将这一模式运用到现代化的船舶驾驶方式中。按照IBS 设计应用的船舶典型驾驶布置如图5。传统驾驶各种报警、通导设备各自单独运行，按照IBS设计，船上的各种信号将被整合集中显示，成为一个系统，并影响船舶驾驶。Multi-Function-Displays（MFD）系统作为典型的人机交互界面解决方案，已有很多有实力的老牌通导厂家参与研发。在这一方式下，雷达、ECDIS、GPS、自动舵等设备融为一体，在几台综合计算机的运行下，通过网络总线将信息汇聚。这一模式给驾驶带来了灵活的监测、导航、操纵模式，加强了数据管理。图6和图7为FURUNO开发的VOYAGER系统。

ECDIS成为船舶航行重要的助航设备已经不可逆，面对日益复杂的航行环境、船舶高度自动化趋势，以及越来越严格的港口国检查。船员的工作量越来越大。ECDIS在给公司及船员提供便利的同时，需要各方快速适应和熟悉。鉴于目前ENC数据还不够全面，部分设备布置还不能完全满足法定要求，部分公司和船员对ECDIS及其操作还不熟悉。船东或管理公司应加强体系执行及管理，在保证安全的前提下，加强培训，优化管理，方能让ECDIS尽早解放船员、提高工作效率。未来ECDIS发展一定会向集成度更高、易用性更好的方向发展，并切实提高船舶航行安全。★