談ECDIS中的船位問題

營口港引航站 侯廣斌

大連海事大學(xué)航海學(xué)院 曹玉墀

ECDIS應(yīng)與定位設(shè)備（如GPS）連接，并在顯示器上實時顯示本船的位置信息。與傳統(tǒng)航海相比，這在一定程度上降低了船舶駕駛員定位的工作負(fù)擔(dān)，特別是在進(jìn)出港、狹水道航行時，便于隨時觀察本船位置及周圍環(huán)境，有利于促進(jìn)航行安全。此外，傳統(tǒng)的定位方式也可在ECDIS中實現(xiàn)。不論如何，船員仍應(yīng)明確ECDIS中顯示的船位可能存在一定的誤差，需采用有效的方式不斷校驗船位的準(zhǔn)確性，并在必要時對船位進(jìn)行修正，絕不能不加分析地接受ECDIS顯示船位，以免影響航行安全。

本文主要就ECDIS中有關(guān)本船船位的諸多問題進(jìn)行探討。

一、船位的確定

1.衛(wèi)星定位

對于ECDIS而言，高精度的定位系統(tǒng)是最重要的傳感器。通過與定位設(shè)備（如GPS/DGPS等）連接，ECDIS可以自動連續(xù)顯示本船的實時船位。這樣，船員可以從傳統(tǒng)的繁瑣的定位工作中解放出來，降低其工作負(fù)擔(dān)，減少人為失誤，并可將精力轉(zhuǎn)移到對船位準(zhǔn)確性和周邊航行環(huán)境的評估上。

2.陸標(biāo)定位和航跡推算

為避免船員過分信賴定位傳感器提供的船位信息，IMO ECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)在2009年作出修正，要求ECDIS應(yīng)允許船員手動輸入和標(biāo)繪獲得的方位和距離位置線，并自動計算出本船的觀測船位，還可將該船位作為航跡推算的起點。這樣，在綜合考慮本船操縱性能、外界環(huán)境等影響因素后，基于自動接收其他傳感器或船員手動設(shè)定的航向、航速，ECDIS便可自動推算出具有一定精度的本船航跡與船位。同樣，ECDIS應(yīng)指出連續(xù)定位系統(tǒng)獲得的位置和人工觀測獲得的位置之間的差異，實現(xiàn)船位的校驗。

3.其他定位方式

除上述定位方式外，有些ECDIS還允許船員將其他方式獲取的船位（如測天船位、移線船位等）利用鼠標(biāo)或坐標(biāo)輸入的方式標(biāo)繪顯示在屏幕上。

二、船位的顯示

1.顯示方式

ECDIS可以實時地把本船的航行狀態(tài)在屏幕上顯示出來，一般采用下列兩種方式：

（1）圖形。

根據(jù)IHO S-52標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，本船的顯示符號可以由船員控制或顯示基本符號樣式（即黑色雙圓圈），或顯示比例船型樣式。在當(dāng)前顯示比例尺下?lián)Q算所得的本船顯示長度小于6 mm時，只能使用基本符號。在近岸、狹水道航行或靠離泊操作時，比例船型可直觀地顯示船舶外部邊緣與周圍水域環(huán)境的關(guān)系，有助于進(jìn)行操船判斷和決策。[1]

（2）文字：以數(shù)字、字母直接給出本船船位的地理坐標(biāo)。

顯然，第一種方式可以更加直觀地顯示本船位置，便于船員觀察本船周圍的航行環(huán)境；第二種方式采用數(shù)值的方式準(zhǔn)確表達(dá)本船位置，便于船員觀察比較本船位置的量值變化。在實踐中，船員應(yīng)結(jié)合實際情況觀察和利用適當(dāng)?shù)拇伙@示方式。

2.顯示位置

為了便于船員查看本船周圍的環(huán)境狀態(tài)，ECDIS允許用戶根據(jù)需要設(shè)定本船在海圖顯示區(qū)的位置。

有些ECDIS提供了以下兩種模式：

（1）居中顯示。本船顯示在海圖顯示區(qū)中心。

（2）偏心顯示。本船顯示在海圖顯示區(qū)某側(cè)固定距離。

有些ECDIS則沒有明顯區(qū)分上述兩種模式，只需通過簡單操作任意改變本船在海圖顯示區(qū)的位置。

在真運動模式下，隨著時間的推移和船舶的運動，本船符號與海圖顯示區(qū)某側(cè)邊界的距離將越來越近，當(dāng)該距離達(dá)到設(shè)定值時，ECDIS將重新調(diào)整本船在海圖顯示區(qū)的位置及海圖內(nèi)容，從而實現(xiàn)顯示海區(qū)和本船符號顯示位置的自動變換，以有效監(jiān)控船舶運動。

