淺談基于通信網絡GPS監控在內河船舶監管中的應用前景

盛黎

摘 要：目前，內河船舶監管主要有VTS監控、AIS監控及基于通信網絡GPS監控三種主要方式，前者為主動探測船舶目標，連續跟蹤船舶運行動態，后兩者皆通過船載終端上傳定位信息到中心來實現船舶監控。本文主要對后兩種方式的組成原理進行剖析，并通過其通信協議、系統建設、使用成本、通訊網絡、推廣難易及適用性六個方面的比較，說明在內河航運，基于通信網絡GPS監控比AIS監控更具有優勢，未來的應用前景更為廣闊。

關鍵詞：GPS監控；內河；船舶監管；應用

近年來，隨著我國低碳交通體系的逐步建立，內河水運得到快速發展，船舶數量增加，大型化日益加劇，船舶航行安全、航行效率以及通航秩序顯得尤為重要，對于船舶的監控管理就十分迫切。同時，通信技術迅速發展，特別是交通水運信息化的推進為船舶的監控提供了必要的技術支撐。目前，內河航運的船舶監控主要有VTS監控、AIS監控和基于通信網絡GPS監控（以下簡稱GPS監控），后兩者實現方式相類似，下文就這兩種方式進行詳細介紹和深入比較。

1 AIS監控

AIS是自動識別系統（Automatic Identification System） 英文首字母縮寫詞。它通過甚高頻（VHF）數字通信以廣播方式不斷地向附近的船舶和岸臺播發自己的身份識別標志、船舶類型、載貨情況、航線、目的港、當前船位與速度等信息，同時接收來自岸臺的查詢和附近船舶的AIS信息，并把有關信息以圖形和電文方式顯示在自己設備的屏幕上，使船舶、船岸間能夠共享信息，以實現船舶的自動識別和監視。

AIS設備一般分為A、B、C、S、N5級，其中A、B類用于船舶，C類用于基站。按照SOLAS公約強制要求，國際航行300總噸及國內航行500總噸以上的船舶均要求安裝AIS，目前國內內河航運符合條件的船舶安裝的是為B類AIS設備。根據系統VHF數據鏈路接入協議的不同，B類AIS設備分為采用SOTDMA（自組織時分多址）接入協議的“SO”和采用CSTDMA（載波偵聽時分多址）協議的“CS”兩種，目前國內大部分AIS選用的是后者。它借助GPS/DGPS（差分GPS）接收機精確定位和測速功能，采用載波偵聽時分多址聯接（CSTDMA）數據通信技術，通過VHF發射/接收機實現船船和船岸的數據交換①。

AIS監控系統由船載AIS終端和監控中心兩部分組成，岸站接收到的船載AIS信息（NMEA語句）并通過RS-232接口發送到通信服務器，通信服務器把解析后的數據存儲到數據庫，監控中心通過應用服務器調用數據庫數據并在電子航道圖上展現來實現其監管的功能。

2 GPS監控

基于通信網絡GPS監控系統主要由船載GPS終端、通信網絡和監控中心組成。通信一般采用中國移動GPRS或者中國電信CDMA網絡，基于3G網絡的目前尚不多見，下以GPRS為例。GPRS（General packet radio service）是通用分組無線業務的簡稱，它采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發結構、無線調制標準、跳頻規則以及相同的TDMA幀結構，能夠提供比現有GSM更高的數據率，是一種采用分組交換和傳輸技術的高速、低速數據及信令的高效率數據傳輸方式。

GPS船舶監控依托于移動通信運營商的網絡覆蓋，終端首先通過通訊模塊撥入Internet或專網與通信服務器建立TCP連接，定期從GPS接收機中接收船舶經緯度、速度等信息，然后對這些數據進行處理，按照協議打包，并將數據包上傳到通信服務器，通信服務器把接收到的數據按照對應協議解析，存儲數據并推送到監控中心服務端口，監控中心不斷從通信服務器獲得最新數據，將其展現在電子航道圖上來實現其船舶監管的功能，同時也能從數據庫中調出實現船舶歷史定位查詢和軌跡回放。

3 兩者比較

3.1 通信協議

AIS監控協議是國際統一標準，其數據格式采用NMEA語句符合IEC61162-1和ITU1371-1協議，因此，AIS通用性很強，不存在兼容性問題。船舶安裝了AIS設備，無論用哪個AIS系統，只要在岸站覆蓋范圍內，都能夠被監控，同時也便于以后系統間整合和數據交互。

GPS監控系統其數據格式、封包方法等通信協議一般是由建設單位根據需求自行制定，國家沒有統一標準。因此，GPS監控系統只能是某個單位或某個行業內部的監控系統，各個監控系統之間互不兼容，所以其應用范圍相當狹窄，無法打破單位或行業之間的限制。但隨著相關規范和標準的制定和實施，如長三角地區運輸船舶GPS數據交換標準，不同的GPS監控系統間也可以實現數據交換。

3.2 系統建設

AIS設備最初用于沿海VTS監控，海船的船位通過岸基AIS基站獲取的，在開闊無遮擋的情況下其覆蓋范圍僅限于離海岸50海里以內，而內河水道彎曲遮擋物多，要想實現整段水域全覆蓋就必須建設很多基站，這樣系統建設難度很大，后期維護成本也很高。而GPS監控利用移動通信運營商的網絡，很好地解決終端信號覆蓋的問題，因此其系統建設和后期維護費用要低得多，而且實施起來相比較為容易。

