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1、电子海图显示与信息系统的研究与应用电子海图显示与信息系统的研究与应用摘 要电子海图显示与信息系统(ECDIS)被认为是继雷达/ARPA之后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命。本文研究了电子海图显示与信息系统(Electronic Chart Display and Information System, ECDIS)的相关国际标准，并介绍了在Windows平台下其子系统电子海图显示系统的软件设计与实现。首先，介绍了开发电子海图显示与信息系统的相关国际标准：IHO数字海道测量数据传输标准(即S-57规范)和ECDIS海图内容与显示规范(即S-52规范)，以及实现的关键技术；然后，详细描述了系统电
2、子航海图的总体设计，并基于VC+和Euronav OEM Kit实现了电子海图显示系统；最后，对实验结果进行了展示和总结。关键词:电子海图显示与信息系统；系统电子航海图；S-57；S-52；Euronav OEM Kit Investigation and Application of Electronic Chart Display and Information SystemAbstractElectronic Chart Display and Information System is considered as another great technique revolution a
3、fter the apprence of radar in the watercraft navigation filed.This thesis studies the international standards which are related to ECDIS, and discusses the software design and realization of the Electronic Chart Display System which is the subsystem of ECDIS on Windows platform based on these intern
4、ational standards successfully. Firstly, this thesis discusses the related international standards of ECDIS development.They are IHO TRANSFER STANDARD for DIGITAL HYDROGRAPHIC DATA Standard S-57),SPECIFICATIONS FOR CHART CONTENT AND DISPLAY ASPECTS OF ECDIS Standard S-52) and the keys of its realiza
5、tion. Then, the concept and principle of System Electronic Navigation Chart (SENC) is put forward,and it actualizes the ECDIS based on the technology of VC+ and Euronav OEM Kit. At last, the functions and realization of Electronic Chart Display System are introduced and summarized in detail. Key wor
6、ds:ECDIS;SENC;S-57;S-52；Euronav OEM Kit1. 绪论11.1 课题的背景和意义11.2 课题涉及的相关概念11.2.1 电子海图显示与信息系统11.2.2 系统电子航海图31.2.3 电子海图31.2.4 电子航海图31.2.5 电子海图显示与信息系统数据和数据库的标准41.3 电子海图显示与信息系统研究现状51.4 论文研究内容和章节安排72. 系统开发相关标准和关键技术92.1 IHO数字海道测量数据传输标准(S-57)92.1.1 IHO数字海道测量数据传输标准(S-57)概述92.1.2 S-57理论数据模型和数据结构102.2 ECDIS海图内容与
7、显示规范(S-52)112.2.1 ECDIS海图内容与显示规范(S-52)概述112.2.2 电子航海图更新指南(S-52)132.2.3 ECDIS颜色与符号规范(S-52附录2)142.3 Windows程序设计162.3.1 运行机制162.3.2 VC+简介172.4 组件技术182.4.1 COM对象182.4.2 COM的客户/服务器模型192.4.3 COM的特性202.5 本章小结213. 系统电子航海图的设计介绍223.1 系统电子航海图概述223.2 系统电子航海图设计的总体要求223.2.1 符合IHO S-57标准223.2.2 支特IMO ECDIS性能标准223.
