電子海圖教學(xué)課件第一章：電子海圖基礎(chǔ)概述開(kāi)啟數(shù)字航海新時(shí)代什么是電子海圖系統(tǒng)（ECDIS）？電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）是一種計(jì)算機(jī)化的導(dǎo)航信息系統(tǒng)，它滿足國(guó)際海事組織（IMO）關(guān)于船舶配備海圖的要求，可作為紙質(zhì)海圖的法定替代品。ECDIS系統(tǒng)的核心功能：實(shí)時(shí)顯示船舶位置與航線信息集成多種導(dǎo)航傳感器數(shù)據(jù)（GPS、羅經(jīng)、雷達(dá)等）提供自動(dòng)警報(bào)功能（淺水區(qū)、危險(xiǎn)物等）支持航線規(guī)劃與導(dǎo)航信息管理電子海圖的類型矢量電子海圖（SENC格式）基于S-57/S-100國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)由點(diǎn)、線、面等幾何元素構(gòu)成支持圖層分離顯示可放大至任意比例尺而不失真支持智能查詢對(duì)象屬性柵格電子海圖（RNC格式）紙質(zhì)海圖的掃描圖像以像素點(diǎn)陣方式存儲(chǔ)放大會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降不支持圖層分離與智能查詢制作簡(jiǎn)單，更新周期較長(zhǎng)電子海圖的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)地理信息：海岸線、等深線、水深點(diǎn)等助航設(shè)施：燈塔、浮標(biāo)、無(wú)線電信標(biāo)等航行障礙物：沉船、淺灘、礁石等航行規(guī)則：分道通航制、限制區(qū)域等港口信息：錨地、碼頭、服務(wù)設(shè)施等數(shù)據(jù)屬性與質(zhì)量控制位置精度：水平/垂直精度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)可靠性：測(cè)量年代、測(cè)量方法數(shù)據(jù)完整性：CATZOC質(zhì)量評(píng)級(jí)系統(tǒng)更新周期：每周/每月定期更新機(jī)制電子海圖界面示意圖電子海圖系統(tǒng)界面通常分為以下幾個(gè)主要區(qū)域：海圖顯示區(qū)顯示當(dāng)前海圖，包括地理信息、航行信息及船舶位置功能控制區(qū)包含縮放、平移、航線規(guī)劃等功能按鈕信息顯示區(qū)顯示船舶狀態(tài)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、傳感器信息等警告提示區(qū)第二章：ECDIS系統(tǒng)組成與功能數(shù)字化航行的核心裝備ECDIS硬件組成顯示系統(tǒng)高分辨率顯示器（至少1280×1024），支持多色顯示，具備晝夜模式切換功能，符合IEC60945標(biāo)準(zhǔn)的抗震、防水設(shè)計(jì)處理系統(tǒng)工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)，配備高性能處理器、專用顯卡與充足內(nèi)存，采用冗余設(shè)計(jì)確保系統(tǒng)穩(wěn)定性，通常搭載專用操作系統(tǒng)接口系統(tǒng)符合IEC61162標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，連接GPS、雷達(dá)、AIS、陀螺羅經(jīng)、測(cè)深儀、風(fēng)速儀等多種船載設(shè)備，支持NMEA0183/2000協(xié)議主要功能模塊介紹ECDIS核心系統(tǒng)航線規(guī)劃模塊航點(diǎn)設(shè)置、航線繪制與安全檢查航行監(jiān)控模塊船位顯示、偏航警告與航行參數(shù)安全預(yù)警模塊淺水、碰撞與特殊區(qū)域預(yù)警數(shù)據(jù)管理模塊海圖更新、航行日志與數(shù)據(jù)備份航線設(shè)計(jì)與管理航線規(guī)劃流程確定起點(diǎn)與終點(diǎn)港口設(shè)置航路點(diǎn)（Waypoints）連接航路點(diǎn)形成航線設(shè)定航線參數(shù)（航速、轉(zhuǎn)向半徑等）進(jìn)行航線安全檢查保存并激活航線航線規(guī)劃時(shí)需考慮船舶性能參數(shù)、氣象水文條件、航行法規(guī)要求等多重因素。