綜合助航信息系統(tǒng)的實現(xiàn)

張杏谷，周世波

(集美大學(xué) 航海學(xué)院，福建 廈門 361021)

0 引言

近年來，隨著海上用戶對助導(dǎo)航信息需求的不斷增加，國際海事組織(International Maritime Organization，IMO)、國際航標(biāo)協(xié)會(International Association of Lighthouse Authorities，IALA)等組織積極促進(jìn)新型助導(dǎo)航技術(shù)的研究與開發(fā)，航運發(fā)達(dá)國家積極響應(yīng)，不斷提高航海安全保障水平，增強海上交通的安全和效率.特別是近年來IMO 正在推進(jìn)的e-Navigation 戰(zhàn)略，對交換、集成、顯示和分析相關(guān)助導(dǎo)航信息，改善海上交通安全起到積極的作用.［1］

IALA 提出新型電子助航服務(wù)體系，即將航標(biāo)遙測、信息處理、信息播發(fā)、接收和顯示整合到一起，推動助航服務(wù)信息化、網(wǎng)絡(luò)化.其主導(dǎo)思想是借助船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System，AIS)基站、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源，綜合各種海事信息系統(tǒng)，建立一體化的、廣泛共享的航標(biāo)助航信息服務(wù)新體系，增強航海安全保障.［2］

新型航標(biāo)助航服務(wù)體系是現(xiàn)代信息技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合應(yīng)用，是IMO和IALA 提出的e-Navigation 戰(zhàn)略的重要組成部分，建設(shè)航標(biāo)助航新體系已成為國際航標(biāo)領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢.

1 助航新體系的內(nèi)涵及結(jié)構(gòu)

1.1 內(nèi)涵

對于現(xiàn)代航海而言，助導(dǎo)航服務(wù)已經(jīng)由以往的為單船航行服務(wù)為主向為單船航行和多船交通協(xié)調(diào)服務(wù)演化.這個變化意味著助導(dǎo)航的服務(wù)載體和服務(wù)對象都已發(fā)生重大變化，服務(wù)載體由單個向系統(tǒng)發(fā)展，服務(wù)對象由航行向交通協(xié)調(diào)發(fā)展.海上用戶對助航信息的需求在不斷增加，傳統(tǒng)的航標(biāo)助航服務(wù)已經(jīng)無法滿足用戶的需求，必須建立與現(xiàn)代航海相適應(yīng)的綜合助航新體系［3］.

新型綜合助航體系，應(yīng)以服務(wù)為核心.從過程看，它是發(fā)生在航海用戶與海事部門間的一種需求與解決過程的互動，其目的是為了滿足航海用戶特定的需求.一個完整的助導(dǎo)航服務(wù)過程總是由航海用戶的選擇/請求/需求開始，海事部門檢查確認(rèn)，執(zhí)行特定的功能或任務(wù)，按照預(yù)定的方式結(jié)束，滿足航海用戶的需求.從功能角度分析，助航服務(wù)的內(nèi)涵和外延隨著航海用戶的需求變化而不斷擴(kuò)展，從單一系統(tǒng)向多個系統(tǒng)再向多系統(tǒng)融合擴(kuò)展.從關(guān)系上分析，航海用戶既是接受方也是發(fā)起方，助航服務(wù)因航海用戶需要而存在，航海用戶的需要決定助航服務(wù)的內(nèi)容.

航標(biāo)助航新體系應(yīng)以提供完善的助航服務(wù)為目標(biāo)，其內(nèi)涵是:以提供完善的助導(dǎo)航服務(wù)為目標(biāo)，以先進(jìn)的技術(shù)為支撐，全面提升航海保障綜合服務(wù)能力.

1.2 結(jié)構(gòu)

作為海上主通道和港口主樞紐安全支撐系統(tǒng)的重要組成部分，航標(biāo)助航系統(tǒng)為船舶航行安全提供有力保障.［4］目前，其主要類型有視覺航標(biāo)、無線電航標(biāo)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、AIS和船舶交通服務(wù)(Vessel Traffic Services，VTS)系統(tǒng)等，不同類型的助航系統(tǒng)其助航手段、功能和信息播發(fā)形式也不盡相同.

