1.目的及意义

1.1研究的背景、目的及意义

计算机技术、互联网技术和信息技术的飞速发展，使地理信息系统越来越深刻地影响着社会发展的进程。电子地图作为地理信息系统中的重要组成部分，受到了越来越广泛地关注。同时，世界经济全球化的浪潮与全球格局的变化另各个国家愈发重视自己的海洋资源，海上运输凭借其运输成本低廉变得更加普及。因此，确保船舶在航行过程中的安全成为了重中之重。

海上船舰的航行不同于陆地上车辆的行驶，海上地理环境复杂，面临的危险因素较多，故对海图的准确度要求较高。20世纪70年代以前，船舶航行使用的都是纸质海图，纸质海图制作周期长、更新十分困难且容易被损坏，难以达到保证船舶航行安全的要求。随着科学技术的不断进步，借助计算机技术和图像处理等技术的优势，航海技术逐步步入了信息化时代，信息化、数字化程度不断在提高。电子海图（EC）和电子海图显示与信息系统（ECDIS）逐渐体现出了其巨大的优越性。电子海图的发展可以分为三个阶段：1970年末至1984年，该阶段电子海图刚刚兴起，主要是将其作为纸质海图的等效物，通过计算机进行显示；1984至1986年，电子海图的功能在该阶段开始拓展，在显示纸质海图信息的基础上增加了船舶位置标绘、航线管理、设置船速等功能；1986年至今是电子海图发展的第三个阶段，该阶段利用海图、雷达、定位仪等设备进行导航系统的研究成为了热点。

除了要保证民用船舶在航行过程中的安全，保证军用舰船在出海时免受磁性兵器的攻击也是尤为重要的。钢铁舰船周围存在的磁异常信号是空中磁性探测和水中磁性兵器攻击的信号源。为了提高舰船的生命力，各国海军都致力于研究舰船磁性的防护方法及措施。其中最核心的内容之一就是研究舰船在地磁场作用下的感应磁场建模问题。在国防工业中，对船舶感应磁场进行仿真计算的方法有：谐波分析法、有限元法和磁体模拟法等。磁体模拟法是对舰船进行仿真模拟计算的一个重要方法。磁偶极子建模与椭球建模是磁体模拟法的重要组成部分，二者各有其优缺点。2016年《船舰电子工程》第1期中，常宜、祝小雨提出用9磁偶极子与大椭球混合建模的方法模拟船舶磁场，有效地减小了均方根误差，能够用于工程实践当中。

对基于电子海图的船舶实时空间磁场预报系统进行开发，一方面能够提供给操作人员实时的地理信息及航行信息（包括船舶实时位置、计划航线信息及航速等），从而进行高效、高安全系数的航线管理；另一方面能够获取船舶实时空间磁场的分布，从而采取相应的磁场防护措施以避免水中磁性兵器的攻击及和周围的磁性探测，提高舰船的生存能力。

1.2电子海图的国内外研究现状

人们对于海洋的探索从未停止过，而随着科学技术的不断发展，电子海图显示及信息系统（ECDIS）逐渐成为了航海领域研究的热点。在当今时代，电子海图已经取代了原来的纸质海图，被当作继雷达之后在船舶导航领域一项伟大的新技术。与原来的纸质海图相比，电子海图拥有着巨大的优势，他不仅能够更完善、更准确的显示出海上地理信息，还能够连续给出船舶位置信息、提供与航海有关的各种航行信息，以有效地防范船舶在航行过程中遇到的危险。

在国际上，最初对电子海图的研究是从20世纪70年代开始的，随着电子海图的不断发展，1986年国际海事组织（IMO）和国际海道测量组织（IHO）组织了各个国家的船舶专家组成电子海图委员会，开始制定电子海图的相关标准。直到1993年，IMO才发布了电子海图的相关标准。与此同时，IHO分别于1987和1992年发布了《ECDIS海图内容和显示规范》（S-52）及《IHO数字海道测量数据传输标准》（S-57）。电子海图应用系统比较早的一种形式是1967年比利时推出的一种定位仪与海图标绘相结合的MANAV；70年代中期，日本一些厂家也生产一些电子海图系统来显示非官方、非S-57格式的矢量电子海图数据库，且要与相应的纸质海图配合使用；为了使电子海图走上国际标准化的道路，世界上一些发达国家也纷纷开展了ECDIS的技术标准工作。一些不发达的国家也积极响应，如巴西、印度和韩国等国家都已将完成了本国所辖水域的电子海图制作。

我国是一个具有广阔水域的航海大国，对于电子海图的研究是必不可少的。我国对于ECDIS的研究于20世纪80年代开始，海军海洋测绘研究所开发了我国第一套电子航海图系统，该系统于1990年装在了北海和南海3000吨以上的辅助船上，收到了航海人员的好评。此后，国内很多研究院和高校如哈尔滨工程大学、大连海事大学等都投入到了电子海图的研究中去。武汉理工大学研究生汤磊通过对 S-57 与 MapInfo 格式两种海图的分析，研究了 S-57 向 GIS 通用格式的转换算法，并基于 VC 给出了实现算法。武汉理工大学研究生黄洁对基于 ARCGIS 组件的电子海图显示技术进行了研究，成功开发了电子海图显示系统并得到实际应用。