安全值（SafetyValue）設(shè)置安全等深線（SafetyContour）：基于船舶吃水安全水深（SafetyDepth）：通常大于船舶吃水淺水區(qū)域（ShallowContour）：預(yù)警水深線深水區(qū)域（DeepContour）：深水航道標(biāo)識(shí)系統(tǒng)更新與維護(hù)海圖數(shù)據(jù)更新通過(guò)光盤(pán)、USB存儲(chǔ)設(shè)備或互聯(lián)網(wǎng)接收官方發(fā)布的更新文件，支持增量更新與全量更新，更新內(nèi)容包括水深變化、航標(biāo)位置、航行警告等軟件版本管理遵循船級(jí)社規(guī)定的更新周期，由廠商授權(quán)技術(shù)人員進(jìn)行，更新前必須備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)，記錄版本變更信息并進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證故障排查流程建立標(biāo)準(zhǔn)操作程序（SOP），包含常見(jiàn)故障診斷步驟，關(guān)鍵部件冗余設(shè)計(jì)，應(yīng)急恢復(fù)方案與備用設(shè)備準(zhǔn)備，定期進(jìn)行故障演練ECDIS系統(tǒng)硬件與軟件架構(gòu)圖ECDIS系統(tǒng)的硬件與軟件架構(gòu)遵循模塊化、冗余性原則，確保在各種海況與復(fù)雜環(huán)境中可靠運(yùn)行。硬件層包括處理器、存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備以及各類接口設(shè)備，采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)與各類傳感器設(shè)備通信，處理NMEA數(shù)據(jù)流，保障數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性與完整性應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)海圖顯示、航線規(guī)劃、警報(bào)管理等核心功能，提供用戶交互界面數(shù)據(jù)層第三章：電子海圖導(dǎo)航實(shí)務(wù)從理論到實(shí)踐的關(guān)鍵一步航行監(jiān)控與位置確認(rèn)船位監(jiān)控方法主要定位：GPS/GNSS系統(tǒng)自動(dòng)定位輔助定位：雷達(dá)、目視觀測(cè)、天文定位定位比對(duì)：不同定位方法交叉驗(yàn)證航跡記錄：自動(dòng)記錄船舶歷史軌跡誤差來(lái)源及處理GPS信號(hào)誤差：多路徑效應(yīng)、大氣干擾海圖基準(zhǔn)誤差：不同大地基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換問(wèn)題傳感器延遲：數(shù)據(jù)傳輸與處理時(shí)延人為誤差：操作失誤、判讀錯(cuò)誤位置監(jiān)控的黃金法則是永不依賴單一定位源。ECDIS系統(tǒng)雖然自動(dòng)顯示船位，但航海人員仍需定期進(jìn)行交叉驗(yàn)證，特別是在沿岸航行、狹窄水道等復(fù)雜環(huán)境中。航行警告與避碰策略常見(jiàn)警告類型航線偏離警告（XTD警告）淺水區(qū)域警告（SafetyContour警告）特殊區(qū)域警告（限制區(qū)、軍事區(qū)等）航行障礙物警告（沉船、礁石等）AIS目標(biāo)接近警告（CPA/TCPA警告）警告響應(yīng)措施確認(rèn)警告類型與嚴(yán)重程度評(píng)估對(duì)航行安全的實(shí)際影響實(shí)施適當(dāng)?shù)暮较?航速調(diào)整記錄警告與處理措施必要時(shí)通知船長(zhǎng)或值班高級(jí)船員AIS目標(biāo)避碰流程目標(biāo)識(shí)別通過(guò)AIS系統(tǒng)獲取目標(biāo)船舶信息，包括船名、航向、航速、船型等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算最近接近點(diǎn)（CPA）與到達(dá)時(shí)間（TCPA），判斷碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)避碰操作多模式操作技巧柵格海圖顯示系統(tǒng)（RCDS）模式風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)：缺乏自動(dòng)報(bào)警功能（淺水、障礙物等）海圖數(shù)據(jù)無(wú)法智能查詢放大會(huì)導(dǎo)致圖像模糊更新頻率較低，可能存在滯后風(fēng)險(xiǎn)管理：增加航行瞭望頻率定期交叉檢驗(yàn)船位手動(dòng)標(biāo)記危險(xiǎn)區(qū)域適當(dāng)增加安全裕度模式切換注意事項(xiàng)切換時(shí)機(jī)：進(jìn)入無(wú)矢量