面向航海CAI教学的网络电子海图平台建设研究

电子海图显示与信息系统的出现，改变了船舶驾驶人员传统的海上作业（如航线设计作业等）的方式，为使船舶驾驶人员掌握并适应这一新的航海设备，满足电子海图显示与信息系统的需要，建设一套交互式网络电子海图教学平台是必要的。通过分析CAI教学的基本原理与模式，结合我国航海教学的实际情况，提出了面向航海CAI教学的网络电子海图平台建设思路。     

现代航海的宠儿--电子海图

电子海图(electronic chart)是在海测和航海领域使用频率最高的新名词之一,是在显示器上显示出海图信息和其他航行信息,所以也称为"屏幕海图".其主要由海图数据库、海图改正系统、附加功能设备、微处理机以及显示器五部分组成.更确切的讲,具有附加功能设备的电子海图应称为电子海图显示与信息系统(ECDIS).电子海图是把纸海图上的资料和信息储存起来,并提供经综合加工处理的各种航行所需的"动态信息",再由显示器显示出来.随着计算机系统在航海及海测领域越来越多的应用,电子海图也得到了长足的发展,在现代航海中显示出了无与伦比的优越性,使航海及海测变得更加简便.安全,进一步促进了世界航海事业的发展.     

正确认识电子海图

电子海图显示与信息系统（ECDIS）是继雷达／ARPA之后在船舶导航方面又一项伟大的技术革命，已发展成为一种新型的船舶导航系统和辅助决策系统。它不仅能连续给出船位，还能提供与航海有关的各种信息，有效地防范各种险情。目前世界上安装电子海图的舶船在20万艘以上。随着各国官方电子海图（ENC）逐步完备、标准ECDIS的出现以及IMO的认可，未来10年左右ECDIS将全面取代纸海图，成为21世纪航海信息综合处理手段。     

电子海图系统的使用风险

随着计算机技术的不断发展完善,电子海图显示与信息系统(ECDIS)已经成为在船舶导航领域中继船舶雷达之后的核心船舶定位系统。船舶定位导航从最初的纸质海图到今天的自动化电子海图系统,根据当前船舶实际出行信息为船舶航海人员提供实时形式方案和建议,极大地提高了航海安全以及航海效率,很大程度上减少了船舶航海人员在航行过程中的人力物力和财力消耗,应用价值和前景良好。电子海图系统在各方面都有着很好的表现,但如果使用不当也会造成无法估量的航海事故。本文结合近几年典型的电子海图系统使用或操作不当造成的航海事故进行分析,并结合事故给出相关建议。     

综合船舶监控系统设计

综合应用电子海图技术、CAN总线技术、计算机网络技术、Windows编程技术及控制工程的最新理论成果实现了综合船舶监控系统，具有船舶自动控制、信息综合显示、处理及报警功能。通过CAN总线和485串行通讯技术接收船舶机舱各检测点及各种航海仪器数据；将各种数据处理后送到服务器的数据库中，然后送到综合船舶信息显示及处理系统进行数据显示、处理及报警等；电子海图系统接收雷达及GPS定位信息，进行船位的图形显示及海况信息显示，同时将导航信息送到船舶自动舵，进行航迹或航向控制。     

“电子海图显示和信息系统(ECDIS)”的发展和讨论

海图是船舶航行的最基本的工具之一,随着科学技术的发展,海图上的各种线条、符号、标志和数据以及电子定位设备测定的船位数据等都可以在电子屏幕上显示,即所谓“电子海图”(ENC)。从七十年代末起已有各种小型的航海图像显示装置在小型船上使用,现在要把使用范围扩大到全球性商船。为此须研究解决下列三个问题①如何解决水道测量资料和数据的国际统一、正确性和标准化以及如何建立全球性有效的修改更新以及输入通讯和储存手段,②电子海图显示和信息系统的性能要求,③解决因使用电子海图的法律方面的问题。本文介绍了上述三个问题的发展情况和“电子海图显示和信息系统”(ECDIS)的由来。     