3.3 使用成本

AIS使用自己VHF通信網絡，無運營商，無任何使用費用，但是對設備本身要求較高，且需通過中國船級社的認證，價格昂貴。而普通GPS終端對處理能力要求不高，其設備費用低廉，通常只有AIS設備的1/4甚至更低，船岸通信依托于運營商無線網絡，因此使用GPS監控設備會產生一定的費用，按照數據流量收費，但隨著通信資費越來越便宜，正常情況設備使用的流量套餐費用目前也僅為5-10元/月，其綜合使用成本要遠小于AIS設備。

3.4 通訊網絡

AIS使用2個VHF頻道進行通訊，屬于專網通訊，不受公網的影響，通信的質量有保證，同一基站覆蓋范圍內能夠同時容納幾百艘船舶的通信，但其帶寬較窄且受基站影響覆蓋范圍有限。GPS終端容易在接入基站繁忙或通訊信號較弱時產生信道阻塞，造成信息的延時、丟包甚至終端掉線，但其組網靈活，接入帶寬可隨監控系統規模的增大容易被擴容，同時GPS終端使用范圍不受地理條件影響，只要在運營商信號覆蓋范圍內即可。

3.5 推廣難易程度

AIS是船檢規范規定必須安裝的設備，內河航行500總噸以上的船舶均要求配備AIS終端，監控部門只需建設AIS接收基站即可獲得船舶監控數據。而GPS終端它不是規范要求安裝的設備，強制推廣安裝易引發船員抵觸，船舶監管部門通過GPS監控與行業應用相結合，以提升服務能力為出發點，如蘇北運河“一票通”服務，把GPS監控與傳統過閘業務相結合，通過流程再造，實現了安裝GPS終端的船舶在蘇北運河“一次登記、全程服務”快速過閘業務，既提升了服務水平，又達到了行業監管的目的，同時也得到了船員的認可，都主動申請安裝，其設備使用率、在線率也遠高于同類系統。

3.6 內河適用性

AIS作用是避免船舶碰撞、保障生命安全、減少財產損失，解決了船岸信息傳輸這個大難題，實現船岸信息聯網、船舶信息共享，但由于海運與內河水運的基礎條件不同，AIS在內河應用存在局限性。海上船舶航行只需確定航線，水面開闊定點轉向即可，車、舵設定后可以幾小時不變，與他船會讓少且距離遠；內河航道彎、淺、窄，且變化多，支叉、邊灘、淺灘及各類水上設施多，再加之不同水位期的變化，航道條件極為復雜，內河船舶之間近距離航行、近距離會讓避碰操縱極為平常，船距都是以米為單位計，特別在繁忙航道、港區等船舶密集區，AIS避碰提示過多就會干擾駕駛員操縱船舶，因此AIS在內河航道特別是二級及以下航道僅僅只起到船岸聯網和信息共享的作用。其次，AIS設計初衷是服務于海運需求，工作頻率選用了162MHZ左右的2個頻點，收發同頻，帶寬25KHZ，屬于視距傳播無線電，對于遮擋比較敏感，因此將其應用于內河，受帶狀曲折水域和建筑、樹木遮擋的影響，距離將遠小于海上應用。一般來說，在內河航道，正常天氣情況下，標準B類船臺2W發射功率，極限距離為13-14海里，因而其岸站密度要高于海運。同時其傳輸帶寬很窄，很難擴展其他業務應用。第三，AIS門檻要求很高，盡管內河使用的B類設備比A類要簡單，無需外接外置GPS、羅經，雙路供電等要求，但相比其他電子設備，其需求有限，配套的無線通信、基帶處理等都沒有成型的模塊方案可以采用，加上它較為特殊的調試方案，符合標準的AIS設備成本一直居高不下，對于大量內河航運的船舶來說，動輒上萬元的價格也難起承受。同時設備對使用人員也有較高的要求，目前內河船員文化層次和海員相比還有很大的差距。第四，隨著我國北斗衛星導航系統的建成和推廣使用，今后越來越多的終端將使用北斗衛星導航系統，由于AIS采用的是國際統一標準，因此很難兼容北斗導航，而GPS監控僅需要把GPS模塊更換成北斗模塊，甚至可以實現兩者并存。

4 結束語

綜上所述，鑒于內河水運的復雜性，相對于AIS監控而言，基于通信網絡GPS監控在實現成本、功能擴展、內河適用性等方面具有明顯優勢，也更能體現內河船舶管理與服務一體化的需求。隨著今后GPS監控行業規范的制定以及地區間平臺傳輸標準出臺，同時把這種GPS監控與行業應用相結合，通過功能拓展逐步提升服務能力，其生命力是不言而喻的。

[參考文獻]

[1]梅燕（上海海事局）.《AIS在海事管理中的應用》.

[3]李宇（青島遠洋船員學院）.《AIS在航海中的應用及展望》.

[3]熊志輝（岳陽海事局）.《淺談提升AIS內河安裝率、在線率》.

①B級AIS設備數據交換發送的靜態信息如MMSI、船名、船舶類型、船長船寬等，動態信息如經緯度、航速、航向等。