8、2.3 支持IHO S-52标准233.3 系统电子航海图的内容、结构和设计简介233.3.1 系统电子航海图的内容和结构233.3.2 系统电子航海图的设计简介263.4 本章小结284. 基于Euronav OEM Kit的电子海图显示系统的实现294.1 电子海图显示系统概述294.1.1 系统显示模型与显示驱动294.1.2 电子海图显示系统结构324.2 开发工具选择344.3 创建MFC工程344.4 本章小结385. 实验结果395.1 海图显示395.2 海图缩放415.3 测量距离435.4 海图数据改正445.5 本章小结446. 总结与展望45参考文献46致 谢47481
9、. 绪论1.1 课题的背景和意义国际上电子海图研究始于70年代初，1993年国际海事组织(IMO)正式颁布了电子海图技术标准，使得电子海图可与使用了几百年并被国际法规认可的纸质海图等效，成为海事基础性资料。电子海图的发展大致经历了三个阶段：(1)纸质海图等同物阶段。1970年末到1984年，人们主要是想减轻海图作业的劳动强度，因此，仅仅是把纸质海图经数字化处理后存入计算机中。(2)功能开拓阶段。到1986年，人们开始挖掘电子海图的各种潜能，如在电子海图上显示船位、航线设计，显示船速、航向等船舶参数，报警等等。(3)航行信息系统阶段，将电子海图作为航行信息核心，包括电子海图数据库的完善及与雷达、
10、定位仪、计程仪、测深仪等各种设备和系统的接口和组合等等。国际海事组织(IMO)和国际海道测量组织(IHO)于1986年成立了由多国专家组成的电子海图委员会，着手电子海图世界标准的研究。1995年，IMO第十九届大会正式采纳了电子海图执行标准，从此ECDIS的IMO性能标准被确定。而IHO先后于1987年和1992发布了专用出版物ECDIS海图内容和显示规范(即S-52篇)和IHO数字海道测量数据传输标准(即S-57篇)，并进行了多次修改，到1997年9月正式发行了S-57 V3.10格式，使它成为各国相关部门广泛采用的国际民用数字海图数据传输标准。国际电工技术委员会(IEC)应IMO的要求也于
11、1996年公布了IEC的ECDIS性能标准，对于按照IMO和IHO的ECDIS技术规范和标准研制的有关设备进行必要的性能测试和评定，IEC的这个标准已成为ECDIS形式认可技术规范的开发基础。我国海域辽阔，改革开放以来，对外交流日益繁多，海运的需求也随之剧增。只有现代化的航海设施及导航技术才能适应我国经济发展的迫切需要，同时这也是世界航海领域的大势所趋。除了海运方面的需要之外，远洋考察、渔业、海上石油勘探、海洋救援等也都需要先进的电子海图显示与信息系统。1.2 课题涉及的相关概念1.2.1 电子海图显示与信息系统电子海图显示与信息系统(Electronic Chart Display and
12、Information System,ECDIS)是在专用计算机控制下，把海图信息、船位信息、雷达信息、船舶动态参数集中处理，以图文和音响综合表现航海情况的船用自动化系统。IMO ECDIS性能标准中指出，ECDIS是一个导航信息系统，这个系统具有充足的后备措施，符合1974年SOLAS公约V/20条要求的最新海图，它可以有选择地显示船用电子航海图中的信息以及从导航传感器获得位置信息以帮助航海人员进行航线设计和航路监视，并且能够按要求显示其它与航海相关的补充信息。ECDIS由主计算机系统、电子海图数据库、输入传感器和输出终端设备4个基本部分构成。主计算机系统是核心部分，它主要负责大规模计算、逻
13、辑推理和计算机图形图像处理。ECDIS具有如下主要功能:(1)海图显示。在给定的投影方式下合成和显示海图(在使用墨卡托投影方式时，可适当选取海图的基准纬度，以减小海图的投影变形)。主要形式是：以“正北向上”或“船首向上”方式显示海图；以“相对运动”或“绝对运动”方式显示海图；随机改变电子海图的比例尺(缩放显示及漫游)；分层显示海图信息(隐去本船在特定航行条件下不需要的信息)。(2)海图作业。在电子海图上进行计划航线设计(依照推荐航线进行手工设计或进行大圆航线计算)；以灵活的方式计算任意两点间的距离和方位(如利用电子方位线、可变距离圈等方式)；标绘船位、航迹和时间等。(3)海图改正。能够接受由官