电子航海战略与“航海科学与技术”学科的发展

论述现代航海技术发生的巨大变革和电子航海战略的内容,提出在航海向数字化发展的今天,航海科学与技术学科应把数字导航技术、海上数字通信技术、智能化船舶操纵与避碰技术作为研究的重点,以测试、各参数之间机理分析、建模并进行实际验证等作为本学科的研究方法。最后,以信息技术、光纤陀螺、卫星导航技术等在航海上的应用以及PORTS、智能ECDIS及数字船舶运动模型识别与控制技术的发展为例,分析电子航海的发展方向以及实施电子航海战略需要研究的内容与需要解决的关键技术。     

综合导航系统在25000DWT化学品船的应用

开发电子海图计算机强大的信息综合、信息处理及显示功能,将各种导航仪器的信号集成到电子海图计算机上,通过电子海图系统在重要的驾驶操作站上实现船位、船速、水深、航道、风向风速等信息的综合显示及导航操作,实现船舶操纵的集成化、便捷化,提高导航操作效率等目的。     

浅谈电子海图港口国检查

目前国内关于国外港口国检查资料大部分是船舶管理、航海仪器设备、GMDSS通信设备以及消防救生设备等方面,但电子海图显示与信息系统的相关港口国检查资料却很少。电子海图系统在国外港口国检查如何进行,本文以澳大利亚海事局电子海图显示与信息系统检查为例,详述其检查流程,供业内人士参考。     

中国海事电子海图免费发放新闻发布会在上海举行

为了推动电子海图这一先进导航技术在我国的应用，减轻航运企业负担，保证船舶使用安全可靠并及时更新的电子海图，6月14日，中国海事局在上海举行了“中国海事电子海图免费发放新闻发布会”和“中国海事航海图书资料发行网站”（www．chart．gov．cn）开通仪式，打破了国际电子海图按照图幅数量和使用期限收费的惯例，通过与设备厂商、船舶用户三方协议机制。     

一种提高电子海图上船舶航迹显示速度的方法

在电子海图上叠加显示船舶运动轨迹对船舶航迹分析和海上事故回放具有重要意义.船舶AIS(Automatic Identification System)报文提供了一种新的船舶动态和船舶运动轨迹获取方式.由于有关船舶动态的AIS报文发送频度较高,致使船舶运动轨迹点较为密集,这种情况将会导致电子海图系统在显示较长时间段船舶运动轨迹时,速度下降,从而降低了系统的用户友好性.利用垂距法对船舶动态数据按照电子海图显示比例尺进行分层.当电子海图显示比例尺较小时,仅显示船舶运动轨迹轮廓,而当显示比例尺逐渐增大时,显示海图显示地理范围内更详细的船舶运动轨迹信息.实验表明该方法能有效地提高船舶运动轨迹的显示速度.     

激光船模轨迹仪研制

激光船模轨迹仪采用激光扫描三角法和微机处理,能自动测量船模的轨迹和二维姿态,为船舶和海洋工程研究提供了新颖的、自动化的测量手段。本文着重阐述该仪器的工作原理和性能分析,并介绍该仪器的技术指标及在船舶操纵性和耐波性研究中应用的情况。     

双桨客货轮自航船模操纵性试验研究

本文通过一组典型双桨船型,即常规船型、双尾鳍型及双尾型船的自航船模操纵性试验,探索了双桨船的操纵特点,分析研究了螺旋桨旋向及船型对操纵性的影响规律。研究表明:内旋桨使回转性及错车性能略有下降,但错车仍有正常转向,车舵并用能得到理想的效果。内旋使倒航性能大为改善,使倒航可操。单机倒航时出现有规律的反常转向,可利用作为倒航的操纵手段。双尾鳍船的回转性能优于另两种船型,倒航性能及车舵并用的转首性能亦优于常规型船,是具有良好操纵性的一种船型。双尾鳍船型配以内旋桨方案有广阔的应用前景。     

船舶操舵仪仿真系统数学建模

考虑到船舶操舵仪是船舶操纵人员培训的重要工具,准确的数学模型是实现设计目标的关键,建立三自由度船舶运动模型和液压舵机模型,并进行仿真计算,验证模型的准确性,说明该模型可以提高培训效果.     

