電子海圖導航應用現狀及技術研究

朱金鑫

【摘 要】本文深入分析了電子海圖導航應用現狀、現存的應用痛點及云計算技術發展概況，并針對現存應用痛點提出解決思路，從而引入其中涉及的兩大航行導航數據生成的關鍵技術：電子海圖導航示意圖瓦片生成技術和電子海圖導航示意圖離線包制作技術。

【關鍵詞】電子海圖；電子海圖導航；云計算；瓦片海圖；離線包

一、電子海圖導航應用現狀分析

數字化航海技術的迅速發展，GPS、北斗衛星導航、AIS、電子海圖、雷達、無線電通信和計算機網絡等現代技術在航海領域廣泛應用，為船舶航行提供了更加安全可靠的技術保障。中國海事局電子海圖在保障我國沿海船舶航行安全的過程中，發揮著重要的作用。

然而，我國沿海漁船、小型運輸船舶眾多，漁船將近100萬艘，小型運輸船舶超過10萬艘。由于成本和船員素質等原因，我國沿海大部分小型運輸船舶和漁船還未能夠使用中國海事局電子海圖進行船舶定位和導航，也沒有有效電子手段接收中國海事局發布的航海通告信息。

利用中國海事局電子海圖數據，制作可以滿足絕大多數低配船舶和涉海岸基用戶需求的電子航行示意圖瓦片，結合航海通告信息，通過云計算平臺、Web云端和智能手機云端進行發布，可以有效解決中國海事局電子海圖服務和推廣過程中面臨的主要問題，為中國沿海航運安全和效率做出進一步的貢獻。

然而，隨著電子海圖應用的不斷推廣，以及用戶群體的不斷擴大，近年來這種發布方式也暴露出一些不足，限制了中國海事電子海圖的進一步推廣應用。主要表現在以下四個方面：

（1）沒有安裝電子海圖系統就無法使用電子海圖。中國沿海現有大量的低配小型船舶航行，如部分小型漁船、游艇和運輸船舶等。這些船舶由于成本和人員素質等問題，仍然主要依賴于紙質海圖進行定位和導航。

我國沿海漁船、小型運輸船舶眾多，漁船將近100萬艘，小型運輸船舶超過10萬艘。目前，中國海事局電子海圖主要為大中型運輸船舶提供電子海圖數據服務，對于沿海一些小型運輸船舶和漁船等，安裝和更新電子海圖的相對成本較高，導致裝船數量占比較低。另外，小型運輸船舶和漁船的船員往往文化程度較低，對功能復雜的電子海圖系統往往有排斥心理，這也是電子海圖系統未能在小型運輸船舶和漁船上普及的一個原因。

（2）個人用戶不能使用。隨著移動互聯網的發展和智能手機的普及，基于地圖的定位和導航應用已非常普及，但還不能在智能手機上利用中國海事局電子海圖進行定位和導航。

（3）岸基機構用戶使用成本較高。比如，為了使用中國海事局電子海圖進行船舶監控和調度，岸基機構用戶需要建立專門的電子海圖顯示系統，提高了使用的成本。

（4）由于“中國海事航海圖書資料發行網站”使用了傳統的系統架構技術，運行速度和系統容量已無法適應用戶需求。

二、電子海圖導航示意圖瓦片生成技術

基于當前電子海圖導航應用現狀、現存的應用痛點及云計算技術的發展現狀，利用中國海事局電子海圖數據，制作可以滿足絕大多數低配船舶和涉海岸基用戶需求的電子海圖導航示意圖瓦片數據及離線數據包，并通過云計算平臺、Web云端和智能手機云端進行發布，使低配船舶和涉海岸基用戶能在通過智能設備進行航行導航，則顯得尤為迫切。其中涉及到的電子海圖導航示意圖瓦片生成技術、電子海圖導航示意圖離線包制作技術則是航行導航數據生成的關鍵技術。

電子海圖導航示意圖瓦片生成工具的建設需要完成電子海圖數據導入，海圖數據自動更新和瓦片快速生成三大方面的建設。

（1）電子海圖數據導入

上海海圖中心目前可以出版IHO S57格式的電子海圖（ENC）數據及其加密S63數據，本次研究使用S57格式的數據。

ENC是由國家官方機構發布的、專供ECDIS使用的、符合國際標準數據庫。S-57規定了各國水文機構之間及他們和相關設備生廠商或海員等之間進行水文數據傳輸或交換的標準。

本次研究中，電子海圖數據導入是指將上海海圖中心出版的IHO S57格式的電子海圖數據轉換為系統內部格式SENC（系統ENC）。

（2）電子海圖數據自動更新

為方便使用，系統工具提供電子海圖自動更新模塊確保海圖數據的即時完整性。電子海圖自動更新步驟：

①自動獲取最新電子海圖版本信息；

②匹配本地電子海圖版本信息，對本地較早版本數據，自動下載電子海圖數據文件；

③自動更新系統SENC。

（3）電子航行示意圖瓦片快速生成

在獲得了最新的電子海圖數據以后，系統支持前端應用系統提交查詢航行水域經緯度范圍信息，實時查詢電子海圖數據庫，根據S-52標準快速繪制生成電子海圖導航示意圖瓦片并返回。

三、電子海圖導航示意圖離線包制作技術

由于本研究最終系統實例的海圖資源是通過網絡向服務器請求獲得，當手機處于無移動網絡的情況下就無法從服務器獲取海圖資源。船舶在海域中航行，當離開岸基很遠時就不在移動網絡的覆蓋范圍之內，失去網絡后系統實例則無法從服務器中獲取海圖圖片，從而無法正常的正常使用系統實例進行定位導航。為了使用戶能夠在沒有網絡的情況下仍然可以進行定位導航，需要開發系統實例的離線包。

電子海圖導航示意圖離線包的研究目標是保證系統實例在沒有網絡的情況下仍然可以使用，用戶在網絡環境中下載需要的海圖離線包到智能設備本地中進行存儲。當處于無移動網絡環境中，用戶可以通過已下載的海圖離線包進行定位導航。

電子海圖導航示意圖離線包制作工具根據主要功能可以分為兩個模塊，分別是自定義下載模塊和預定義下載模塊。

離線數據包制作工具的建設基于Java開發，選擇JDK7作為開發環境。獲取用戶選擇區域的參數計算該區域內的海圖瓦片數據，通過HttpClient請求相關的瓦片圖數據，并保存在指定路徑的文件夾內。離線數據包瓦片圖大小是256*256像素的圖片格式。

四、結語

當前我國沿海大量低配船舶和涉海岸基用戶對電子海圖導航需求迫切，本文所研究的電子海圖導航示意圖瓦片生成技術以及電子海圖導航示意圖離線包制作技術，為解決該需求提供數據支持的技術基礎，用戶通過預先下載電子海圖離線數據，可以實現在近海無網絡環境下的航行定位導航功能，為電子海圖更好的服務用戶打下夯實的基礎。

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