电子海图显示和信息系统在VTS中的应用
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摘要
电子海图显示和信息系统的产生是航海领域的一场革命，它被广泛地应用于许多领域。目前，国际海道组织已经制定了关于电子海图显示和信息系统的相关标准和规范，但这些标准和规范主要是基于航海方面的，用在VTS(Vessel Traffic
Services)中的研究还不多。直接将国际航海领域的标准和规范借用到VTS中来，在实际应用中暴露出很多不足，主要表现在：VTS系统传感器与船用设备不同，多数为高精度设备，对电子海图显示精度提出了新的要求：我国海图和雷达主要采用BJ-54坐标系，AIS数据基于WGS-84坐标系的，这两种坐标系要能够转换、统一；电子海图存储海况数据，VTS系统存储管理目标的静、动态数据，这两种数据彼此孤立，不能充分发挥VTS的综合优势，造成资源重叠和浪费。
针对以上提出的薄弱点，结合我国船舶交通管理的实际情况，本文研究的重点内容包括用在VTS中电子海图显示和信息系统在显示方面的特殊要求及在船舶交通管理中的应用。具体工作和结论如下：
1、研究电子海图相关标准，提出标准电子海图显示系统设计方案，并利用SuperMapⅢ对其中的符号库模块进行设计实现：
2、对用在VTS中的电子海图显示精度提出要求：应达到0.1m数量级；
3、研究坐标变换的方法，提出电子海图坐标系从WGS-84到BJ-54转换的简便算法，并用MATLAB进行仿真；
4、对VTS中的信息系统进行综合分析，将电子海图显示和信息系统中的数据与VTS中的数据通过算法实现浮标移位、船舶走锚、禁航区和船舶搁浅、船舶避碰等功能。
Electronic Chart Display and Information System (ECDIS) is a revolution in navigation field. It has been widely used in many fields. At present, the standards in navigation have been published by IHO, while the research in VTS is deficient. In practice, some weaknesses are exposed when they are used in VTS. For example, distinguished from the equipments in the vessel, the sensors in VTS ( Vessel Traffic Services ) mostly have high-accuracy and require more on the display accuracy of ECDIS. The coordinate of Chart and Radar is BJ-54, while that of AIS is WGS-84. One coordinate should be transformed to the other. The data in ECIDS contain the sea environments, while those in VTS are static and dynamic data of the objects. This two data are independence of each other and can't exhibit the superiority of VTS completely, causing the reduplication and wasting of resource.
Focused on the weaknesses above, combining the practice of the current management, this paper concentrates on the particularity and the application of ECDIS in VTS. The contents and conclusions are as follows:
1. Research into the standards of ECDIS. Present the project to Electronic Chart Display and realize symbol function by SuperMapIII.
2. Present the requirement in accuracy of ECDIS in VTS and conclude that it is 0.1m .
3. Research into the methods of WGS-84 to BJ-54 coordinate transform. Present a kind of simple arithmetic that has been simulated by MATLAB.
4. Analyse the information system of VTS and realize the function such as of buoy excursion, dragging anchor, ship collision avoidance in ECDIS.
