篇一：电子海图与海事雷达
电子海图与海事雷达
摘
邓康全
（国家海洋局南海工程勘察中心
广州 ５１０３００）
要：电子海图和海事雷达是航海的重要助航设备。为提高船舶在航行中的避
碰能力，文章提出了电子海图图像与雷达信号的叠加方法。雷达的模拟视频信号、方位信号和触发脉冲，通过数模转换，利用极坐标与直角坐标变换模型和图像匹配，可以在电子海图底图上实时显示雷达捕获到的目标，以提高对船舶周围环境的监控能力。
关 键 词：电子海图；海事雷达；雷达图像
电子海图和雷达等助航设备即称为 “千里眼 ”。
电子海图系统可显示来自电子导航海图的选定信息和导航传感器的导航信息，以辅助驾驶员进行航线设计和航行监视。以电子海图为航行信息核心，实现与雷达、ＧＰＳ、计程仪、测深仪和 ＡＩＳ等各种设备的信息融合，是电子海图信息系统的发展趋势。海事雷达可以测量水上目标及运动目标的距离和方位，并可以预测和判断运动目标下一步的运动态势，对本船与周围运动目标会遇态势下可能发生的碰撞危险进行判断和评估，辅助拟定本船的最佳避让策略，从而增强避碰决策能力。
在航海中，无线电通信称为 “顺风耳”，而
１ 电子海图与雷达模拟信号图像叠加
雷达应获取的３种信号是：① 雷达模拟视频信号是目标的回波信号和触发脉冲；② 雷达模拟视频信号
是以目标的回波信号为模拟信号；
③ 方位信号是雷达天线扫描的方位信息，为模拟信
来实现图像处理与雷达发射冲周期的同步，通
过数模转换模块，把采集到的模拟信号数字化，按照方位信息对雷达目标进行标绘，并与雷达的触发脉冲同步，形成极坐标形式的数字化视频信息，将其传递给图像处理模块。在图像处理模块中，极坐标形式的数字化
号。触发脉冲是雷达的周期频率脉冲，用
电子海图与雷达的匹配定位导航，可在航行水域海图信息的基础上提供本船、本船周围的静态目标与动态目标三者之间的位置关系。实现了雷达视频数据的共享以及综合航行态势图的实时生成和显示，允许操作人员在同一个显示器上观察本船周围的全部态势，能集中精力判断并采取适当的行动，可以提高船舶避碰能力，这对船舶的航行，尤其是大雾天气中的近海航行和繁忙港道航行具有重要意义。目前国外部分产品已经实现了雷达和电子海图图像叠加的功能，而国内在这方面的研究比较少。笔者提出了一种雷达模拟视频和电子海图图像叠加方法，采集雷达的模拟视频信号、触发脉冲和方位信号，通过数模转换、坐标系转换和图像处理，实现雷达和电子海图图像的匹配，完成雷达和电子海图的叠加。
视频信息转换为屏幕直角坐标形式的数字视频信息，对雷达视频图像在比例尺和显示方式上进行处理，实
现雷达和电子海图图像匹配，根据雷达收发机的位置信息，以电子海图为底图，完成雷达和电子海图的叠加显示，基本流程见图１。
２ 雷达模拟视频和电子海图图像叠加模型
２．１ 雷达模拟视频数字化模型
采集的方位信号为模拟信号，通过幅度分层和时间量化转换为数字信号。雷达模拟视频信号通过时间量化和幅度分层转换为数字信号，然后存储这些信号，利用目标回波的幅度、个
数和相关信息做累计判定，以确定目标的有无
（图２）。
时间量化即距离量化，以雷达触发脉冲前沿为起点，将距离扫描的全程时间分成若干相等的时间单元
的屏幕直角坐标系的转换关系为：
ｘ＝ｘｃ ＋ｒｓｉｎθ
（）
２
ｔ，即将雷达探测的距离全程分成若干相等的距离单元 ｒ，两者对应关系如式
（１）所示。幅度分层即幅度量化，在距离量化间隔任一
ｙ＝ｙｃ －ｒｃｏｓθ
处，信号幅度大于相对门限Ｖ，就产生
“１”。累计判定是一种雷达信号检测系统，通过设定门限 Ｋ，对目标回波信息进行累计判定，确定目标有无。
２
式中：ｃ为光速，ｃ＝３×１０８ ｍ／ｓ。
ｔ＝ １
ｃｒ（）
１
２．２ 极坐标转换为直角坐标
初步处理后的数字雷达视频图像是以极坐标方式进行显示的，通过极坐标系和屏幕直角坐标系转换方程，处理数字化的雷达视频图像，使雷达视频图像和电子海图的坐标系一致。极
坐标系和屏幕直角坐标系的对应关系如图 ３所示。
图３ 极坐标系和屏幕直角坐标系转换
以Ｏ′点为原点的极坐标系和以Ｏ 点为原点
２．３ 雷达图像匹配模型
电子海图基本上具有任意缩放的特点，而
