摘 要

海上航行活动往往伴随着不确定性，时刻威胁着船体和船员生命财产安全。而传统的航行技术往往受限于参与者的知识经验——船舶管理中心靠过往数据指挥船舶进出，船上的操作人员靠自身经验来应对复杂情形——无法对船的动态信息进行及时有效的反馈，阻碍工作人员在各种情况中作出正确决策。

本文根据上海意玛软件有限公司提供的YimaEnc SDK开发文档，参考相应的开发子例程，研究学习了部分YimaEnc开发方法和有关函数，结合国内外电子海图研究现状，设计了一个简单的海图展示界面。展示界面的生成经由调用YimaEnc库里声明的方法，参照对应的DotNET示例子例程，达到了实现几个基础海图系统功能的需要：ECDIS海图界面的显示、图库管理；界面上下左右挪动和放大、缩小操纵；鼠标拖拽；对航路点和航线的添加和删除操作；船的航海任务中基本信息显示，标识船的位置。

在论文的主干部分对系统进行了总体设计和模块设计，包括海图界面显示、基本操作和航行任务的功能模块，详细地写了设计内容，设计了显示的界面；最后对内容进行了总结，总结了在本次课题制作过程中的所得，并认真思考了自己存在的不足，以及对未来工作的要求。

关键词：电子海图；ECDIS ；YimaEnc；C#

Abstract

Maritime navigation activities are often accompanied by uncertainty, threatening the safety of life and property of the hull and crew. Traditional navigation techniques are often limited by the knowledge and experience of participants. Ship management centers rely on past data to direct ships to and from ships. Operators onboard rely on their own experience to deal with complex situations. They cannot provide timely and effective feedback on ship dynamic information. Hamper staff to make correct decisions in various situations.

Based on the YimaEnc SDK development document provided by Shanghai Yima Software Co, Ltd, with reference to the corresponding development subroutines, this article studied and studied some of the YimaEnc development methods and related functions, and designed a simple chart combining the research status of the electronic chart at home and abroad. Display interface. The display interface is generated by calling the method declared in the YimaEnc library and referring to the corresponding DotNET sample subroutine to achieve the needs of implementing several basic chart system functions: display of the ECDIS chart interface, library management, and interface movement up and down and left and right. Zoom in and zoom out; drag and drop; Add and delete routes and routes; Ship's basic information in the navigation task, identifies the location of the ship.

In the main part of the paper, the overall design and module design of the system were carried out, including the functional modules of the display of the interface of the chart, basic operations and navigation tasks. The contents of the design were written in detail and the interface for display was designed. Finally, the content was summarized. Summarized the income gained in the production of this project, and carefully considered the deficiencies in its existence and requirements for future work.

Key Words: Electronic chart ;ECDIS ;YimaEnc ;C#

目录

摘要 I

Abstract II

1绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 目的及意义 2

1.3国内外研究现状 2

1.4 研究内容 3

2 系统分析 4

2.1 系统可行性分析 4

2.2需求分析 4

2.2.1 业务需求 5

2.2.2界面需求 9

3 系统总体设计 11

3.1 系统设计原则 11

3.2系统体系结构设计 11

3.3 系统功能结构设计 13

4 详细设计 15

4.1 海图界面显示 15

4.1.1 功能结构设计 15

4.1.2 功能设计 15

4.2基本操作 15

4.2.1 功能结构设计 15

4.2.2 功能设计 16

4.3 航海任务 18

4.3.1 功能结构设计 18

4.3.2 功能设计 19

5 测试 25

5.1 电子海图主界面呈现 25

5.2 海图放缩 25

5.2.1 界面放大操作 25

5.2.2 界面缩小操作 26

5.3移动 26

5.3.1上移 26

5.3.2下移 26

5.4添加航路点 27

5.5添加航线 27

5.6添加船 28

6 总结 29

参考文献 30

致谢 31

1绪论

1.1研究背景

海图，顾名思义是一种在海上使用的地图，也就是专门为有航海需求的人设计的用图。它在航海过程中发挥的主要作用是，给操作人员呈现出他们需要的信息，包括船舶周遭的海域和陆地、礁石、其他船只等障碍物。海图比起单纯的文字说明报告的优越处在于，它的方式是直观可见的，各种信息在呈现出来时应当在保证详细且准确的前提下，还能做到一览无余。它能让人对目前船舶本身、船舶所处海域的各种参数都能迅速掌握，对可能造成危害的情况能够灵敏准确地发出警报，从而尽量规避航海作业时的巨大风险。

上世纪七八十年代起，随着时代的进步，人们发现庞大的海图测绘工作所留下的纸质资料，已经过于庞大而不便查阅，并且由于对航海数据精度要求越来越高，无形中已经大大增加了测绘人员的工作负担。基于这种状况，初始版的电子海图就被设计出来了，但这充其量是以前手工海图的电子版，还不是日后功能强大的电子海图系统。直到八十年代中期往后，电子海图的功能才逐步丰富化，这也是搭乘了信息技术高速列车的缘故。