Services)中的研究还不多。直接将国际航海领域的标准和规范借用到VTS中来，在实际应用中暴露出很多不足，主要表现在：VTS系统传感器与船用设备不同，多数为高精度设备，对电子海图显示精度提出了新的要求：我国海图和雷达主要采用BJ-54坐标系，AIS数据基于WGS-84坐标系的，这两种坐标系要能够转换、统一；电子海图存储海况数据，VTS系统存储管理目标的静、动态数据，这两种数据彼此孤立，不能充分发挥VTS的综合优势，造成资源重叠和浪费。
针对以上提出的薄弱点，结合我国船舶交通管理的实际情况，本文研究的重点内容包括用在VTS中电子海图显示和信息系统在显示方面的特殊要求及在船舶交通管理中的应用。具体工作和结论如下：
1、研究电子海图相关标准，提出标准电子海图显示系统设计方案，并利用SuperMapⅢ对其中的符号库模块进行设计实现：
2、对用在VTS中的电子海图显示精度提出要求：应达到0.1m数量级；
3、研究坐标变换的方法，提出电子海图坐标系从WGS-84到BJ-54转换的简便算法，并用MATLAB进行仿真；
4、对VTS中的信息系统进行综合分析，将电子海图显示和信息系统中的数据与VTS中的数据通过算法实现浮标移位、船舶走锚、禁航区和船舶搁浅、船舶避碰等功能。
Electronic Chart Display and Information System (ECDIS) is a revolution in navigation field. It has been widely used in many fields. At present, the standards in navigation have been published by IHO, while the research in VTS is deficient. In practice, some weaknesses are exposed when they are used in VTS. For example, distinguished from the equipments in the vessel, the sensors in VTS ( Vessel Traffic Services ) mostly have high-accuracy and require more on the display accuracy of ECDIS. The coordinate of Chart and Radar is BJ-54, while that of AIS is WGS-84. One coordinate should be transformed to the other. The data in ECIDS contain the sea environments, while those in VTS are static and dynamic data of the objects. This two data are independence of each other and can't exhibit the superiority of VTS completely, causing the reduplication and wasting of resource.
Focused on the weaknesses above, combining the practice of the current management, this paper concentrates on the particularity and the application of ECDIS in VTS. The contents and conclusions are as follows:
1. Research into the standards of ECDIS. Present the project to Electronic Chart Display and realize symbol function by SuperMapIII.
2. Present the requirement in accuracy of ECDIS in VTS and conclude that it is 0.1m .
3. Research into the methods of WGS-84 to BJ-54 coordinate transform. Present a kind of simple arithmetic that has been simulated by MATLAB.
4. Analyse the information system of VTS and realize the function such as of buoy excursion, dragging anchor, ship collision avoidance in ECDIS.
引文
[1] 刘人杰，柳晓鸣，船舶交通管理电子系统，第1版．1992年，大连海运学院出版社，187
[2] VTS系统总论，2001年．中华人民共和国海事局，5～6
