电子海图导航应用现状及技术研究

　　【摘 要】本文深入分析了电子海图导航应用现状、现存的应用痛点及云计算技术发展概况，并针对现存应用痛点提出解决思路，从而引入其中涉及的两大航行导航数据生成的关键技术：电子海图导航示意图瓦片生成技术和电子海图导航示意图离线包制作技术。
　　【关键词】电子海图；电子海图导航；云计算；瓦片海图；離线包
　　一、电子海图导航应用现状分析
　　数字化航海技术的迅速发展，GPS、北斗卫星导航、AIS、电子海图、雷达、无线电通信和计算机网络等现代技术在航海领域广泛应用，为船舶航行提供了更加安全可靠的技术保障。中国海事局电子海图在保障我国沿海船舶航行安全的过程中，发挥着重要的作用。
　　然而，我国沿海渔船、小型运输船舶众多，渔船将近100万艘，小型运输船舶超过10万艘。由于成本和船员素质等原因，我国沿海大部分小型运输船舶和渔船还未能够使用中国海事局电子海图进行船舶定位和导航，也没有有效电子手段接收中国海事局发布的航海通告信息。
　　利用中国海事局电子海图数据，制作可以满足绝大多数低配船舶和涉海岸基用户需求的电子航行示意图瓦片，结合航海通告信息，通过云计算平台、Web云端和智能手机云端进行发布，可以有效解决中国海事局电子海图服务和推广过程中面临的主要问题，为中国沿海航运安全和效率做出进一步的贡献。
　　然而，随着电子海图应用的不断推广，以及用户群体的不断扩大，近年来这种发布方式也暴露出一些不足，限制了中国海事电子海图的进一步推广应用。主要表现在以下四个方面：
　　（1）没有安装电子海图系统就无法使用电子海图。中国沿海现有大量的低配小型船舶航行，如部分小型渔船、游艇和运输船舶等。这些船舶由于成本和人员素质等问题，仍然主要依赖于纸质海图进行定位和导航。
　　我国沿海渔船、小型运输船舶众多，渔船将近100万艘，小型运输船舶超过10万艘。目前，中国海事局电子海图主要为大中型运输船舶提供电子海图数据服务，对于沿海一些小型运输船舶和渔船等，安装和更新电子海图的相对成本较高，导致装船数量占比较低。另外，小型运输船舶和渔船的船员往往文化程度较低，对功能复杂的电子海图系统往往有排斥心理，这也是电子海图系统未能在小型运输船舶和渔船上普及的一个原因。
　　（2）个人用户不能使用。随着移动互联网的发展和智能手机的普及，基于地图的定位和导航应用已非常普及，但还不能在智能手机上利用中国海事局电子海图进行定位和导航。
　　（3）岸基机构用户使用成本较高。比如，为了使用中国海事局电子海图进行船舶监控和调度，岸基机构用户需要建立专门的电子海图显示系统，提高了使用的成本。
　　（4）由于＂中国海事航海图书资料发行网站＂使用了传统的系统架构技术，运行速度和系统容量已无法适应用户需求。
　　二、电子海图导航示意图瓦片生成技术
　　基于当前电子海图导航应用现状、现存的应用痛点及云计算技术的发展现状，利用中国海事局电子海图数据，制作可以满足绝大多数低配船舶和涉海岸基用户需求的电子海图导航示意图瓦片数据及离线数据包，并通过云计算平台、Web云端和智能手机云端进行发布，使低配船舶和涉海岸基用户能在通过智能设备进行航行导航，则显得尤为迫切。其中涉及到的电子海图导航示意图瓦片生成技术、电子海图导航示意图离线包制作技术则是航行导航数据生成的关键技术。
　　电子海图导航示意图瓦片生成工具的建设需要完成电子海图数据导入，海图数据自动更新和瓦片快速生成三大方面的建设。
　　（1）电子海图数据导入
　　上海海图中心目前可以出版IHO S57格式的电子海图（ENC）数据及其加密S63数据，本次研究使用S57格式的数据。
　　ENC是由国家官方机构发布的、专供ECDIS使用的、符合国际标准数据库。S-57规定了各国水文机构之间及他们和相关设备生厂商或海员等之间进行水文数据传输或交换的标准。
　　本次研究中，电子海图数据导入是指将上海海图中心出版的IHO S57格式的电子海图数据转换为系统内部格式SENC（系统ENC）。
　　（2）电子海图数据自动更新
　　为方便使用，系统工具提供电子海图自动更新模块确保海图数据的即时完整性。电子海图自动更新步骤：
　　①自动获取最新电子海图版本信息；
　　②匹配本地电子海图版本信息，对本地较早版本数据，自动下载电子海图数据文件；
　　③自动更新系统SENC。
　　（3）电子航行示意图瓦片快速生成
　　在获得了最新的电子海图数据以后，系统支持前端应用系统提交查询航行水域经纬度范围信息，实时查询电子海图数据库，根据S-52标准快速绘制生成电子海图导航示意图瓦片并返回。
　　三、电子海图导航示意图离线包制作技术
　　由于本研究最终系统实例的海图资源是通过网络向服务器请求获得，当手机处于无移动网络的情况下就无法从服务器获取海图资源。船舶在海域中航行，当离开岸基很远时就不在移动网络的覆盖范围之内，失去网络后系统实例则无法从服务器中获取海图图片，从而无法正常的正常使用系统实例进行定位导航。为了使用户能够在没有网络的情况下仍然可以进行定位导航，需要开发系统实例的离线包。
　　电子海图导航示意图离线包的研究目标是保证系统实例在没有网络的情况下仍然可以使用，用户在网络环境中下载需要的海图离线包到智能设备本地中进行存储。当处于无移动网络环境中，用户可以通过已下载的海图离线包进行定位导航。
　　电子海图导航示意图离线包制作工具根据主要功能可以分为两个模块，分别是自定义下载模块和预定义下载模块。
　　离线数据包制作工具的建设基于Java开发，选择JDK7作为开发环境。获取用户选择区域的参数计算该区域内的海图瓦片数据，通过HttpClient请求相关的瓦片图数据，并保存在指定路径的文件夹内。离线数据包瓦片图大小是256*256像素的图片格式。
　　四、结语
　　当前我国沿海大量低配船舶和涉海岸基用户对电子海图导航需求迫切，本文所研究的电子海图导航示意图瓦片生成技术以及电子海图导航示意图离线包制作技术，为解决该需求提供数据支持的技术基础，用户通过预先下载电子海图离线数据，可以实现在近海无网络环境下的航行定位导航功能，为电子海图更好的服务用户打下夯实的基础。
　　【参考文献】
　　[1]张淑净，电子海图-整合式导航资讯系统[M]，五南出版社，2009
　　[2]张吉平，电子海图显示与信息系统[M]，大连海事大学出版社，2014
　　[3]王秋滢，船用调制型惯性导航及其组合导航技术[M]，国防工业出版社，2017
　　[4]梁勇 （Y.Daniel Liang），计算机科学丛书：Java语言程序设计（基础篇）[M]，机械工业出版社，2015