数字导航技术

航海技术世界沟运数字导航技术文/大连海事大学航海学院东昉摘要:介绍船舶导航技术的发展，提出数字船位及船舶数字定位技术的概念，根据电子海图显示与信息系统( ECDIS)的功能、局限及发展方向，提出ECDIS的智能化程度将决定数字导航技术的发展水平。关键词:船舶导航;数宇船位; ECDIS; 智能化船舶导航技术的基础是定位技术。船舶在一-望无置(φ,入,h),天线位置坐标由定位天线与船舶重际的茫茫大海上:航行，船舶位置的确定始终是航海者心相对坐标及与船体相对坐标组成，船舶姿态数据由最为关注的关键性难题。几千年来,船舶导航技术的船首向数据及首向变化率、横摇数据(最大横摇角及发展历史实质上是船舶定位技术的发展历史。航迹推横摇周期)及纵摇数据(最大纵倾角及纵摇周期)组算、陆标定位、天文定位、雷达定位、无线电测向定成。以上信息按统一的标准格式进行通信传输。位、罗兰C定位、台卡定位、奥米加定位、NNSS定船体空间位置信息在船舶狭水道航行、锚泊、进位，直至GPS定位，都是为了解决船舶定位这一-关键出港、靠离泊及在大风浪中航行都是极其重要的信问题。20世纪末是船舶导航技术迅速发展的重要时息，必将对航行安全及海事安全监管提供极其重要的期，特别是高精度三维连续定位的GPS在航海上的成信息支持。从当前定位技术及姿态测试技术来看，船功应用，使船舶导航技术进人了一个崭新的数字导航体空间位置的确定应该可以实现，这将是数字船位的时代。-个重要发展方向。在使用GPS定位的同时，沿岸航行、狭水道航行-.船舶定位及进出港航行时的陆标定位、雷达定位方法必须常态1.数字船位化,驾驶员应对陆标定位船位、雷达定位船位与GPSGPS、CLONASS、GNSS以及组网的相应的各种船位进行比对，以确保船位的准确性,避免因过分相差分系统，即将问世的伽利略卫星导航系统、北斗卫信GPS船位而产生航行危险。星导航系统等等,使大洋航行100 m级的船位、沿岸2.天文定位的发展航行10 m级船位、狭水道航行1 m级船位这样的数字天文定位是驾驶员在远洋航行中“计划并引导航船位的实现已成为可能。何谓数字船位?严格地说，行与定位” 这-能力所应具备的自主的基础能力,天数字船位应是满足实际需要的高精度船位，目前可以文定位在航海中必须保留。 但是,利用查纸质航海天定义为，当船位的精度达到海图极限精度时,从在海文历、天体高度方位表等表册进行测天定位与罗经差图上确定的船位来说，该船位就是数字船位。这是船测定的传统天文定位方法由于比较繁琐而在实际使用位信息的高精度形式，是航海技术向数字航海发展的中并不普遍。应改革天文定位方法,采用电子航海天重要基础。当今船位的数字化技术为数字导航奠定了文历和天文定位计算软件，驾驶员可以方便地认星。基础。目前，DGPS的定位精度已达0.3 m,通过相位驾驶员用六分仪测出天体高度后，只要输人测天时间测量,精度可提高到厘米级,甚至更高。与所测天体高度,计算机就会自动给出天体定位的各以上所说的船位是“点船位”，也就是GPS天线参数与天文船位。 同时，天文定位应只要求测太阳的的位置。当船舶在狭水道航行、进出港，尤其是大型移线定中国煤 化工文定位软件，不船舶航行时，点船位显然是不够的，需要有更丰富的但可以可帮助驾驶员认CNMH G船体位置的新概念船体空间位置。星及熟心人又是让加识，与牧贝云乐于使用这-方船体空间位置应由点船位、天线位置坐标及船舶法，天文定位方法在实际中也将发挥作用。从长远角姿态数据来确定。点船位是GPS定位天线所确定的位度看，这对远洋航行的安全是十分有利的。第34号努数据1世界海运航海技术二.智能化的ECDISECDIS信息，去辅助驾驶员正确导航，是ECDIS智能在传统的纸质海图上进行海图作业是驾驶员的重化所必须解决的重要课题。要业务，航海离不开海图。当今,船舶运输量逐年大三.纸质海图存在的必要性幅度增长，航道拥挤程度不断提高，船舶大型化以及SOLAS公约2009年修正案规定，从2012年起强制高速船的出现，使得纸质海图已经不能适应海运事业要求船舶陆续装备ECDIS。