海圖覆蓋區(qū)域矢量海圖數(shù)據(jù)存在質(zhì)量問(wèn)題系統(tǒng)故障需要備用顯示需要參考傳統(tǒng)海圖標(biāo)識(shí)切換程序：提前準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)海圖數(shù)據(jù)確認(rèn)新模式下的安全參數(shù)執(zhí)行切換并驗(yàn)證顯示正常調(diào)整顯示選項(xiàng)（比例尺、顏色等）案例分析：某貨輪ECDIS誤操作導(dǎo)致航線偏離事件經(jīng)過(guò)2018年6月，一艘5萬(wàn)噸級(jí)散貨船在南海航行時(shí)，值班駕駛員對(duì)ECDIS系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)置。由于操作失誤，船舶安全等深線（SafetyContour）被錯(cuò)誤設(shè)置為5米（原值為10米），且未啟動(dòng)航線偏離警報(bào)功能。夜間航行時(shí)，船舶逐漸偏離計(jì)劃航線，駛?cè)胨钶^淺區(qū)域。系統(tǒng)未發(fā)出警報(bào)，值班人員也未察覺(jué)異常。最終，船舶在距離危險(xiǎn)淺灘僅0.5海里處被岸基VTS中心通過(guò)VHF警告，及時(shí)調(diào)整航向避免了擱淺事故。關(guān)鍵失誤點(diǎn)未經(jīng)授權(quán)修改關(guān)鍵安全參數(shù)修改后未進(jìn)行有效性驗(yàn)證未啟用航線偏離警報(bào)功能瞭望不足，過(guò)度依賴自動(dòng)化系統(tǒng)教訓(xùn)總結(jié)該事件揭示了ECDIS設(shè)置錯(cuò)誤與過(guò)度依賴自動(dòng)化的危險(xiǎn)性。安全參數(shù)修改應(yīng)遵循正式程序，并經(jīng)船長(zhǎng)或大副批準(zhǔn)。航線偏離示意圖與警告彈窗截圖上圖展示了案例中船舶偏離計(jì)劃航線的情況，以及正確設(shè)置下ECDIS系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)顯示的警告彈窗。1計(jì)劃航線原定安全航線，經(jīng)過(guò)適當(dāng)水深區(qū)域，避開(kāi)已知航行障礙物2實(shí)際航跡偏離計(jì)劃航線，進(jìn)入水深較淺區(qū)域，接近危險(xiǎn)淺灘3警告彈窗顯示"安全等深線越位警告"與"航線偏離警告"，要求操作人員確認(rèn)并采取行動(dòng)危險(xiǎn)區(qū)域水深小于船舶安全水深的區(qū)域，正確設(shè)置下應(yīng)以特殊顏色高亮顯示第四章：法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)管理合規(guī)航行的基礎(chǔ)保障電子海圖系統(tǒng)的使用受到嚴(yán)格的國(guó)際法規(guī)監(jiān)管。本章將介紹ECDIS相關(guān)的法律法規(guī)要求，以及電子海圖使用過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理方法，幫助航海人員在合規(guī)的基礎(chǔ)上安全、高效地使用電子海圖系統(tǒng)。IMO與STCW對(duì)ECDIS培訓(xùn)的要求IMO模型課程1.272010年發(fā)布的《電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）操作使用》培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定了ECDIS操作員應(yīng)掌握的知識(shí)與技能，包括：ECDIS系統(tǒng)原理與功能電子海圖數(shù)據(jù)管理航線規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)限制與風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知模擬器操作訓(xùn)練STCW曼谷修正案要求2010年通過(guò)的《海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際公約》修正案規(guī)定：自2012年7月1日起，使用ECDIS的船舶，其航行值班人員必須完成專門(mén)培訓(xùn)培訓(xùn)分為通用培訓(xùn)（GenericTraining）和特定設(shè)備培訓(xùn)（TypeSpecificTraining）培訓(xùn)證書(shū)有效期為5年，需定期更新未經(jīng)培訓(xùn)的人員不得獨(dú)立操作ECDIS系統(tǒng)中國(guó)海事局根據(jù)國(guó)際公約要求，制定了《船舶電子海圖顯示與信息系統(tǒng)操作培訓(xùn)大綱》，規(guī)范國(guó)內(nèi)ECDIS培訓(xùn)與認(rèn)證工作。