雷达的量程是有限的，因此，基于电子海图缩放变化，对雷达图像进行合理的比例调整，实
现雷达和电子海图图像的比例尺匹配。
雷达的探测半径为Ｒ，屏幕显示区域半径为ａ，计判定，以确定目标的有无。其中幅度分层设
置第一检测门限，累计判定设置第二检测门限。则雷
达旬的比例尺１／ｓｒ 可以简单的表示为
１ ａ （） ＝ ３ ｒ
电子海图的原始比例尺为：１／ｓ０，则雷达图像的缩放参数ｚ为
Ｒ（） ｚ＝ ４ａ× ｓ０
式中：ｘｃ，ｙｃ 为显示中心值，这样就以实现雷达图像
和电子海图坐标系的统一。
雷达和电子海图的显示方式不同，雷达存在北向上、船艏向上和航向向上等显示方式，而电子海图的显示方式，对雷达图像进行旋转变换。用下面的仿射变换矩阵进行坐标转换，对图像进行缩放和旋转处理，实现雷达和电子海图的图像匹配。
一幅定义在直角坐标系ｗｏｚ的图像ｆ 经过几何变形如缩放、旋转等，产生了定义在直角坐标系ｘｏｙ上
的图像ｇ （图４）。
图４
图像的空间变换
［
ｘｙ１ ＝ ｗｚ１Ｔ＝ ｗｚ１
］ ［
］
［
熿
ｔ１１ ｔ１２
０ １ １
显示方式和相应的比例尺上存在差异，基于电子海图的比例尺，通过参数的解算求得雷达图像的缩放比例。雷达图像和电子海图的显示方法不同，通过对雷达图
燀
ｔ２１ ｔ２２ ｔ３１ ｔ３２
ｘ
０ ０ ０ ０ １
５
（） 像进行缩放和角度调整，根据雷达的位置 （经纬度）信息，以电子海图为底图，实现雷达图像和电子海图的叠加，结
果表明雷达和电子海图图像是匹配的，能够进一步提高驾驶员对船舶周围环境的监控能力，提高船舶航行过程中的避碰能力。
缩放的仿射矩阵Ｔ１为： ０ ｓ
０ 燀ｘ＝ｓｘ２
对应的坐标方程为：
ｙ＝ｓｚ
ｙ
ｓｉｎθ
旋转仿射门矩阵Ｔ２为 θ ｃｏｓθ ０
：
ｃｏｓθ
燄
４ 结束语
根据电子海图和雷达的显示特点，对采集的雷达模拟视频信号、方位信号和触发脉冲进行数字化、坐标转换和图像转换等处理，以电子海图为底图，实现雷达和电子海图的叠加。结果表明，雷达和电子海图信息是融合的，能
提高驾驶员对船舶周围环境的监控能力，笔者提出的雷达模拟视频和电子海图图像叠加方法是可行的，对于船舶安全航行具有重要意义和广泛应用价值。
燀
０
０
ｘ＝ｗｃｏｓθ－ｚｓｉｎθ
对应的坐标方程为：
ｙ＝ｗｓｉｎθ＋ｚｃｏｓθ
３ 结果分析
用上述方法试验，将原始的雷达模拟视频进行数字化处理，得到数字化的雷达视频信息，通过对数字化的雷达视频进行坐标转换，得到雷达视频图像。可以看出：雷达和电子海图在
篇二：船舶海图资料改正要求
船舶海图资料改正要求
海图资料改正是航行安全的基本保障和强制要求，近期我部已有多艘船在中海安检中被检查出海图改正存在不改、漏改和改正不完整及记录混乱等缺陷，并提出了警告，主要原因是个别主管人员的责任心不强及不知道如何进行海图改正。为此，要求船长要加强检查监督和指导，对于不能完成海图改正工作的二副，我们将建议其改任三副工作。为统一管理，现将海图改正的要求重申如下：
一、永久性通告的改正：①永久性通告分《航海通告》及《改正通告》两种，分别针对航保部、海事局出版的海图进行改正；②在船每张海图都必须按通告的内容逐条进行改正，不要按自已的理解认为无关的就不改；③每条通告改正后，应在海图左下角“小改正”登记栏中按年份将所有已改正过的通告号码注明，并《海图小改正登记簿》中对应的海图图号上记录改正过的号码；④必须核对海图左下角“小改正”登记栏中的上次改正记录，是否与通告中上次改正的通告号码一致。如果不一致，则必须找出上一次应改通告，追索直致衔接一致，并逐一进行改正；⑤《海图小改正登记簿》的登记要求：每张海图用一页（两面）记录，以避免小改正记不下及增加海图无法记录的问题，如新增海图可进行插页登记。为此，各轮将配发一本新的《海图小改正登记簿》，按此要求重新整理。