航標(biāo)助航新體系應(yīng)適應(yīng)e-Navigation 戰(zhàn)略發(fā)展，以船舶助導(dǎo)航實際需求為基本要求，適度考慮前瞻性，布局科學(xué)合理、定位精度高、功能完善、冗余性好，向用戶提供全方位、全時段助航信息服務(wù).航標(biāo)助航新體系結(jié)構(gòu)應(yīng)由視覺航標(biāo)、無線電航標(biāo)、VTS 系統(tǒng)、衛(wèi)星無線電導(dǎo)航系統(tǒng)、AIS 等組成，見圖1.

圖1 綜合助航體系架構(gòu)示意圖

2 綜合助航信息服務(wù)系統(tǒng)

助航信息是船舶安全航行的重要保障.近年來，國際社會對航海安全要求日益提高，不斷強調(diào)提高助航信息服務(wù)水平，以增強海上交通的安全和效率.目前，航海人員關(guān)心的信息和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出助導(dǎo)航設(shè)施本身，幾乎擴(kuò)大到與航行安全和助導(dǎo)航有關(guān)的各種因素，這就需要將一系列有助于航行安全的信息通過一個平臺進(jìn)行管理并提供給船舶，從而提高航海安全保障的服務(wù)水平［5］.

電子、通信、計算機(jī)等技術(shù)被廣泛應(yīng)用于助導(dǎo)航領(lǐng)域，為實現(xiàn)新型的綜合助航信息服務(wù)系統(tǒng)提供技術(shù)基礎(chǔ).綜合助航信息服務(wù)系統(tǒng)的主要服務(wù)功能包括航標(biāo)監(jiān)測、航標(biāo)數(shù)據(jù)查詢、AIS 船舶動態(tài)信息查詢、航標(biāo)動態(tài)信息發(fā)布和安全助航信息播發(fā)等.［6］

本研究開發(fā)的綜合助航信息服務(wù)系統(tǒng)以Web-ECDIS 平臺為基礎(chǔ)，整合航標(biāo)遙測數(shù)據(jù)、AIS 數(shù)據(jù)，通過AIS 網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)向海區(qū)船舶發(fā)布航標(biāo)動態(tài)信息及相關(guān)安全信息以保證船舶航行安全.

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)包括航標(biāo)遙測遙控子系統(tǒng)、Web-ECDIS 助航信息平臺以及AIS 助航信息發(fā)布子系統(tǒng)，系統(tǒng)組成見圖2.

圖2 系統(tǒng)組成框圖

航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)包括采用GSM/GPRS 的航標(biāo)測控系統(tǒng)和基于AIS 的航標(biāo)監(jiān)測系統(tǒng).助航信息平臺在網(wǎng)絡(luò)電子海圖基礎(chǔ)上顯示AIS 船舶及航標(biāo)等助航信息.同時助航管理部門可利用該平臺通過AIS 基站播發(fā)AIS 航標(biāo)助航信息及航標(biāo)動態(tài)信息.

2.2 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)實現(xiàn)航標(biāo)實時動態(tài)信息、電子海圖信息、AIS 船舶信息的顯示(見圖3);實現(xiàn)AIS 安全信息(電文12和14)、AIS 適用專用電文(電文6和8)及AIS 仿真航標(biāo)、虛擬航標(biāo)(電文21)的播發(fā)功能(見圖4～6).用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對該系統(tǒng)的訪問.系統(tǒng)主要提供以下幾類助航信息實時服務(wù)功能:(1)各種比例尺轄區(qū)電子海圖信息服務(wù);(2)動態(tài)航標(biāo)信息服務(wù);(3)港口水文氣象、航行環(huán)境信息服務(wù);(4)AIS 信息服務(wù).

2.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 航標(biāo)助航信息WebGIS 平臺

該平臺的目標(biāo)是:實現(xiàn)AIS 電文在線實時發(fā)送、審核;可監(jiān)測實時AIS 船舶和實時水文信息，支持高并發(fā)、多用戶同時在線的強大服務(wù);具有高穩(wěn)定性、安全性和健壯性的服務(wù)平臺;能以基于Geobeans 的電子海圖引擎為核心技術(shù)進(jìn)行多種操作.平臺由用戶前臺模塊、后臺管理終端模塊、MS SQL SERVER數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、IIS 的Web Application 服務(wù)器、信息平臺中心主模塊等組成，其框架見圖7.