随着ECDIS的不断完善,发展的需要。主要表现在:靠传统的人T在纸质海图数字航路信息系统的建立，纸质海图与航路资料的地上定位已经不能适应连续的高精度GPS船位，-些重位及继续保留的重要性也必然要被关注。目前已有学要的船位航迹数据不能在纸质海图上标注;同时，手者对此提出“无纸化海图”为发展方向的设想。对工标注船位效率低，不利于驾驶员把主要精力放在嘹此，不应该用简单的替代的逻辑去看待。望、避让及操船上;纸质海图表示的仅是与航海有关为了保证ECDIS、数字航路信息系统的正常使的静止信息，并不能显示周围船舶的动态信息，表示用，ECDIS与数字航路信息系统必须经过长期的实践的水深、水流并不是实时的水深、水流信息,这对航验证，对其功能与可靠保障作实际的评估与改进。因行安全是不利的;纸质海图的改正是依据航海通告与此，在实际使用中应该考虑采用双套、备用系统的方航行警告进行人工改正的，工作繁重且时效性差。式。只有实践充分证明ECDIS与数字航路信息系统的电子海图显示与信息系统( Eletronic Chart Display功能与可靠性后，才能制定出相应的规则以确保该系and Information System, ECDIS)就是在这样的背景下统的实船使用。在实践中若不能充分证明ECDIS与数产生的。早期应用于航海的光栅海图( Raster Chart字航路信息系统完全替代纸质海图与航路资料,纸质Display System, RCDS)实际上是用光栅扫描的方法把海图与航路资料还必须保留。纸质海图变成电子海图，并没有从根本上解决纸质海从航行安全角度出发，单靠- -种系统的方法不如图存在的不足。新-代的电子海图采用数字矢量方法多种系统互相比对。纸质海图与航路资料在较长的时生成点、线、面，并对海图符号与缩写建立数字标期内依然是必需的。目前，以纸质海图与航路资料为准。这样不但大大减小所需内存,而且使像素有了物主、ECDIS与数字航路信息系统为辅的状况估计将维理属性，成为可供计算机分析处理的“真正信息”。持较长的一-段时间。随着ECDIS与数字航路信息系统在这样的电子海图上，计算机可以自动识别海图信的不断发展及实际使用中的不断完善，两者的主辅关息，智能地提醒驾驶人员注意预计可能发生的海事,系发生变化将是未来的趋势。可以通过AIS系统显示周围船舶的动态，可以通过PORTS系统显示航行区域实时的水深、水流，还可以四、导航技术数字化显示航路信息、气象信息、VTS及港口信息等等,这现在，作为船舶导航技术基础的船舶定位和海图就构成了电子海图显示与信息系统(ECDIS)。因都已经实现数字化。随着区域性潮汐潮流及数字航海此，ECDIS不仅是纸质海图的等效物，而且是重要的图书资料的逐步数字化，ECDIS的功能将不断丰富与航海信息平台，是数字导航的必要的组成部分。完善，ECDIS必将成为船舶导航的综合信息平台。今目前，ECDIS已成为综合驾驶台系统(IBS )的重后，数字导航技术的核心问题是航海信息的集成共享要组成部分。在船舶航行安全专家知识库、航海实务和智能控制。ECDIS对航海信息的集成与共享使航海的流程及船舶运动模型的在线识别等支持下，ECDIS人员可以便捷地从ECDIS获取所需的信息。但ECDIS的智能软件将通过人机对话、标准航海实务流程等方仅集成信息是远远不够的，其还应根据船舶的运动模式来辅助驾驶员，这将极大地提高导航的科学性，使型及海况、风、流、气象及周围船舶数据,智能地设设计的航线更优，航法更科学。ECDIS作 为最重要的计最佳航线与制定最佳航法。导航信息平台，将是数字导航技术的核心，ECIDS的ECDIS的智能化程度将决定数字导航技术的发展发展水平在很大程度上将代表数字导航技术的发展水水平中国煤化工开发研究将是十分平。ECDIS的发展将使传统的导航技术发生质的变有潜MHCNMH G革,真正实现数字导航。Digital navigation technology如何正确地、有效地、智能化地利用如此丰富的DONG Fang2011年总第187期