二、临时通告的改正：临时通告有航海通告的临时通告及改正通告的临时通告两种，改法相似，现以航海通告的临时通告为例说明改正要求：①船舶收到每期航海通告后，要对其中临时通告进行改正，用铅笔在海图上进行改正标注，并在海图左下角“小改正”登记栏下另起一行用铅笔登记临时通告的年份及编号；②在〈中国沿海临时性通告及预告〉文件夹中的《临时通告改正记录表》上分海区进行登记，不再要求剪贴，《临时通告改正记录表》样式见附件；③在航海通告每月的最后一期，其中有有效临时通告的索引，将之与各海区的《临时通告改正记录表》的记录进行对照，记录表有编号但索引中已没有的该项临时通告即为已失效临时通告，应从记录表中划去，并找出相关海图擦去该项临时通告的标注和记录；④一般每年都会出一期有效临时通告汇总，船舶收到后可将此前临时通告的记录删去，而在〈中国沿海临时性通告及预告〉文件夹上保留该汇总，只保留汇总日期以后的记录，之后做法仍按①②③步骤进行，但在月底与有效临时通
告索引对照时，则需要把汇总一起拿出来对照，将历年失效的临时通告删改和标识；⑤改正通告中临时通告的改正参照航海通告临时通告的做法，只是其有效临时通告的索引每期均有，因此应每期进行核对删改。
三、航行警告的标注和要求：①船舶应接收广州、上海、天津等海岸电台的航行警告，在相关海图上进行标注，并在航警上注明标注的海图或处理意见；②航行警告现已通过邮件方式发送到船，各轮收到后应打印出来，并《航行警告接收改正登记表》上记录，《航行警告接收改正登记表》样式见附件；③各岸台发布的航警排序均按流水账每月从001号开始，至月末结束，因此船舶应按广州、上海、天津等台别，各自在《航行警告接收改正登记表》上按序号登记，以便管理和避免漏收；④每月结束后，查阅各台航警是否收齐并整理存档备查。
四、海图改正要求及时准确，因此请船长和二副及时向公司提出寄送航海通告资料的要求，以免长期积压不改。如因航线原因无法及时寄船，船上可上网下载通告并及时予以改正。下载网址如下：
航海通告：
正通告：
2009年8月11日
篇三：航海海图
航行计划
1.1查阅航海资料
我国的近远洋船舶除了中版航海图书资料外，还应配备英版航海图书资料。对于中版资料较直观方便理解查阅，下面主要说明几种与航行直接关联的英版资料在航路计划中的应用。
1.1.1《航路指南》是将海图上无法表达或者不能完全表达的有关航海资料汇编成书，作为海图资料的补充。《航路指南》资料详细，文字简洁，只列出与航线拟订，航行安全与进出港直接有关的内容，可作航线拟订，沿岸及狭水道航行时的参考。英版《航路指南》按海域出版，书卷号为NP1-NP72。《航路指南》
第一章对本卷所述地区进行了总体介绍，分为三大部分，他们是：“一般航海说明与规则”，“国家与港口”及“自然条件”。第二章以后各章节按顺序叙述了各海区的航海资料。每章的编排格式基本相同，各章开头部分是本章地区的概况介绍，如本章的地区范围，地貌，近海的特殊地段，自然条件，助航设施此后各章各分地区的详细资料。各分地区的资料又分为：沿岸水域介绍，重要航海标志介绍，航路及航法介绍，进出口水域与港口介绍等。（需注意的是在阅读本书资料时，必须查阅本书的最新补篇。） 《航路指南》查阅方法：在什么情况下要查阅它呢？笔者认为，在设计近海航线，狭水道航线，重要水域航线及进出口航行时，海图上对航线附近的危险物，渔区，军事演习区等不是很明
了时，对所在国家或地区的工作制度，风俗习惯，对所在港口的各种信号，规章不了解时都应该查阅本书。
查阅《航路指南》一般有下列方法：⑴利用海图索引图，⑵利用索引，⑶利用目录。
1.1.4《无线电信号表》
主要内容：英版《无线电信号表》目前共七卷，ALRS除第四卷每三年再版一次外，其余各卷均每年出版。第一卷主要介绍：海岸无线电台，无线电医疗咨询，检疫报告，国际海事卫星服务等。第二卷主要介绍：无线电航标，电子定位系统，无线电时号和法定时号。该书书号为NP282。第三卷主要内容：无线电气象服务和航海警告以及与此有关的气象码语，台站分布图等。该卷按地区分两册，书号分别为NP283（1）和NP283（2）。第四卷主要内容：气象观测台站一览表及其分布图。该书书号为NP284。第五卷主要内容：全球海上遇险和安全系统。第六卷主要内容：港口无线电台，协助船舶请引航员的资料以及有关图表。该卷按地区出两册，书号分别为NP286（1）和NP286（2）。第七卷：船舶交通服务及船位报告系统。该卷按地区出版两册书号为