14、方ENC制作部门提供的正式改正数据以及由航海人员从纸质航海通告或无线电航行通告中提取的改正数据，实现ENC的自动、半自动和手工改正。(4)定位及导航。能够同计程仪、罗经、测深仪和气象仪等设备连接，接收来自这些传感器的信息，并进行综合处理，确定船位；能够进行各种陆标定位计算。(5)航海信息查询。获取电子海图上物标的详细描述信息以及整个航线上的航行条件信息，如潮汐、海流和气象等。(6)雷达信息处理。提供本船、显示在电子海图上本船周围的静态目标与动态目标三者之间的位置关系。航海人员可据此判断避碰态势，做出避碰决策。同时，还能在电子海图上检测该避碰决策是否可行。(7)航路监视。在船舶航行过程中，ECD
15、IS能自动计算船舶偏离计划航线的距离，必要时给出指示和报警，实现航迹保持。ECDIS还可自动检测航行前方的暗礁、禁航区和浅滩等，实现避礁、防浅。1.2.2 系统电子航海图系统电子航海图(System Electric Nautical/Navigational Chart,SENC)是ECDIS中直接读取和显示的数据库，是ECDIS内部的一个数据库。它由ECDIS对ENC进行格式转换而成，还包括ENC改正信息和由航海人员输入的其它信息，如航线信息，包括航线设计使用的点、线和区域以及ECDIS图库中的任何符号和文本注记信息。这个数据库被ECDIS直接用来显示电子海图以及完成其它航海功能，SENC
16、还包含来自其它信息源的信息。1.2.3 电子海图电子海图(Electronic Chart，EC)是用数字形式表示的以描写海域地理信息和航海信息为主的海图，它与国际海上人命安全条约(SOLAS)所需要的纸质海图等效，电子海图亦称为数字海图(Digital Chart)。它同时是一个内容、结构、格式均标准化了的数据库，这个数据库由官方授权的权威航道测量部门制作发行，供ECDIS使用，其导航系统显示界面如图1.1所示。1.2.4 电子航海图电子航海图(Electric Nautical/Navigational Chart,ENC)是指在内容、结构和格式上均已标准化，专为ECDIS使用而由官方海道
17、测量局(HO)发行的数据库。ENC包含安全航行需要的全部海图信息，以及其它一些纸质海图上没有的但被认为是保证航行安全所必需的补充信息(如航路指南、港口概况等)。图1.1 电子海图导航系统显示界面1.2.5 电子海图显示与信息系统数据和数据库的标准标准化是电子海图发展必需遵循的前提条件，它要求海图显示和操作功能软件应严格按照国际有关电子海图制作与使用标准的规定进行设计。电子海图显示与信息系统数据所要遵循的标准主要包括IMO的使用性能标准，IHO的数据显示、交换和传输标准，IEC的ECDIS测试标准等。1995年l1月召开的IMO第19次大会正式通过了A.817(19)ECDIS使用性能标准。它主
18、要包括序言、ECDIS的定义、系统电子航海图信息的显示、海图信息的提供与改正、比例尺、其他导航信息的显示、显示方式和相邻区域的生成、颜色和符号、显示要求、航线设计、航路监视和航行记录、精度、与其他设备的连接、性能测试、故障报警和指示等内容，该标准为电子海图的发展奠定了坚实的基础。与IMO ECDIS性能标准相呼应，国际航道测量组织IHO在1996年12月增补通过了关于电子海图内容、图标、颜色和ECDIS显示系统的规范，简称IHO S-52(第5版)规范。S-52规范确保了不同型号的ECDIS之间的统一性，为将S-57中抽象描述的物标有效地显示在ECDIS屏幕上提供了必要的信息。它解释了ECDI
19、S表示库各部分之间的相互关系，符合的显示方法以及符号库的传递规则。S-52标准包括以下几个部分：ECDIS海图内容和显示规范；附录1，ENC更新指南；附录2，颜色和符号规范；附录3，ECDIS相关术语集。IHO S-57描述了用于各国航道测量部门之间的数字化航道测量数据的交换以及向航海人员、ECDIS的生产商发布这类数据的标准。它旨在对各国海道部门之间用于交换数字化海道数据以及将这些数据传递给生产厂家、航海者和其他数据用户的标准加以说明。S-57标准分为三个部分：标准概述及参照标准表和术语定义表；理论数据模型；定义了实现数据模型所用的数据结构和格式，并定义了数据编码的基本规则。与此同时，国际电