近年来，计算机技术和图形学发展非常迅速，信息技术与其他新传感器和遥感设备的结合，往往能在各个工程领域大显神威。电子海图就是船舶设备和信息技术结合发挥巨大作用的典范。在这个对航海精度要求越来越高的时期，许多过去广泛使用的船舶技术不得不呈现出捉襟见肘的态势：

一是过去在各个海域，尤其是周遭状况较复杂的地方，船舶的安危主要依赖船长和副手等人的经验，并没有健全的一套机制来提前发现并呈现水深、障碍物等关键信息，一旦碰到浅滩、电缆、渔网等意料之外的东西，当操作员本人的风险评估不够精准的话，船舶和人员的安全将受到极大威胁。

二是有些海上作业对获取信息的精度要求是很高的，小小的偏差会带来不可挽回的后果。众所周知，在接近大陆的海域，即近海作业时，环境状况要比其他地方险恶很多。或者碰上飓风、台风、海啸这等突发状况，或者船上携带的易燃易爆等危险品疏于管控，或者作业过程中操作的失误等等，都会造成事故。

三是船只本身大小很不一致，导致在海域不同方位的吃水会天差地别。一旦遇上复杂情况需要停靠，或者行驶到未知的某个浅滩，就难免发生走锚事故。出现这种情况时，以前的船舶还得仰仗有经验的操作员做出判断，没有一套完备的工具来识别状况并警示，这就给操作人员增加了不少担子，船舶安全就难以得到保证。

四是以前的联系预警方式主要是人工呼叫，这一块需要配备充足且熟练的人手。问题是如果突发极端天气导致传统通讯设备中断，码头或岸上无法跟船取得联系，也就无从得知目前船舶的处境（天气，水况，船上仪表的运作情况）到底如何，船舶也难以获得相应而来的预警，不知道前方水深情况，气象变化，水流趋势，以及是否有妨碍安全的物障和其他船只等，这类信息的缺失带来的灾难会是无比惨痛的。

因此，当前迫切需要一个自动化程度较高的电子监控系统，能够为管理中心及船舶提供迅速、可靠、详尽的信息，用于规避航行时的种种风险，引导船舶安全高效地行进。电子海图就在这一历程中应运而生了，它将尽可能为船舶提供有用的信息以供参考。

1.2 目的及意义

在这个商业化交流越来越迅猛的时代，航海运输领域也向着更强大、更完备的科技水准迈进。同时伴随着海上科考、作业，以及人类开发海洋步伐的日趋紧密，人们对一个安全可靠的海上航行环境的呼声越来越高，对海洋各个方面信息的获取和掌握的渴望也日渐加深，对海洋未知领域的进一步探索也正紧锣密鼓地进行。因此，航海船舶控制系统需要这样的一个系统，能够提供比以前更为安全的保障，能够展示出船舶本身的状况和周遭海域的各类信息，能发现并存储有利于人类海洋探索事业进步的海洋数据与参数。电子海图系统就在其中扮演重要角色^[1]。

对电子海图系统的研究，对各方面来说都是意义巨大的。对于操作人员来说，电子海图的应用减小了人工负担。它能够借助监测设备来呈现信息，不仅减小了测绘人员的工作量，也让船舶系统的操作员能够通过分析可视的数据就能做出更科学更合理的决策，比起单纯依靠经验的航行任务来说，大大提升了船舶管理的效率和精确性。对于实际工程领域，电子海图系统能够把海洋和陆地的面貌、本船的状况和基本信息、周遭的环境参数显示在可见的海图界面上，让船舶管理人员和幕后的指挥系统中心方便使用其中的数据和调度所需的人员设备。对于海洋研究领域，研究基于国际通用海图标准的电子海图系统，配合船舶携带的设备，能够切实地监测周遭海域的一切状况，实时呈递关于船、关于海况的各类参数信息，不仅高效、直观，还能留备大数据中心资料库以供参考，为进一步推进海洋事业助力。

1.3国内外研究现状

八十年代末和九十年代初，挪威测量工程局就先后进行了两次ECDIS领域的实验。同时，德国和荷兰的海道测量部门也分别发表了对于长期进行的ECDIS研究所取得成果的报告文件。在电子海图应用领域，加拿大走在绝大多数国家之前，在国际标准推出前就已经通过自己国家的法规，在船上普遍安装了NTX格式的电子海图系统。在国际海道测绘组织制定的S-52、S-57标准相继推出后，又积极跟标准适配，安装着符合国际标准的产品。九十年代末，国际海道测绘组织和国际海事组织共同进行的北海工程测试活动，评估了来自美国等发达国家的六套ECDIS系统，使得业界普遍看好其前景，尤其是美国海军发表的ECDIS-N系统，是ECDIS系统应用方面的典范，只是该系统仅使用美国国家地理情报局的海图。目前凡是新造的公约船，都安装了电子海图系统，其中以英国船商公司的Navi-Manager系统、挪威C-Map公司的Ocean view系统等最为知名^[2]。