[3] 电子海图显示和信息系统，1998年10月，国际海道测量组织(IHO)
[4] 周程熹，赵德鹏，周曾磐，赵学俊等电子海图及其应用系统国际规范和标准(S-57篇)，第1版，1999年．大连海事大学出版社，14
[5] 朱世立，李宏利等译，电子海图及其应用系统国际规范和标准(S—52篇)，第1版，1997年，船舶系统工程部，27
[6] 张英俊，电子海图的数学和算法基础，第1版，2001年大连海事大学出版社
[7] GB 12319-1998中华人民共和国国家标准中国海图图式，第1版，1999年，中国标准出版社
[8] 陈建春，Visual C++开发GIS系统——开发实例剖析，第1版，2000年，电子工业出版社
[9] SuperMapⅢ用户手册，第1版，2000年，北京超图地理信息技术有限公司，202～203
[10] SuperMapⅢ开发教程，第1版，2000年，北京超图地理信息技术有限公司
[11] SuperMapⅢ程序员参考手册，第1版，2000年，北京超图地理信息技术有限公司
[12] 英国船商有限公司电子海图显示和信息系统操作手册，第一版，2000年，英国船商有限公司
[13] 龚健雅，地理信息系统基础，第1版，2001年，科学出版社
[14] 刘大杰，施一民，过静捃，全球定位系统(GPS)的原理与数据处理，第2版，1997年，同济大学出版社
[15] 张基温，C++程序设计基础，第1版，1996年，高等教育出版社
[16] 北京博彦科技发展有限责任公司，Visual C++编程高手，第1版，2000年，北京大学出版社
[17] CLIFFORD A．SHAFFER，数据结构与算法分析，张铭，刘晓丹，第1版，1998年，电子工业出版社
[18] 胡何生，高成发，GPS测量原理及其应用，第1版，2002年，人民交通出版社
[19] 高成发，GPS测量，第1版，1999年，人民交通出版社
[20] 关泽群，秦昆，Arcinfo基础教程，第1版，2002年，武汉测绘出版社
[21] 党安荣，贾海峰，易善桢，刘钊，AicGIS8Desktop地理信息系统应用指南，第1版，2003年，清华大学出版社
[22] 王家耀，空间信息系统原理，第1版，2001年，科学出版社
[23] 毕硕本，王桥，徐秀华，地理信息系统软件工程的原理与方法，第1版，2003年，科学出版社
[24] 钱淡如，航海学，第1版，1991年，人民交通出版社
[25] 郑中文，杨丹，水上安全监督管理(上册)，第1版，1999年，大连海事大学出版社
[26] 付玉慧，朱玉柱，水上安全监督管理(下册)第1版，1999年，大连海事大学出版社
[27] 苏晓生，掌握MATLAB 6.0及其工程应用，第1版，2002年，科学出版社
[28] 郑海，王孝通，瞿学林，彭认灿，数字海图信息的采集与格式标准，航海技术，2001年，第5期
[29] 徐志京，许开宇，王世远，AIS与ECDIS组合使用的探讨，航海技术，2002年，第4期
[30] 周立佳，刘永禄，基于电子海图的航海气象数据库系统，航海技术，2002年，第5期
[31] 陈伟，齐传新，电子海图技术在内河电子江图制作中的应用，航海技术，2002年，第1期
[32] 赵学俊，李源惠，电子海图船舶引航系统，世界海运，2002年。第6期，7～
8
[33] 郑佳春，张杏谷，多传感器数据融合技术在VTS中的应用研究，航海技术，2003年，第3期
[34] 欧阳庆，赵德鹏，电子海图系统中船舶避碰的神经网络方法的研究，大连海事大学学报，1997年，第3期，3
[35] 陈小明，曾连荪，电子海图显示和信息系统中的数据管理，上海海运学院报，1998年，第3期
[36] 詹舒波，张其，GPS／电子地图的坐标转换算法和实现，北京航空航天大学学报，1996年，第5期，531～532
[37] 张杏谷，黄丽卿，胡稳，GPS在VTS中的作用，航海技术，2002年，第2期，24
[38] 刘权威，GPS网坐标变换问题的讨论，三晋测绘，1995年，第4期，3
[39] 贾海辞，孔凡村，船载自动识别系统(AIS)在船舶避碰系统中的应用研究，上海海运学报2002年，第2期
[40] 王瑞杰，焦志刚，柔皓，GPS坐标转换参数的测定，内蒙古林业调查，2003年，第2期。54～55
[41] 李丽娜，探讨新的航海技术对船舶避碰自动化的影响，中国航海，2002年，第4期，54～55
[42] 袁赣南，徐皓明，孙枫，雷达图像与电子海图实时匹配算法及其计算机实现，中国航海，1998年，第1期．1～2
[43] 刘彦呈，袁士春．孙勤才，殷佩海，海上溢油应急反应电子海图系统的研制开发，世界海运，2001年，第3期，38
[44] 东眆．杨盐生，利用GPS接收机进行锚位监视方法的研究．大连海运学院学报，1994年，第2期
[45] 张尧，电子海图还要等多久，航海技术．1998年，第6期，26
[46] 应士君，潘杰，基于电子海图的综合船桥系统，上海海运学报，1999年，第2期，42～43
[47] 吴越，GPS在一个新领域的发展——GPS／VTS组合应用，航海技术，2000年，
第1期
[48] 梁宇，中国VTS的发展历程，中国航海，1999年，第2期
[49] 甄刚，史光平，天津VTS新开发的船舶数据处理系统(SDPS)，中国航海，1998年，第2期