20、工委员会IEC提出了对ECDIS硬件设备的检验和测试结果的标准。其中，IEC 60945是海上航行和无线电通信设备系统、硬件测试与测试结果的总体要求标准。IEC 61174则是用于显示导航要素和参数色彩、符号的标准。综上所述，ECDIS的功能要满足IMO ECDIS的使用性能标准，所使用的海图信息应是由官方海道测量部门提供的符合IHO S-57标准的最新信息，ECDIS中电子海图的具体内容、显示方式以及颜色和符号的使用等要符合IHO S-52规范，ECDIS的硬件要通过IEC的性能测试。 1.3 电子海图显示与信息系统研究现状航海业的发展是海图产生的前提，地球表面7l%以上是水面，江、海、湖、
21、泊与人类生存紧密相关，从石器时代就有关于船只的记载，也就有了航运业的发展。我国在唐宋时期，航海业已经繁荣发展，同时，地图学也有很大发展，并出现了一些著名的地理知识作品。从现存最早的古海图海道指南图到明代郑和航海图以至建国以来80年代出版的第三代航海图，在四、五百年的时间内，随着航运业和其他相关行业的发展和需求，海图发展从无到有，从简单图形标注发展为建立在数学投影基础上，准确标位和一系列图符、制图、颜色标准的多功能海图。计算机及控制理论的发展和应用，为社会各个领域提供了巨大的推动力，航海业也是如此，电子海图也就是在这样的历史背景下产生的。自70年代末国外制造业在小型船舶上采用航海图象显示装置以来
22、，航海界一致认为电子海图具有许多纸质海图不可比拟的优点。它既能动态实时显示海图信息，并在此基础上放大和开窗显示、根据需要有选择地分层显示、进行航迹标绘，还能够进行图上信息查询、雷达目标叠加等。这就为船舶的安全航行和导航作业自动化作出了重大的贡献，为此，世界各国都在加紧研制电子海图，并形成由多国专家组成的电子海图委员会，负责电子海图系统的标准化和国际化工作，电子海图兴起并迅速发展起来。在电子海图发展过程中，开发最早的是日本，它主要应用于游艇、巡逻船和渔船等。继此之后，加拿大和美国的一些公司也开始研制电子海图，并逐步把各种导航定位信息、雷达及避碰信息结合到电子海图中，形成具有综合导航和雷达避碰能力
23、的电子海图信息和显示系统。我国电子海图及应用系统的研制起步相对晚些，自80年代中期以来，许多导航业、测绘业及图形处理业的研究机构纷纷研制电子海图系统。由于各方的科研基础水平和专业方向不同，各家研制的电子海图系统在功能上各有侧重并各有所长。1994年，根据海军装备发展的需要，我国正式立项电子海图，集各家所长，由数家科研单位合作共同研制电子海图，并称其为电子海图应用系统。该电子海图应用系统利用抗恶劣环境的加固微机，外配专用图形加速卡、网卡和雷达视频转换卡等，分别进行电子海图的多功能显示、组合导航信息处理、向作战指挥系统进行网络传输和视频雷达的光栅叠加等，从而具有满足海军舰艇装备和作战指挥的需求。目
24、前，世界上比较成熟的电子海图应用系统的产品有：加拿大Offshore公司的ECPINS(Electronic ChartPrecise Integrated Navigation System)，该产品有VME工作站和微机两大系列，已广泛应用于加美海军及海岸警卫队；美国ATLAS公司的NACOS(Navigation And Command System)ECDIS系列产品；挪威SIMARAD公司的ECDIS RDN50系列产品；澳大利亚HSAPL公司的CS2000系列电子海图显示和信息系统以及我国研制的电子海图应用系统。以上五类产品的软硬件平台、完成功能、实现方法及对外接口不尽相同，具体内容
25、参见表1。表1 国内外电子海图1.4 论文研究内容和章节安排本论文首先介绍了IHO数字海道测量数据传输标准和ECDIS海图内容与显示规范两个标准，研究了电子海图显示系统设计实现的关键技术；其次，介绍了系统电子海图航海图的总体设计；最后，在Windows XP平台下,基于Euronav OEM Kit实现了电子海图显示系统,并对实验结果进行了展示和总结。具体内容分为六章:第一章 介绍本课题的选题背景、意义及研究现状，简要介绍了课题所涉及的相关概念，包括电子海图显示与信息系统相关概念以及电子海图标准化所涉及的相关国际标准等。第二章 介绍电子海图显示与信息系统涉及的相关国际标准和开发需要的关键技术。