上海港外高桥挖入式港池进口航道航行条件研究

外高桥挖入式港池规划前期论证的关键内容之一是其进口航道航行条件的评估。交通部上海船舶运输科学研究所接受委托,对规划船型的操纵运动方程进行了仔细研究。对规划船型的典型——“冰河”轮作了水动力测定;利用实船试验资料对操纵运动的数学模型进行科学率定;使用本所研制的船舶操纵模拟器对规划拟定的两个港池——外高桥嘴挖入式港池和五号沟挖入式港池的进口航道航行条件进行了比较深入的试验研究。最后,给出了两个港池安全进口的必要条件,为规划部门选定提供了科学依据。     

基于CFD的内河船深浅水中操纵性预报

由于岸壁效应和浅水效应,内河船舶在限制水域作操纵运动时通常受到比在开阔水域中更大的水动力.这些水动力对船舶操纵性具有不利影响,有可能导致船舶碰撞或触底等海上事故.因此,为了在船舶设计阶段预报其操纵性能,考虑浅水效应和岸壁效应以准确计算内河船舶操纵运动水动力非常重要.本文基于CFD方法,通过对粘性绕流进行数值模拟,对长江中营运的三艘内河船舶的操纵运动水动力进行计算.首先,为了验证数值方法的可靠性,对标模KVLCC2纯横荡和纯首摇试验的水动力进行计算,并将计算结果与现有的试验数据进行对比.然后,对三艘内河船舶在不同水深下的静舵试验、纯横荡和纯首摇试验进行数值模拟,计算得到水动力及相应的线性水动力导数.最后,基于计算得到的水动力导数,获得Nomoto模型中的操纵性参数,对比分析三艘内河船舶在深浅水中的操纵性能.结果表明,本文方法可以揭示不同水深下三艘内河船舶的操纵性变化趋势.该方法可为船舶设计阶段内河船舶深浅水中的操纵性预报提供一种实用的工具.     

船舶操纵性能及其代理模型构建

为了提高船舶操纵性能计算效率,文章结合基于NAPA计算仿真结果和支持向量回归方法预报海洋平台支援船的操纵性能,在收集足够相关船型信息前提下,采用能够合理探索设计空间和抽样的拉丁超立方方法获取了30条样本船型数据。通过NAPA仿射变化、位移转换及根据船型设计变量进行局部调整从而生成系列船型以表达船体几何形状。针对每个船型,分别计算了5项操纵性衡准指标：进距、战术直径、横距、10°舵角第一超越角和20°舵角第一超越角。为提高船舶操纵性能的计算效率,文中利用作者早先新提出的一种单参数Lagrangian 支持向量回归算法来训练并构建代理模型以预报船舶操纵性能,该算法整合了Laplace损失函数,仅采用单参数控制计算误差并于置信区间中增加了b2/2项。以海洋平台支援船为例,采用SPL-SVR算法预报船舶操纵性能,并与基于NAPA计算仿真结果、人工神经网络、经典支持向量回归算法进行对比。不需要昂贵的仿真代码计算,文中采用SPL-SVR算法建立的船舶操纵性能响应面模型比较适合船型初步设计的工程实际应用,并具有较好的效率和适用性。     

一种新型的电子海图显示系统开发方案

在分析国外一些成熟的ECDIS系统和先进的GIS系统基础上，提出了一种新的开发电子海图显示系统的方案，并按照这一方案开发了可以作为舰船导航信息综合显示平台的电子海图显示系统。     

基于地理信息系统的船舶避碰系统研究

采用美国MapInfo公司开发的地理信息系统(GIS)生成全局监控多层矢量电子海图,并结合GPS导航技术,开发了相应的监控程序和通讯服务程序,对航行船舶进行动态监控,实现船舶的避碰.本文详细阐述了船舶避碰系统的总体组成,探讨了用VB和动态数据交换(DDE)技术实现船舶的定位及GSP系统与MapInfo接口通讯的具体方法,从而解决了MapBasic不能直接读取串行通讯端口的技术难题.