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法船舶與航區(qū)特性分析風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)當(dāng)考慮以下關(guān)鍵因素：船舶尺寸與操縱性能船舶吃水與富余水深航區(qū)水文地理特點(diǎn)航區(qū)交通密度航區(qū)氣象條件海圖數(shù)據(jù)質(zhì)量與覆蓋率高風(fēng)險(xiǎn)航區(qū)包括：狹窄水道、多礁區(qū)域、淺水區(qū)、冰區(qū)航行、繁忙港口等紙電互補(bǔ)策略即使使用ECDIS作為主要導(dǎo)航手段，以下情況仍需參考紙質(zhì)海圖：電子海圖數(shù)據(jù)質(zhì)量較低的區(qū)域航行于復(fù)雜水域或特殊區(qū)域系統(tǒng)性能下降或功能受限時(shí)進(jìn)行長(zhǎng)期航行規(guī)劃與概覽電子海圖與其他導(dǎo)航輔助手段出現(xiàn)顯著差異時(shí)ECDIS操作中的常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)與防范傳感器故障風(fēng)險(xiǎn)：GPS信號(hào)丟失、羅經(jīng)失準(zhǔn)、雷達(dá)故障導(dǎo)致定位或?qū)Ш綌?shù)據(jù)錯(cuò)誤防范：配置多重備份系統(tǒng)，定期交叉檢驗(yàn)不同傳感器數(shù)據(jù)，制定傳感器故障應(yīng)急程序數(shù)據(jù)延遲風(fēng)險(xiǎn)：系統(tǒng)處理延遲導(dǎo)致顯示滯后，在高速航行或復(fù)雜操船時(shí)造成判斷失誤防范：了解系統(tǒng)刷新率限制，預(yù)留足夠安全裕度，重要操船動(dòng)作提前執(zhí)行軟件錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)：系統(tǒng)凍結(jié)、顯示異常、功能失效等軟件問(wèn)題影響航行安全防范：定期更新軟件版本，熟悉系統(tǒng)重啟程序，準(zhǔn)備備用顯示設(shè)備，保持紙質(zhì)海圖更新操作員職責(zé)與應(yīng)急預(yù)案ECDIS操作員必須：熟練掌握系統(tǒng)的正常操作與應(yīng)急處理程序了解系統(tǒng)的局限性與潛在風(fēng)險(xiǎn)保持警惕，不過(guò)度依賴自動(dòng)化系統(tǒng)定期參加應(yīng)急演練，熟悉備用導(dǎo)航方法及時(shí)記錄與報(bào)告系統(tǒng)異常情況風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程圖與應(yīng)急操作流程示意上圖展示了ECDIS使用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)流程與系統(tǒng)故障時(shí)的應(yīng)急操作程序。風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)當(dāng)是一個(gè)持續(xù)循環(huán)的過(guò)程，而非一次性活動(dòng)。1風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)性分析潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，包括技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、操作風(fēng)險(xiǎn)、外部環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估評(píng)估各風(fēng)險(xiǎn)因素的發(fā)生概率與潛在影響程度，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)3控制措施針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)因素制定預(yù)防與應(yīng)對(duì)措施，分配責(zé)任人與執(zhí)行時(shí)間4實(shí)施監(jiān)控執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)控制措施，監(jiān)控措施有效性，記錄異常情況5評(píng)估改進(jìn)定期回顧風(fēng)險(xiǎn)管理效果，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與新出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整措施第五章：OpenCPN軟件實(shí)操演示開(kāi)源航海的實(shí)踐平臺(tái)為了便于學(xué)習(xí)實(shí)踐，本章將介紹一款優(yōu)秀的開(kāi)源電子海圖軟件——OpenCPN。