26、国际标准包括IHO S-57数字化海道测量数据传输标准和IHO S-52海图内容与显示规范,电子海图显示系统开发所需要的关键技术则包括windows程序设计中的VC+技术和组件技术等。第三章 介绍了系统电子航海图的设计。系统电子航海图是系统开发者根据自己的目的对原始海图数据进行加工整理形成的数据库，是在电子海图显示与信息系统内部转化完成并直接读取显示的数据库，目的是完成海图的准确快速显示。第四章 详细介绍了作为电子海图显示与信息系统子系统的电子海图显示系统的功能及实现。系统采用先进的面向对象程序设计技术，实现了电子海图的自适应显示、数据改正和测距等功能。第五章 介绍了本课题开发的电子海图显示系
27、统的实验结果。展示了系统所实现的自适应显示功能、测距功能和数据改正功能等。其中，自适应显示功能包括海图的缩放显示、异域显示、根据天气坏境变化显示等。第六章 对本课题的主要研究内容进行了总结并对电子海图显示与信息系统的应用前景进行了展望。2. 系统开发相关标准和关键技术电子海图显示与信息系统(ECDIS)是一个实时的航行系统，它汇集了各种导航传感器以及自动雷达标绘仪(ARPA)和船舶自动识别系统(AIS)的信息，并由航海人员来显示和解译这些信息。ECDIS可以汇集所有与航行安全相关的导航传感器的信息，还可以使航海者从繁重工作中解脱出来，以实时和可控的方式来做出正确的决策。既提高了航运效率，又能达
28、到保障航运安全的目的。但是，随着ECDIS的逐步推广和普遍应用，如果没有相应的规范标准的约束，势必造成ECDIS产业的混乱，最终将成为制约其前进的主要障碍。许多国际组织一直致力于ECDIS规范标准的制订工作，并且已经通过了许多相关的国际标准和规范。其中，国际海道测量组织(IHO)制定了与数字数据格式相关的数字海道测量数据传输标准(IHO S-57)以及ECDIS内容和显示规范(IHO S-52)。IHO S-57和IHO S-52在1995年11月被批准为IMO有关ECDIS的国际通用性能标准。此外，由于本文后续章节所涉及的系统是在Windows XP平台下，基于Euronav OEM Kit
29、并采用面向对象的系统设计方法，使用Visual C+6.0开发而成的。所以在本章中，针对系统开发的需要，我们主要介绍与之相关的组件技术和VC+技术等。2.1 IHO数字海道测量数据传输标准(S-57)2.1.1 IHO数字海道测量数据传输标准(S-57)概述为了使电子海图及其应用系统走上国际统一的轨道，国际海道测量组织(IHO)成立了电子海图显示与信息系统工作委员会，就电子海图及其应用系统所涉及的各个方面开展标准化和规范化的研究。国际海道测量组织电子数据委员会于1992年4月第九届国际海道测量大会上通过了S-57篇IHO数字海道测量数据传输标准为IHO正式标准的决议。S-57篇IHO数字海道测
30、量数据传输标准旨在对各国海道部门之间用于交换数字化海道数据以及将这些数据传递给生产厂家、航海者和其它数据用户的标准加以说明。例如，该标准可用作ECDIS的数据源，并且，在交换传递过程中，数据的含义不能有任何的改变。2.1.2 S-57理论数据模型和数据结构S-57标准专门用于描述真实世界数据的传输。由于真实世界复杂得难以完全描述，因而必须使用简单的高度专业化的真实世界观察方法，这种方法用模拟真实世界来实现。该模型将真实世界实体定义为特征物标(Feature Object)和空间物标(Spatial Object)的组合，在模型中这些属性集定义为特征物标和空间物标。物标被定义为可标识的信息组。物
