谈ECDIS中的船位问题

2015-04-05营口港引航站侯广斌

世界海运 2015年7期

营口港引航站侯广斌

大连海事大学航海学院曹玉墀

ECDIS应与定位设备（如GPS）连接，并在显示器上实时显示本船的位置信息。与传统航海相比，这在一定程度上降低了船舶驾驶员定位的工作负担，特别是在进出港、狭水道航行时，便于随时观察本船位置及周围环境，有利于促进航行安全。此外，传统的定位方式也可在ECDIS中实现。不论如何，船员仍应明确ECDIS中显示的船位可能存在一定的误差，需采用有效的方式不断校验船位的准确性，并在必要时对船位进行修正，绝不能不加分析地接受ECDIS显示船位，以免影响航行安全。

本文主要就ECDIS中有关本船船位的诸多问题进行探讨。

一、船位的确定

1.卫星定位

对于ECDIS而言，高精度的定位系统是最重要的传感器。通过与定位设备（如GPS/DGPS等）连接，ECDIS可以自动连续显示本船的实时船位。这样，船员可以从传统的繁琐的定位工作中解放出来，降低其工作负担，减少人为失误，并可将精力转移到对船位准确性和周边航行环境的评估上。

2.陆标定位和航迹推算

为避免船员过分信赖定位传感器提供的船位信息，IMO ECDIS性能标准在2009年作出修正，要求ECDIS应允许船员手动输入和标绘获得的方位和距离位置线，并自动计算出本船的观测船位，还可将该船位作为航迹推算的起点。这样，在综合考虑本船操纵性能、外界环境等影响因素后，基于自动接收其他传感器或船员手动设定的航向、航速，ECDIS便可自动推算出具有一定精度的本船航迹与船位。同样，ECDIS应指出连续定位系统获得的位置和人工观测获得的位置之间的差异，实现船位的校验。

3.其他定位方式

除上述定位方式外，有些ECDIS还允许船员将其他方式获取的船位（如测天船位、移线船位等）利用鼠标或坐标输入的方式标绘显示在屏幕上。

二、船位的显示

1.显示方式

ECDIS可以实时地把本船的航行状态在屏幕上显示出来，一般采用下列两种方式：

（1）图形。

根据IHO S-52标准的规定，本船的显示符号可以由船员控制或显示基本符号样式（即黑色双圆圈），或显示比例船型样式。在当前显示比例尺下换算所得的本船显示长度小于6 mm时，只能使用基本符号。在近岸、狭水道航行或靠离泊操作时，比例船型可直观地显示船舶外部边缘与周围水域环境的关系，有助于进行操船判断和决策。[1]

（2）文字：以数字、字母直接给出本船船位的地理坐标。

显然，第一种方式可以更加直观地显示本船位置，便于船员观察本船周围的航行环境；第二种方式采用数值的方式准确表达本船位置，便于船员观察比较本船位置的量值变化。在实践中，船员应结合实际情况观察和利用适当的船位显示方式。

2.显示位置

为了便于船员查看本船周围的环境状态，ECDIS允许用户根据需要设定本船在海图显示区的位置。

有些ECDIS提供了以下两种模式：

（1）居中显示。本船显示在海图显示区中心。

（2）偏心显示。本船显示在海图显示区某侧固定距离。

有些ECDIS则没有明显区分上述两种模式，只需通过简单操作任意改变本船在海图显示区的位置。

在真运动模式下，随着时间的推移和船舶的运动，本船符号与海图显示区某侧边界的距离将越来越近，当该距离达到设定值时，ECDIS将重新调整本船在海图显示区的位置及海图内容，从而实现显示海区和本船符号显示位置的自动变换，以有效监控船舶运动。

此外，在进行航线设计或海图漫游操作时，本船的船位符号还可能不会显示在海图显示区内，自动航行监控功能（例如更新船舶位置、提供报警和警示）应是连续的，并能通过单次操作立即恢复到覆盖本船位置的航行监控显示。

对于采用文字方式显示的本船位置信息，多数ECDIS直接在显示器的适当位置永久显示，也可通过菜单调取显示本船的位置信息。

三、船位误差的原因

与纸质海图相比，ECDIS在船位显示方面具备更大的优势，但船员在使用过程中仍应明确所显示的船位可能存在一定的误差，甚至严重的错误，主要包括以下原因：

1.传感器误差

尽管目前GPS/DGPS的定位精度已经比较高，但由于工作原理、制造工艺、工作环境等原因导致定位设备获得的数据本身存在一定的误差，这种误差在正常情况下一般属于系统误差，是无法调整和避免的，势必导致ECDIS接收和显示的船位数据存在一定的误差。

此外，使用时间过长、部件老化等因素都可能导致设备的使用性能下降。由于设备故障、连接故障等导致数据无法传输或传输错误；由于多径效应、气象干扰、其他船载设备（如INMARSAT通信设备、VHF）的无线电干扰等均会降低位置精度。