我国的海军海洋测绘研究所于八十年代开发了第一个电子航海系统之后，越来越多的职能部门、科研机构逐渐研制出了五花八门的船载电子海图系统，在各个型号的船舶上都得到了广泛应用。海军保证司令部建立了具备各级比例尺的数据库系统，交通海事局也绘制了许多电子海图，尤其是针对其管辖的口岸海域。这些海图都是符合国际标准的，但因为这方面没有系统的研发——投入生产的工业化体系，所以在ECDIS海图系统领域，我国的研发能力和实践应用规模都不能跟起步较早的发达国家的电子海图产品同日而语。

1.4 研究内容

本次设计的对象是能够监视船舶的航海用ECDIS电子海图显示信息系统，目标是了解电子海图领域的理论知识，比如S-57国际标准的模型框架，相关的数学坐标知识和投影变换知识，通过自己设计基础的海图显示界面，粗浅地体会电子海图系统的实现方法，感受ECDIS能在监控海域和船舶的任务中起到多大作用，并作出自己对ECDIS系统的理解和展望^[3]。

首先，搜集其他论文和参考资料以供大体了解研究对象——电子海图系统——出现和发展的背景知识，大致了解电子海图研究道路的曲折性，明确本次自己研究这个论题的意义并确定具体研究内容、方法。

接着，在大致了解ECDIS电子海图系统国际标准的前提下对相关理论知识进行研究，尤其是屏幕坐标到实际地理坐标投影变换这样的基础知识之后，加深对海图数据操作的印象。

然后，对设定好目标的电子海图进行需求分析，明确指向的业务范围；进行总体分析，阐述各个功能模块能够实现出的面目；对各个功能模块进行研究，从程序设计方面研究功能模块的实现方法，完成程序的详细设计，力求得到预期的效果。

最后，得到预期的海图显示结果并总结中间的经验教训和指导未来学习。

2 系统分析

2.1 系统可行性分析

1）技术可行性：海图系统以C#为编程语言，遵循一般Winform开发流程。这在本科阶段是学习过相关知识的，虽然没用它做过项目，但手头有资料可以学习，也可以在图书馆借到技术书籍。另外，本次开发任务是基于意玛软件YimaEnc SDK开发手册，里面列出了开发要点和方法函数，其中有些是这次需要的，所以将该手册作为开发基础，可以随时参考取用。除此之外还有一个子例程，提供了一套基础的电子海图界面各要素的开发程序示例，自己可以在学习开发手册的基础上，参考这个子例程里各模块的实现方法，自己动手试着做。

2）经济可行性：该程序设计任务需要的硬件无非是一台电脑，免费的Visual Studio通用版。需要的参考资料都能免费获取，比如图书馆里的参考书可以免费借阅，某些具体的编程方法以及出现的错误和警告，一般能在互联网上搜到类似问题和解答，快捷且获取容易。所以经济上是可行的。

3）操作可行性：从学习基本理论、背景知识，到自己上手尝试实现一些功能，前后至少有两个月跨度，从时间上考虑应该是可行的。系统的实现能够给实际生产作业提供参考，具体的功能也都有实际操作的意义，能够保证基本实现，所以操作上是可行的。

2.2需求分析

本系统基于意玛软件YimaEnc开发手册，遵循YimaEnc开发方法，主要目的是展示出一个基础海图界面，实现一些最基本的对于海图和航海活动的操作。最终程序要能运行，进入海图界面，显示出界面要素。

1）海图显示：能够显示出海图界面，显示设置的图层，以及一些基本的操作按键和入口，还有相关信息展示栏。

2）基本操作——海图放缩、鼠标拖拽：海图界面上有许多元素，能够提供的功能也很多。为了能让用户直接上手，应该把基础操作（放大、缩小、上移、下移、左移、右移）放到显眼的位置，也就是在菜单栏底下设置的工具栏中。设置这样的触发按钮当然是必需的，但是如果只有通过这些按钮才能操纵海图界面，未免太死板。这种类型的操作，鼠标拖拽才是最直接最便易的方式。因此对于主界面，要能够用鼠标滚轮进行放大、缩小操作，用鼠标左键拖拽页面，完成移动功能。

3）基本功能——航路点和航线的增加、删除以及船的位置标识：对于一个电子海图监控系统，必须要能从界面上获得相关核心信息，比如本船在海图上的位置，包括视界位置（肉眼直观看到在地图上的位置）和参数位置（经纬度坐标）。另外还要能看出本船和其他船的相对位置，直观的看到本船与其他船方位和距离上的差。

2.2.1 业务需求

业务需求是指软件具有的功能要达到使用者的要求，其主要任务是逐条说明系统的业务范畴，进一步地描述该系统软件要实现到哪个地步，能够解决用户面临的哪些问题。

图2.1 主要业务逻辑图

1）数据操作

对船舶上的设备和仪器监测到数据进行接收和处理。

a、导航数据：接收外部信息；

b、环境数据：接收AIS目标信息；

c、雷达数据：接收雷达提供的导航信息；

d、海图数据：接受外部传送来的海图文件信息。

图2.2 数据操作

图2.3 导航数据处理

2）海图显示

a、显示信息：全部显示页面上该显示的信息；

b、运动显示：一登录后就处在船的运动模式；

c、场景显示：陆地和海图图层部分处于高亮显示模式。

图2.4 海图显示

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