31、标可以具有属性并且可能与其它物标相关。特征物标描述了实体的种类、性质、特征等属性信息，而空间物标则描述了实体的空间位置特性。特征物标含有描述属性但是没有任何几何属性(如关于真实世界实体形状和位置的信息)。空间物标可能有描述属性但必须有几何属性。特征物标由它与一个或多个空间物标的关系定位，可以不参照空间物标存在，但每个空间物标必须参照一个特征物标。特征物标由一个或多个空间物标来定位，特征物标也可以不包含与之对应的空间物标，但每个空间物标必须有一个特征物标与之参照。特征物标之间也有相互参照关系，以指示它们之间的相互联系。为了转换真实世界的信息，其采用分层逼近的方式，产生的模型被转换成被命名的结构(
32、即记录和字段)。首先，真实世界由于建立了现实模型从而使其易于理解，获得的模型被转换成已命名的组成部分(如记录和字段)，实现这种转换的部分是指对组成部分及其内容的各种规则和约束的定义，转换的结果便产生了数据结构。图2.1为模型到数据结构的转换。图2.1 模型到数据结构的转换关系数据结构本身不能直接从一个计算机系统转换到另一个系统，为了实现这种转换，结构必须封装于一种物体转换标准中。S-57采用ISO/IEC8211作为它的封装标准。通常，参与交换的物标不止一个，因而，由于一个物标构成一个记录，一个交换集由多个记录构成，为了方便，将记录组成文件，最后交换的信息集被称作交换集。记录组成文件和文件组成
33、交换集的方式由产品规则制定，一般遵守以下四个规则:（1）一个交换集由一个或多个文件构成；（2）一个文件由一个或多个记录构成；（3）一个记录由一个或多个字段组成；（4）一个字段由一个或多个子字段组成。2.2 ECDIS海图内容与显示规范(S-52)2.2.1 ECDIS海图内容与显示规范(S-52)概述本规范的最初草案于1987年5月在摩纳哥召开的第13届国际海道测量会议上提出，后提交给IHO各成员国的海道测量学家们。此草案也分发给了各国航运管理部门、航海人员协会和制造商以广泛征求意见，自此以后，ECDIS海图内容与显示规范(S-52篇)及其相关附录已被修改了多次，本课题介绍的是S-52的第5版
34、。发表在专用出版物(S-52)上的ECDIS海图内容与显示规范及其附录是IHO制定的规范，为了确保海道测量局成员国所提供的海道测量数据在使用时能提高航行的安全性和有效性，数据应满足IMO的ECDIS性能标准中所提出的要求。包含在ENC中的数据质量指示符可作重要海图要素精度的定量评估，与卫星导航位置精度的评估共同使用时，可确定距危险物的安全距离。按照顺序，航海人员可以知道它使用的信息的质量。ECDIS系统的生产者都可以设计自己的存储格式或数据结构，而使其系统满足本规范所述的性能要求，由此产生的数据库称为系统ENC(SENC)。任何ECDIS应能接收和转换官方HO数据(ENC)作为各自的ECDIS
35、的内容存储结构(系统ENC或SENC)。这样的数据包括两部分，即ENC数据和以数字格式传送的ENC改正数据。该转换过程应在ECDIS内完成，但并不意味着HO提供的数据要做实时处理。它只允许在接收HO数据时做一次转换，由HO提供的ENC的正式拷贝应保存在船上。由此拷贝ECDIS生成系统ENC,系统ENC是实际操作ECDIS所使用的数据库。通过同样的转换方法，可将官方的改正加到系统ENC上。若有区域在ECDIS的显示覆盖范围内，但该区域无HO ENC(包括某些适于通航的水域)，则应给航海人员发出一个指示，告知该区域需要参考纸质海图。对此情况，下列限制也适用：（1）应保持HO提供数据的精度，即用度和
36、小数度给出的HO数据，当转换为制造厂商专用格式和结构并用于计算时，也应保持同样的精度；（2）用数据的组织和容量来优化ENC数据是海道测量局的职责。制造商可使用点压缩或平滑操作来压缩SENC中的海图信息，用此方法产生的以ENC比例尺显示的海图影像应与ENC影像的显示清晰度相同；（3）HO数据是用单元结构提供的。若此单元结构被修改，则ECDIS制造商有责任保持单元相关特性；（4）若航海人员没有设定安全等深线，则采用30米的默认值，若设定的安全等深线在SENC中不存在，则安全等深线应被默认为是下面较深的等深线。若由于源数据的改变而使所用的安全等深线不适用时，则安全等深线应默认为其下较深的等深线。EN