圖7 平臺框架

2.3.2 基于AIS 的助航信息服務(wù)技術(shù)

鑒于AIS 的助航應(yīng)用需求，本項目研發(fā)AIS 基站前端通信機(jī)、綜合服務(wù)器、AIS 信息中文顯示終端、AIS 航標(biāo)RTU，實現(xiàn)AIS 助航信息的播發(fā)、接收和顯示及基于AIS 的航標(biāo)監(jiān)測等技術(shù).

AIS 前端通信機(jī)接收、解析AIS 基站輸出數(shù)據(jù)，并將其傳送至綜合服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，其通信方式為TCP/IP;同時對服務(wù)器傳來的電文組包后發(fā)送到AIS 基站發(fā)射，其通信方式為串口或TCP/IP，協(xié)議采用國際電工委員會制定的海上導(dǎo)航及無線電通信設(shè)備與系統(tǒng)數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)(IEC61162).［7］AIS 服務(wù)器提供數(shù)據(jù)庫與AIS 前端通信機(jī)之間及與WebGIS平臺的通信和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù).AIS 數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)AIS數(shù)據(jù)存儲管理.

系統(tǒng)利用AIS 電文6，8，12，14，21 進(jìn)行助航信息的播發(fā)(包括仿真航標(biāo)、虛擬航標(biāo)).發(fā)布的二進(jìn)制電文6和8 及航標(biāo)報告電文21 的信息見表1，其設(shè)計流程見圖8.

圖8 AIS 助航信息播發(fā)設(shè)計流程

表1 發(fā)布的二進(jìn)制電文及航標(biāo)報告電文信息種類

3 結(jié)束語

目前，國家海事部門已建立覆蓋我國沿海海區(qū)和內(nèi)河的AIS 基站系統(tǒng)，正在推進(jìn)航標(biāo)遙測遙控系統(tǒng)的建設(shè)，這都為新型航標(biāo)助航體系建設(shè)奠定基礎(chǔ)，但AIS 二進(jìn)制電文的助航應(yīng)用還未開展.本研究在e-Navigation戰(zhàn)略技術(shù)框架下，依托AIS，ECDIS，互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)綜合助航信息系統(tǒng)，對海上助航體系開展創(chuàng)新性研究工作，其成果將為海上新型助航體系建設(shè)及AIS 二進(jìn)制電文的助航應(yīng)用提供技術(shù)支持.今后還將根據(jù)IMO“AIS 二進(jìn)制電文應(yīng)用導(dǎo)則”(SN.1/Circ.289)［8］，進(jìn)一步研究開發(fā)相關(guān)應(yīng)用技術(shù).

［1］IMO NAV 53/13.Report of correspondence group on e-Navigation strategy［S］.2007.7.

［2］IALA Recommendation A-126 the use of Automatic Identification System(AIS)in marine aids to navigation services［S］.4th ed.2008-12.

［3］杜志秀，張壽桂，彭國均，等.航標(biāo)助航信息發(fā)布系統(tǒng)［J］.上海海事大學(xué)學(xué)報，2011，32(1):35-39.

［4］項鷺.一站式航標(biāo)信息管理與服務(wù)在航標(biāo)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.上海海事大學(xué)學(xué)報，2006，27(1):26-29.

［5］張杏谷，彭國均，魏武財.海上助航信息共享系統(tǒng)［J］.上海海事大學(xué)學(xué)報，2008，29(2):7-10.

［6］ZHANG Xinggu，XIANG Lu，PENG Guojun，et al.Researches on the new system of aids to navigation［C］// IEEE/ION PLANS.Indian Wells，CA，USA，2010:146-150.

［7］IEC61162 Maritime navigation and radio communication equipment and system digital interfaces［S］.1.1th ed.2010-11.

［8］IMO SN/Circ.289.Guidance of the application of AIS binary messages［S］.2010.