此外，在進(jìn)行航線設(shè)計或海圖漫游操作時，本船的船位符號還可能不會顯示在海圖顯示區(qū)內(nèi)，自動航行監(jiān)控功能（例如更新船舶位置、提供報警和警示）應(yīng)是連續(xù)的，并能通過單次操作立即恢復(fù)到覆蓋本船位置的航行監(jiān)控顯示。

對于采用文字方式顯示的本船位置信息，多數(shù)ECDIS直接在顯示器的適當(dāng)位置永久顯示，也可通過菜單調(diào)取顯示本船的位置信息。

三、船位誤差的原因

與紙質(zhì)海圖相比，ECDIS在船位顯示方面具備更大的優(yōu)勢，但船員在使用過程中仍應(yīng)明確所顯示的船位可能存在一定的誤差，甚至嚴(yán)重的錯誤，主要包括以下原因：

1.傳感器誤差

盡管目前GPS/DGPS的定位精度已經(jīng)比較高，但由于工作原理、制造工藝、工作環(huán)境等原因?qū)е露ㄎ辉O(shè)備獲得的數(shù)據(jù)本身存在一定的誤差，這種誤差在正常情況下一般屬于系統(tǒng)誤差，是無法調(diào)整和避免的，勢必導(dǎo)致ECDIS接收和顯示的船位數(shù)據(jù)存在一定的誤差。

此外，使用時間過長、部件老化等因素都可能導(dǎo)致設(shè)備的使用性能下降。由于設(shè)備故障、連接故障等導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳輸或傳輸錯誤；由于多徑效應(yīng)、氣象干擾、其他船載設(shè)備（如INMARSAT通信設(shè)備、VHF）的無線電干擾等均會降低位置精度。

2.定位方法本身精度

無論采用何種定位方式，即便是精度較高的衛(wèi)星定位，最終得到的船位信息都會存在一定的誤差。

3.指揮位置偏差

定位設(shè)備（如GPS）提供的位置數(shù)據(jù)是其天線所在位置的地理坐標(biāo)，而ECDIS顯示的本船位置應(yīng)以指揮位置（Conning Position）為基準(zhǔn)點。實際上，船舶的定位設(shè)備天線不可能恰好位于船舶的指揮位置，因此應(yīng)將定位設(shè)備天線位置換算至指揮位置。如果輸入的兩者間的位置偏差不準(zhǔn)確，或者更換定位設(shè)備后沒有及時修正位置偏差，都會導(dǎo)致顯示的船位與指揮位置不一致。盡管這個誤差通常以米級為單位，但在一些受限水域仍應(yīng)給予足夠的重視。

4.坐標(biāo)系不一致

如果定位系統(tǒng)所依據(jù)的坐標(biāo)系與海圖數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系不一致，那么顯示在海圖上的船位也不可避免地存在偏差。

GPS一般是采用WGS84坐標(biāo)系的，電子航海圖（ENC）應(yīng)基于WGS84坐標(biāo)系制作，目前許多ENC是根據(jù)相應(yīng)的紙質(zhì)海圖制作的。在世界上許多地區(qū)，紙質(zhì)海圖是基于各種各樣的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系繪制的，有些坐標(biāo)系與WGS84坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換是未知的或是不可靠的，根據(jù)該海圖轉(zhuǎn)化成的ENC將無法準(zhǔn)確參照WGS84坐標(biāo)系。因此，即便定位系統(tǒng)與ENC均基于WGS84坐標(biāo)系，也可導(dǎo)致ECDIS顯示的船位存在誤差。

5.數(shù)據(jù)延時

ECDIS中，本船船位一般來自GPS傳感器。一般情況下，GPS每秒應(yīng)輸出至少1個位置數(shù)據(jù)，對于高速船而言，應(yīng)每0.5 s輸出至少一個位置數(shù)據(jù)。ECDIS本身也是每隔1～3 s刷新一次海圖數(shù)據(jù)和其他航海信息。由此可見，上述設(shè)備給出的信息并不是即時數(shù)據(jù)，是具有一定延時的。所以，ECDIS顯示的船位信息存在一定的偏差，盡管該偏差在商船船速范圍內(nèi)比較小。

6.假顯示

ECDIS中，很多顯示是以某種假設(shè)條件為基礎(chǔ)的。例如在自動航跡跟蹤控制模式中，無論本船距離計劃航線的關(guān)系如何，都會將船位顯示到航線上，但會有其他方式來顯示本船與航線的關(guān)系（如偏航報警）。因此，如果忽視了報警，忽視了控制模式，輕信了這種假顯示，極易導(dǎo)致錯誤的判斷和決策。

四、船位的檢驗

基于上述各種原因，ECDIS顯示的本船船位存在一定的誤差。船員如果不能及時發(fā)現(xiàn)這種誤差甚至錯誤的存在，將可能產(chǎn)生極其危險的后果。因此，在實踐中，船員應(yīng)盡可能地采用不同方法獲取本船的位置信息并進(jìn)行交叉對比，以此來排除和減少ECDIS船位的誤差。