NP287（1）和NP287（2）。《英版无线电信号表》的卷数和分册数时有变动。上述按1998年初的资料介绍。
使用方法：下面以第二卷为例说明该书的使用
ALRS的电台资料按电台编号顺序编排，通过索引查找电台资料是使用本书的基本方法。本书有多个索引，现主要介绍如下：
1) 地理索引，本索引按国家或地区名称的字母顺序编排，并给出了国家或地区的电台首编号。
2) 电台的识别信号索引，本索引按信标和QTG电台的识别信号的字母顺序编排，给出了对应的电台名称，类型和编号。 无线电信标名称索引，本索按信标名称的字母顺序编排，给出对应的电台类型和编号。
3) 雷达航标索引，本索引按雷达名称的字母顺序编排，给出对应的航标编号。
4) 授时台名称索引，本索引按授时台名称的字母顺序编排，给出了对应的电台编号。
目录，若需查找各部分的说明性文字或查找索引所在的页码，应利用目录。
改正方法：改正该书的信息发布在英版《航海通告》周版的第六部分。此后，每一季度周版航海通告的第六部分的摘要列出过的电台编号及《航海通告》周版一览表，以供校对。另外，每隔约6个月出一期补篇，补篇上刊有自本卷出版后的所有改正资料。
值得注意的是，有些英版资料可在多种书卷中获得，但由于这些书的资料来源，出版日期不同故它们对同一资料的说明不尽相同，所以阅读时可同时查阅。当资料有出入时应比较他们的资料来源和出版日期，以确定哪一资料较为可靠。当对资料没有把
握时，可通过代理了解。另外除了第二卷比较重要以外，第六，第七卷也是非常重要的，甚至是船长必读的资料之一。
以上介绍的是几种主要的英版航海书表资料，另外，还有《潮汐表》，《航海员手册》，《进港指南》等。这些都是远洋船舶必备的资料。
英版航海图书资料保持其最新状态的主要方式有：出新版，出最新补篇，发布航海通告和无线电航海警告。
作为船舶航行和航线设计中必不可少的海图，其重要性不言而喻。这就要求我们必须认真了解海图，研究海图及海图的可信赖程度。根据海区抽取不同比例尺的海图并将其改正到使用日期，了解海图上各种图示的意义。
1.2选择恰当比例尺的海图
1.2.1 海图的分类
根据海图的作用不同，海图可分为航用海图和专用参考图两大类。
随着科技的发展与进步，电脑的普及使用，电子海图已经出现迅猛发展。在我们船已经于2004年初装备好电子海图（公司所有外贸船舶也都装备了），很快船长和驾驶员包括我们实习生就能熟悉使用。电子海图确实有着纸质海图所不能及的优点，我们能迅速在上面划出航线，可以在上面看出本船所处的位置及偏离航线情况，配合现在已经强制使用的AIS（船舶自动识别系统）在电子海图上更可以清楚了解处于本船周围的船舶名字及动态，
可以方便驾驶员联系及采取适当的行动避让。但是电子海图作为一种新生事物，它没有纸质海图的许多优点，比如稳定可靠技术成熟，不容易受外部条件的影响等等。而且电子海图在保持其资料最新没有统一规范，各公司出的电子海图各不相同，且在事故分析方面也没有法律的承认。所以电子海图在很长的一段时间内是不会取代纸质海图的，但作为纸质海图的一种补充和参考，它就可以发挥纸质海图很多不可比拟的作用和优势。
1.2.1.1 航海用图
航用海图：航用海图大部分是墨卡托海图，用以拟定航线，进行航迹绘算和定位等。航用海图按比例尺可分为：总图和大洋图，航海图，沿岸图，港泊图。
总图和大洋海图：这种图比例尺较小，在1：1000 000到1：5000 000以下，以上包括地区较广，因此只印有在海岸航行时，能够看到的重要灯塔和物标，以及与海岸有一定距离的航海危险物至于沿岸危险物，至于沿岸危险物，仅作概略的描述。因此，总图只能作为船舶在大洋航行时，研究总的航行条件，拟定大洋航线和制订总的航行计划用。
航行图：其比例尺约为1：1000 00到1：75000，图上较详细地记载有近海航行时所需之灯塔，浮标和物标等。至于设置在港湾内，从外海看不见的航标则不画出。在航海图上，除岸边的浅滩和礁石可忽略不画外应详细记载所有外海的航海危险物。航海图可供船舶在近海航行时定位和推算用。
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