37、C数据应以单元来组织，无论是对ECDIS的数据操作还是对海图的修改均如此。在国际ENC中，为与TNT海图相对应，交流语言应是英语。若要求用其他语言或字母，则是一种附加的选择，非英语信息的显示不应降低海图显示的能力。海图信息显示分为三部分:标准显示、显示基础、显示概要。在显示时为建立数据的优先次序，需要分层。信息的不同类别之间的优先次序和通用规则给出如下: ECDIS可视的警报/指示(例如警告、超比例尺显示)； HO数据:点、线、面的官方改正； 人工输入的航海通告和无线电导航的警告； HO警告(ENC警告)； HO颜色填充区域的数据； 根据需要显示的HO数据； 雷达信息； 航海人员的数据:点/线
38、和面； 制造厂商的数据:点/线和面； 航海人员颜色填充区域的数据。此外，其制图框架分为水平基准面、垂直基准面、导航用图及比例尺和ECDIS的单位显示。其中，为了使不同来源的位置信息汇合到一个数据库(地区性的)，只能采用一个水平基准面。根据IHO技术决议B.11，这个基准面应为WGS-84，这也是使用全球定位系统(GPS)时适用的基准面。各国HO应使用官方的IHO指导文件或等效文件将当地基准面转换到WGS-84。而从不同的海图进行数字化或从其他途径收集而获得的深度数据可能与不同的垂直基准面有关。ENC定义的每个区域应用一个特定的垂直基准面。ENC应定义每个区域，对此应用一个特定的编辑比例尺，正是
39、这个比例尺决定使用的数据是否超比例尺显示。在选定导航用图后，当屏幕不能完全用ENC数据覆盖时，显示的剩余部分可根据更广泛的导航用图的数据去填充。在显示屏上指明的数据应有相同的比例尺。若在显示屏上指明比例尺界线则对超比例尺区域中指出的信息可不依赖显示的比例尺，超比例尺区域应按附录2的规定进行标识。ECDIS显示上使用的单位有如下表示方法：位置用度、分和小数分表示纬度和经度；深度用米和分米表示；高度用米表示；距离用海里和小数海里或米表示；速度用节和小数节表示。ENC的最低性能要求包括计算和显示功能两个方面。在计算中，ECDIS至少能够执行大地坐标与显示坐标的相互转换，地方基准面与WGS-84之间的
40、变换，两地理位置之间的真实距离和方位等。这些计算的精度应使下列数据之间在显示上没有可见的失真，所有的计算应根据ENC中区域最详细的导航用图所用的数据进行。在显示功能里，信息应能在ECDIS中分开的多个显示器中的一个或多个物理屏上显示，信息可以自动显示，根据需要显示或按手工输入的结果显示56。2.2.2 电子航海图更新指南(S-52)电子航海图更新指南由国际海道测量组织(IHO)信息系统海道测量需求委员会(CHRIS)下设的更新工作组(UWG)制定。自从该工作组成立以来，在ECDIS的技术、知识以及实际经验方面均取得了很大进步。下面将逐步介绍本文所涉及的范围、目标及各种构想。世界电子航海图数据库
41、(WEND)系统是一个共用的、世界联网的ENC数据包。WEND象征着一个依赖于各成员国协力合作的IHO系统。为保证ENC服务的质量，应启用公认的质量管理标准(如ISO9000)，应该服从所有有关的IHO和IMO标准和衡量尺度的制约。产品的分发可与数据库的管理相互分离，将采纳的任何分发方式均须由负责发行的海道测量局(HO)加盖印章以示认可，应建立技术和经济上均为有效的更新解决方案。各国的HO在提供原始数据的时候，有责任将更新信息及时通报给负责发行的HO。电子航海图的更新被看作是一个涉及到数个真实系统的应用过程。下面的分析与各个数据更新实体之间的信息交流有关。其中，更新模型的范围包括:1) 规定能
42、够为ECDIS传输ENC更新信息的可能的传输类型；2) 为每种可能的传输类型确定处于终端系统和处于更新过程内部的接口；3) 规定接口处的服务内容和服务需要的详细说明。ENC更新信息指在某一时刻能够保证一幅ENC正确和不过时的必要信息。ENC更新指ECDIS中的ENC更新信息的生产、传播和综合过程，它包括以下内容:1) 从事ENC更新信息处理的实体；2) 用于携带更新信息的物理媒介；3) 更新操作方式，由更新信息的发行人自行选择并置于发行人的职责范围之内，以便用最高的效率向SENC提供更新信息；4) 更新信息的传输程序，取决于所使用的媒介和渠道以及为保证正确性而必须采用的核实程序；5) 数据库运