2.定位方法本身精度

无论采用何种定位方式，即便是精度较高的卫星定位，最终得到的船位信息都会存在一定的误差。

3.指挥位置偏差

定位设备（如GPS）提供的位置数据是其天线所在位置的地理坐标，而ECDIS显示的本船位置应以指挥位置（Conning Position）为基准点。实际上，船舶的定位设备天线不可能恰好位于船舶的指挥位置，因此应将定位设备天线位置换算至指挥位置。如果输入的两者间的位置偏差不准确，或者更换定位设备后没有及时修正位置偏差，都会导致显示的船位与指挥位置不一致。尽管这个误差通常以米级为单位，但在一些受限水域仍应给予足够的重视。

4.坐标系不一致

如果定位系统所依据的坐标系与海图数据的坐标系不一致，那么显示在海图上的船位也不可避免地存在偏差。

GPS一般是采用WGS84坐标系的，电子航海图（ENC）应基于WGS84坐标系制作，目前许多ENC是根据相应的纸质海图制作的。在世界上许多地区，纸质海图是基于各种各样的当地坐标系绘制的，有些坐标系与WGS84坐标系之间的转换是未知的或是不可靠的，根据该海图转化成的ENC将无法准确参照WGS84坐标系。因此，即便定位系统与ENC均基于WGS84坐标系，也可导致ECDIS显示的船位存在误差。

5.数据延时

ECDIS中，本船船位一般来自GPS传感器。一般情况下，GPS每秒应输出至少1个位置数据，对于高速船而言，应每0.5 s输出至少一个位置数据。ECDIS本身也是每隔1～3 s刷新一次海图数据和其他航海信息。由此可见，上述设备给出的信息并不是即时数据，是具有一定延时的。所以，ECDIS显示的船位信息存在一定的偏差，尽管该偏差在商船船速范围内比较小。

6.假显示

ECDIS中，很多显示是以某种假设条件为基础的。例如在自动航迹跟踪控制模式中，无论本船距离计划航线的关系如何，都会将船位显示到航线上，但会有其他方式来显示本船与航线的关系（如偏航报警）。因此，如果忽视了报警，忽视了控制模式，轻信了这种假显示，极易导致错误的判断和决策。

四、船位的检验

基于上述各种原因，ECDIS显示的本船船位存在一定的误差。船员如果不能及时发现这种误差甚至错误的存在，将可能产生极其危险的后果。因此，在实践中，船员应尽可能地采用不同方法获取本船的位置信息并进行交叉对比，以此来排除和减少ECDIS船位的误差。

1.双船位

IMO ECDIS性能标准要求在可能的情况下，应提供第二个独立的且最好是不同类型的定位源。这样，ECDIS可以同时显示两种定位源提供的船位，通过辨别两者的差异来判断定位系统的可靠性和船位的准确性。如果两个定位源提供的船位相差较大，则说明至少一个船位信息存在较大的误差，应引起船员的警惕并及时采取有效方式进行校验，避免由于船员不加分析地接受船位而引起的危险。

利用其他定位方式（如陆标定位等）定期对卫星船位进行比对和检验，并确保能在紧急情况下使用这些方法也至关重要。

2.与雷达图像的叠加

尽管IMO ECDIS性能标准并未强制要求所有的ECDIS必须能够叠加显示雷达图像，但目前基本上所有的ECDIS产品均具备该功能。

通过与雷达图像的叠加可以方便地查验船位的准确性。

叠加时，海图和雷达图像的比例尺、投影方式和显示方向等应自动匹配，以保证图像信息的一致性。通过比较海图与雷达图像的匹配是否一致，可以非常直观地帮助船员检验船位的可靠性。

3.船位误差圆

有些ECDIS可以在本船船位上叠加显示船位误差圆，以表明本船船位的精确度，供船员分析判断。

五、船位的修正

在航行监控过程中，船员应时刻注意检验显示船位的准确性。如果发现船位错误或者存在较大的偏差，应及时进行修正。

当定位系统或海图数据存在误差时，可以通过平移本船（包括目标）在海图上的显示位置来实现目标在海图上的匹配（假定海图可靠），从而获得正确的本船、目标与海图的相对关系，使航行显示、监控、运算在比较小的误差基点上进行。目前ECDIS采用的船位修正的方法主要包括以下方式：

（1）利用鼠标移动本船：如果已知本船所处的实际海图位置，则可通过鼠标将本船符号直接拖拽到该位置实现船位修正，或者直接输入船舶的准确位置。

（2）输入本船偏移量：如已知本船定位设备的定位数据与真实位置间的误差，则可以直接输入经纬度或方位距离的偏移量进行修正。如定位设备坐标系与当前显示海图的坐标系不一致，则可通过两坐标系间的差异进行修正。

（3）利用雷达跟踪目标：如果某雷达跟踪目标相对海图某位置的关系明显可见，则可以通过移动该目标到该海图点位的方法修正本船船位。例如，某雷达跟踪目标实际停泊在某码头的顶点边缘处，而现在的显示却在该码头的中央，说明本船位置存在误差。忽略定位设备（如GPS）位置与雷达中心的误差，如果将该雷达跟踪目标移动到海图的顶点边缘处，则本船的位置也就相对正确了。

（4）取消修正：船位修正后，ECDIS会以某种标记显著警示当前船位存在修正。当船位修正的条件解除（如定位设备坐标系与海图坐标系变为一致），应及时取消已进行的船位修正。