[50] 鲁德馥，世界VTS发展现状，航海科技动态，1996年，第12期
[51] 周江华，刘桂云，方飚雄，宁波港船舶交通管理系统，宁波大学学报(理工版)，2003年，第1期
[52] 张剑，席红艳，雷达在电子海图导航系统中的应用研究，雷达与对抗，1996年，第4期
[53] 杨秉曦，海上船舶交通管理技术的新发展，航海科技动态，1996年，第12期
[54] 张兵，VTS系统的未来发展，中国水运，1999年，第8期
[55] 李文华，VTS中的信息系统，中国水运，1999年，第12期
[56] 施周，船舶交通系统现状，航海科技动态，1998年，第2期
[57] 邓峰，对我国VTS运行中有关问题的思考，珠江水运，1999年，第9期
[58] 孙大庆，用VTS监控海上助航设施的设想，中国水运，1999年，第8期
[59] 刘德新，航用海图应满足的条件及其投影方法的讨论，大连海事大学学报，1995年，第3期
[60] 苏志刚，雷达视频地图的坐标变换，中国民航学院学报，1999年，第1期
[61] 杨恒山，地图数字化中坐标变换精度分析，湘潭大学自然科学学报，2001年，第1期
[62] 王向东，电子海图对航运的影响，世界海运，1996年，第3期
[63] 王泉，高有行，电子海图与雷达背景信息叠加显示关键技术研究，微电子学与计算机，2002年，第4期，30
[64] 许开宇，符合国际标准的电子海图显示和信息系统(ECDIS)，船舶工程，1999年，第5期
[65] 戚晓丽等，ECDIS AIS和VTS，世界海运，2002年，第4期，13～14
[66] 张英俊，基于电子海图的船舶调度管理系统的研究，航海技术，2000年．
第6期，34～35
[67] 高向阳，张尧，英国船商公司的船舶导航系统，中国航海，2002年．第3期
[68] 刘海龙，柳晓鸣，S-57电子海图的显示，中国航海学会通信导航专业委员会2003年学术年会论文集，大连海事大学出版社
[69] 温铁江，关于三参数坐标转换在DGPS上的应用，中国航海学会船舶机电与通信导航专业委员会1994年学术年会论文集，大连海事大学出版社
[70] 刘吉龙，柳晓鸣等，VTS船舶动态及静态数据管理，中国航海学会船舶机电与通信导航专业委员会1994年学术年会论文集，大连海事大学出版社
[71] 齐国清，刘敏，VTS数据处理系统目标碰撞危险参数计算，中国航海学会船舶机电与通信导航专业委员会1997年学术年会论文集，大连海事大学出版社
[72] 刘人杰、刘畅、柳晓鸣，AIS及其在VTS中的应用，中国航海学会船舶机电与通信导航专业委员会2002年学术年会论文集，大连海事大学出版社
[73] 王辰，刘人杰，朱艳梅，电子海图在VTS中的精度问题．中国航海学会通信导航专业委员会2003年学术年会论文集，大连海事大学出版社
[74] 李瑞洋，VTS综合信息处理与显示系统的研究，硕士论文，大连海事大学，2003年，57～61
[75] 邢晓春，基于局域网的VTS网络化建设，硕士论文，大连海事大学，2003年，1～2
[2] VTS系统总论，2001年．中华人民共和国海事局，5～6
[3] 电子海图显示和信息系统，1998年10月，国际海道测量组织(IHO)
[4] 周程熹，赵德鹏，周曾磐，赵学俊等电子海图及其应用系统国际规范和标准(S-57篇)，第1版，1999年．大连海事大学出版社，14
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[18] 胡何生，高成发，GPS测量原理及其应用，第1版，2002年，人民交通出版社
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[21] 党安荣，贾海峰，易善桢，刘钊，AicGIS8Desktop地理信息系统应用指南，第1版，2003年，清华大学出版社
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8
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[38] 刘权威，GPS网坐标变换问题的讨论，三晋测绘，1995年，第4期，3
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[40] 王瑞杰，焦志刚，柔皓，GPS坐标转换参数的测定，内蒙古林业调查，2003年，第2期。54～55
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第1期
[48] 梁宇，中国VTS的发展历程，中国航海，1999年，第2期
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[71] 齐国清，刘敏，VTS数据处理系统目标碰撞危险参数计算，中国航海学会船舶机电与通信导航专业委员会1997年学术年会论文集，大连海事大学出版社
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[75] 邢晓春，基于局域网的VTS网络化建设，硕士论文，大连海事大学，2003年，1～2