43、行，以便综合更新信息和核实己更新的数据库。2.2.3 ECDIS颜色与符号规范(S-52附录2)1988年11月，IHO ECDIS委员会设立了一个颜色与符号工作组，以制定海图符号及颜色的规范和准则，并由各国海道测量部门、ECDIS用户及生产商品决定。1989年1月，IMO海上安全委员会航海安全分会指出了为制图和航海定义符号及颜色的必要性，并责成国际无线电海事委员会(CIRM)和IHO制定详细的技术指标。IHO的ECDIS颜色与符号规范(PS&SS)作为ECDIS海图内容及显示规范的附录2在满足IMO性能标准及IHO S-52需要的前提下，确定了在ECDIS显示中表示SENC信息的方法和意义。
44、要实现对ECDIS的安全操作，颜色与符号规范必须达到以下几点： 确保显示是清晰明确的； 明确显示中无超出颜色与符号意义之外的不定因素； 确定一种为用户所熟悉、认可的ECDIS图形表示方法，以便迅速准确地判读要素。IHO的ECDIS颜色与符号规范(PS&SS)作为IHO S-52ECDIS海图内容及显示规范的附录2在满足IMO性能标准(PS)及IHO S-52需要的前提下，确定了在ECDIS显示中表示SENC信息的方法和意义。PS&SS分为文字部分和数字表示库两个部分。PS&SS文字部分阐述要求及一般术语的意义；数字表示库，可以给出详尽的颜色、IMO规定符号等的信息及其显示指南。表示库(PL)指
45、南(PS&SS附件A)可以辅助ECDIS制造商完成表示库。其中，数字表示库是直接用于ECDIS的，是颜色、符号及显示规则的详细依据。ECDIS显示中用到的符号在数字表示库中有详细的规定。由于表示库可以进行数字更新，因此表示库磁盘的最新版本便是线、符号和字符的权威规范。一些物标不具有符号(如领海)，这类无符号物标在显示中可以用光标选择进行查询，或者存储起来，为海域通用光标查询所用。表示库包含有附加条件的要素符号示意图，用于那些依赖于环境而不能用一个固定查询表提供的要素。例如，等深线符号取决于它是不是安全等深线。其中一些程序非常复杂，应对它们进行仔细估价。一个简单的海图符号大约占12个像素（在IH
46、O标准屏幕上约为4mm）。所有符号的大小在表示库中都以毫米表示。所画符号不能小于规定的尺寸。另外，显示一个符号所占像素数量至少应与表示库中规定的数量相同甚至更多。符号高度以像素为单位设计为:(符号高度mm)%0.312mm(式中0.312mm是S-52最小配置中规定的海图显示最小像素尺寸)S-52指出，HO-ENC是用北向上显示方式编辑的，以其它显示方向重新编辑海图的适当方法仍未开发。如果使用了其他显示方向，HO数据必须随北箭头旋转，即所有符号数字应保持北向。在ECDIS中，为了提取更详细的信息，通常有两种可行的方法:1.命令显示海图上一种普通类型的信息，例如显示所有灯标的特性或所有浮标的说明
47、；2.某一单个要素的光标检索，如一条导航线、一座灯塔或一个可获信息符号，应答信息通过窗口或辅助屏显示出来。在表示库中，对字级、颜色和字体有详细规定。字符必须使用直体并水平书写。表示库中将一些字符作为符号来处理，以确保他们的精确定位。水深注记便是其中一例。ECDIS颜色规范的总则是既可以用于海图显示操作，也可以用于与海图同屏显示的各种文本要素。由于所显示的图形、导航线、符号必须明显地区分于背景色，所以，在建立颜色表时，首先选择的是背景色，然后再选择与之形成鲜明对比的线和符号的颜色。对颜色和符号的设计，应致力于确保重要的海图和航行要素在强烈的阳光下和黑暗的夜晚都能保持清晰的可视性。由于标准的CRT
48、亮度控制不能均衡地减弱所显示颜色的亮度，因而必须在操作者的控制下，根据驾驶台上的光亮程度，用软件来调整ECDIS的显示亮度。颜色表中的规定足以满足亮度和颜色调整的灵活性要求56。2.3 Windows程序设计在电子海图显示系统的开发中，Windows程序设计是非常重要的一个环节。本文后续章节所实现的电子海图显示系统就是基于Windows XP平台，采用面向对象的系统设计方法，使用Visual C+6.0开发而成的。Windows是抢先式多任务的操作系统，启动了一个应用程序，就等于启动了一个进程，一个进程通常拥有一个线程，在系统资源管理中，每个线程被分配一定的时间片，采用多线程的设计方法可以使程序拥有多个线程，这样程序就能同时处理更多的任务。2.3.1 运行机制