1.雙船位

IMO ECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)要求在可能的情況下，應(yīng)提供第二個獨立的且最好是不同類型的定位源。這樣，ECDIS可以同時顯示兩種定位源提供的船位，通過辨別兩者的差異來判斷定位系統(tǒng)的可靠性和船位的準(zhǔn)確性。如果兩個定位源提供的船位相差較大，則說明至少一個船位信息存在較大的誤差，應(yīng)引起船員的警惕并及時采取有效方式進(jìn)行校驗，避免由于船員不加分析地接受船位而引起的危險。

利用其他定位方式（如陸標(biāo)定位等）定期對衛(wèi)星船位進(jìn)行比對和檢驗，并確保能在緊急情況下使用這些方法也至關(guān)重要。

2.與雷達(dá)圖像的疊加

盡管IMO ECDIS性能標(biāo)準(zhǔn)并未強(qiáng)制要求所有的ECDIS必須能夠疊加顯示雷達(dá)圖像，但目前基本上所有的ECDIS產(chǎn)品均具備該功能。

通過與雷達(dá)圖像的疊加可以方便地查驗船位的準(zhǔn)確性。

疊加時，海圖和雷達(dá)圖像的比例尺、投影方式和顯示方向等應(yīng)自動匹配，以保證圖像信息的一致性。通過比較海圖與雷達(dá)圖像的匹配是否一致，可以非常直觀地幫助船員檢驗船位的可靠性。

3.船位誤差圓

有些ECDIS可以在本船船位上疊加顯示船位誤差圓，以表明本船船位的精確度，供船員分析判斷。

五、船位的修正

在航行監(jiān)控過程中，船員應(yīng)時刻注意檢驗顯示船位的準(zhǔn)確性。如果發(fā)現(xiàn)船位錯誤或者存在較大的偏差，應(yīng)及時進(jìn)行修正。

當(dāng)定位系統(tǒng)或海圖數(shù)據(jù)存在誤差時，可以通過平移本船（包括目標(biāo)）在海圖上的顯示位置來實現(xiàn)目標(biāo)在海圖上的匹配（假定海圖可靠），從而獲得正確的本船、目標(biāo)與海圖的相對關(guān)系，使航行顯示、監(jiān)控、運算在比較小的誤差基點上進(jìn)行。目前ECDIS采用的船位修正的方法主要包括以下方式：

（1）利用鼠標(biāo)移動本船：如果已知本船所處的實際海圖位置，則可通過鼠標(biāo)將本船符號直接拖拽到該位置實現(xiàn)船位修正，或者直接輸入船舶的準(zhǔn)確位置。

（2）輸入本船偏移量：如已知本船定位設(shè)備的定位數(shù)據(jù)與真實位置間的誤差，則可以直接輸入經(jīng)緯度或方位距離的偏移量進(jìn)行修正。如定位設(shè)備坐標(biāo)系與當(dāng)前顯示海圖的坐標(biāo)系不一致，則可通過兩坐標(biāo)系間的差異進(jìn)行修正。

（3）利用雷達(dá)跟蹤目標(biāo)：如果某雷達(dá)跟蹤目標(biāo)相對海圖某位置的關(guān)系明顯可見，則可以通過移動該目標(biāo)到該海圖點位的方法修正本船船位。例如，某雷達(dá)跟蹤目標(biāo)實際停泊在某碼頭的頂點邊緣處，而現(xiàn)在的顯示卻在該碼頭的中央，說明本船位置存在誤差。忽略定位設(shè)備（如GPS）位置與雷達(dá)中心的誤差，如果將該雷達(dá)跟蹤目標(biāo)移動到海圖的頂點邊緣處，則本船的位置也就相對正確了。

（4）取消修正：船位修正后，ECDIS會以某種標(biāo)記顯著警示當(dāng)前船位存在修正。當(dāng)船位修正的條件解除（如定位設(shè)備坐標(biāo)系與海圖坐標(biāo)系變?yōu)橐恢拢瑧?yīng)及時取消已進(jìn)行的船位修正。

六、總結(jié)

確定船位是航海實踐中最基本、最重要的問題。高精度的船位可以大大提高航行安全。ECDIS可以采用多種方式快捷、準(zhǔn)確地提供本船的船位信息，但是船員在使用過程中，仍應(yīng)時刻注意檢驗船位的準(zhǔn)確性，不能忽視傳統(tǒng)定位方式的使用，絕不能過分依賴ECDIS，不加分析地接受ECDIS提供的船位，以保證航行安全。

[1]張吉平,曹玉墀,趙學(xué)俊.電子海圖顯示與信息系統(tǒng)[M].大連：大連海事大學(xué)出版社,2014:78-79.