通過(guò)實(shí)際操作演示，幫助學(xué)員掌握電子海圖軟件的基本使用方法，為今后在船上操作商業(yè)ECDIS系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。OpenCPN簡(jiǎn)介軟件特點(diǎn)完全免費(fèi)開(kāi)源，符合GPLv2許可證支持多平臺(tái)運(yùn)行（Windows/Mac/Linux/Android）兼容多種海圖格式（S-57/S-63/BSB/KAP等）提供航線規(guī)劃與航行監(jiān)控功能支持GPS、AIS等設(shè)備連接擁有豐富的插件生態(tài)系統(tǒng)國(guó)際化支持，包括中文界面活躍的用戶社區(qū)與技術(shù)支持OpenCPN（OpenChartPlotterNavigator）最初由航海愛(ài)好者DavidRegister開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已成為全球流行的開(kāi)源航海軟件。雖然OpenCPN不能完全替代符合IMO標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)ECDIS系統(tǒng)，但其核心功能與操作邏輯與商業(yè)系統(tǒng)相似，是學(xué)習(xí)電子海圖操作的理想平臺(tái)。許多小型船舶、休閑船和教育機(jī)構(gòu)都將OpenCPN作為實(shí)用的導(dǎo)航工具或培訓(xùn)軟件。安裝與界面介紹下載軟件訪問(wèn)官方網(wǎng)站（）或GitHub倉(cāng)庫(kù)，下載適合您操作系統(tǒng)的安裝包安裝過(guò)程運(yùn)行安裝程序，接受許可協(xié)議，選擇安裝位置，完成安裝初始設(shè)置首次運(yùn)行時(shí)設(shè)置界面語(yǔ)言、顯示單位、船舶參數(shù)等基本配置OpenCPN界面主要由以下幾部分組成：工具欄：提供各種功能按鈕，如放大/縮小、創(chuàng)建航點(diǎn)、測(cè)量距離等海圖顯示區(qū)：顯示當(dāng)前加載的海圖，以及船位、航線等信息狀態(tài)欄：顯示光標(biāo)位置、比例尺、數(shù)據(jù)來(lái)源等信息控制面板：可選顯示，包括航線管理器、AIS目標(biāo)列表等海圖加載與航線規(guī)劃海圖加載步驟點(diǎn)擊"選項(xiàng)"菜單，選擇"海圖"選項(xiàng)卡點(diǎn)擊"添加目錄"按鈕，瀏覽并選擇海圖文件所在目錄勾選需要加載的海圖文件或目錄點(diǎn)擊"應(yīng)用"按鈕使設(shè)置生效返回主界面，海圖將自動(dòng)加載顯示OpenCPN支持的海圖格式：S-57:官方矢量電子海圖S-63:加密的S-57海圖BSB/KAP:柵格電子海圖CM93:商業(yè)矢量海圖航線規(guī)劃操作點(diǎn)擊工具欄中的"創(chuàng)建航點(diǎn)"按鈕在海圖上點(diǎn)擊需要經(jīng)過(guò)的各個(gè)位置右鍵點(diǎn)擊最后一個(gè)點(diǎn)，選擇"結(jié)束航線"右鍵點(diǎn)擊航線，選擇"屬性"可編輯航線名稱、描述等可拖動(dòng)航點(diǎn)調(diào)整位置，或右鍵航點(diǎn)添加/刪除右鍵航線選擇"激活"使其成為當(dāng)前導(dǎo)航航線實(shí)時(shí)導(dǎo)航與數(shù)據(jù)監(jiān)控GPS連接設(shè)置點(diǎn)擊"選項(xiàng)→連接"，添加數(shù)據(jù)源（串口、網(wǎng)絡(luò)或文件），選擇合適的數(shù)據(jù)格式（通常為NMEA0183），設(shè)置波特率等參數(shù)，點(diǎn)擊"應(yīng)用"并測(cè)試連接船位顯示與跟蹤成功連接GPS后，船舶位置將在海圖上以船形圖標(biāo)顯示，可點(diǎn)擊"自動(dòng)跟蹤"按鈕使海圖視圖始終居中于船位，船舶軌跡會(huì)自動(dòng)記錄并顯示AIS目標(biāo)顯示連接AIS接收機(jī)后，周圍船舶將顯示為帶有速度矢量的三角形圖標(biāo)，鼠標(biāo)懸停可查看船名、呼號(hào)等信息，右鍵點(diǎn)擊可設(shè)置警報(bào)或顯示目標(biāo)詳細(xì)信息警告設(shè)置通過(guò)"選項(xiàng)→船舶→警報(bào)"可設(shè)置各