淺析AIS虛擬航標(biāo)在復(fù)雜航道中的應(yīng)用

陳玉立 田亮

摘 要：我國AIS系統(tǒng)建設(shè)日趨完善標(biāo)志著我國航海虛擬航標(biāo)技術(shù)的應(yīng)用價值得到了全面的凸顯，其中應(yīng)用于港珠澳大橋的AIS系統(tǒng)將會發(fā)揮重要作用。本文將以我國現(xiàn)已建成投入使用的AIS系統(tǒng)作為研究重點(diǎn)，討論現(xiàn)代航海技術(shù)當(dāng)中虛擬航標(biāo)的應(yīng)用方法，并結(jié)合復(fù)雜航道下虛擬航標(biāo)應(yīng)用技術(shù)，構(gòu)建現(xiàn)代化的AIS系統(tǒng)應(yīng)用場景。

關(guān)鍵詞：航海 AIS系統(tǒng) 虛擬航標(biāo) 復(fù)雜航道

AIS虛擬航標(biāo)技術(shù)是基于岸基和船載兩個方面的系統(tǒng)進(jìn)行虛擬通訊，其中AIS基站通過發(fā)送無物理實(shí)體信息，進(jìn)行助航標(biāo)識信息的傳遞。船載系統(tǒng)則根據(jù)電子海圖進(jìn)行信息現(xiàn)實(shí)，從而完成航行導(dǎo)航。相較于以往所采用的GPS衛(wèi)星定位，AIS虛擬航標(biāo)技術(shù)擺脫了對于衛(wèi)星的依賴，可以不受空間、時間以及氣候的影響，同時浮標(biāo)發(fā)射避免了差分校正，位置更加精確。

1.AIS虛擬航標(biāo)的制定

1.1傳統(tǒng)AIS虛擬航標(biāo)的應(yīng)用情況

南海航海保障中心在近年來的AIS系統(tǒng)建設(shè)當(dāng)中取得了突出的成績。

港珠澳大橋開工建設(shè)以來，南海航海保障中心主動服務(wù)，AIS虛擬航標(biāo)也開啟了保障港珠澳大橋施工船舶安全的服務(wù)之旅。所有參與施工的船舶和交通船舶全部安裝了AIS設(shè)備，港珠澳大橋建設(shè)指揮部免費(fèi)獲得所有施工水運(yùn)船舶第一手的AIS相關(guān)數(shù)據(jù)，通過利用虛擬航標(biāo)在AIS電子海圖上對施工軸線相關(guān)水域設(shè)定大橋建設(shè)管理區(qū)，將內(nèi)伶仃島至桂山島之間南北向長約10海里的水域進(jìn)行AIS自動化動態(tài)監(jiān)控。除了大橋施工方對船舶的動態(tài)監(jiān)控，AIS虛擬航標(biāo)也為沉管浮運(yùn)提供了幫助。每次沉管浮運(yùn)前、后，航道的航標(biāo)都要動一次。沉管的寬度，加上兩邊拖輪，占據(jù)了整個航寬，原來的實(shí)體航標(biāo)反而成了礙航物。每到這時，AIS虛擬航標(biāo)就代替實(shí)體航標(biāo)在電子海圖上進(jìn)行標(biāo)識，保障船舶安全航行。

1.2新時期的虛擬航標(biāo)設(shè)置方法

2011年國際海圖章規(guī)出版了關(guān)于AIS航標(biāo)的新規(guī)定，在規(guī)定當(dāng)中明確了AIS航標(biāo)所采用的固定航標(biāo)標(biāo)記方式應(yīng)當(dāng)為紫色圓圈與“AIS”字樣，其中紫色圓圈中心所出現(xiàn)的黑色小圓圈，則可以表示實(shí)際的航標(biāo)位置。為了能夠使航標(biāo)規(guī)范與現(xiàn)代航海要求下的虛擬航標(biāo)設(shè)置相互結(jié)合，現(xiàn)代統(tǒng)一規(guī)范化AIS航標(biāo)可以結(jié)合航標(biāo)對象特點(diǎn)進(jìn)行圖形重繪，以此實(shí)現(xiàn)航標(biāo)信息表示內(nèi)容容量的有效提升。例如在航標(biāo)表示當(dāng)中，不同的工作狀態(tài)和實(shí)時位置可以借助ECDIS系統(tǒng)進(jìn)行獲取，因此通過固定航標(biāo)和浮動航標(biāo)兩種航標(biāo)類型，就可以模擬航行線路當(dāng)中不同燈樁、燈船的實(shí)時狀態(tài)。

2.復(fù)雜航道環(huán)境對于虛擬航標(biāo)設(shè)計(jì)提出的要求

2.1識別困難

相比于傳統(tǒng)實(shí)體航標(biāo)，虛擬航標(biāo)在航行過程中并不具備與航道內(nèi)部環(huán)境相互對應(yīng)的實(shí)體，因此在識別方面，AIS虛擬航標(biāo)需要采用與之相配套的ECDIS系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行內(nèi)容識別。由于部分小型航船并沒有配備這一系統(tǒng)設(shè)備，導(dǎo)致其在航行過程中容易因無法識別目標(biāo)導(dǎo)致其難以進(jìn)入到指定航行位置，最終影響正常航行。

2.2岸基影響

在復(fù)雜航道當(dāng)中航行時，船舶的AIS系統(tǒng)則需要完全依賴岸基網(wǎng)絡(luò)完成航行指揮，因此一旦岸基網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)波動，就會造成航船無法明確航行道路，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重后果。例如在2017年年初，上海海事局管理站的管理人員在巡查過程中發(fā)現(xiàn)，長江口航標(biāo)管理當(dāng)中，存在兩臺虛擬航標(biāo)位置播發(fā)錯誤，這一錯誤問題直接造成對于航船航行過程的誤導(dǎo)，最終可能導(dǎo)致航船失去航標(biāo)指示，發(fā)生嚴(yán)重危難。

2.3預(yù)約時隙沖突問題嚴(yán)重

除了以上兩個方面的問題，筆者還發(fā)現(xiàn)，在AIS虛擬航標(biāo)的使用過程中，還存在較為嚴(yán)重的時隙沖突和時隙擁堵問題。以往國內(nèi)所采用的AIS虛擬航標(biāo)系統(tǒng)建設(shè)在通訊方面選用時分多址TDMA協(xié)議，這種協(xié)議能夠保證信息傳輸?shù)乃俾屎驼鎸?shí)性，但是協(xié)議本身仍然存在部分限制。在相對復(fù)雜的航道當(dāng)中，航船密度的不斷增加就會導(dǎo)致協(xié)議通信所采用的通道資源受到大量占用，此時時隙資源的不足就會產(chǎn)生嚴(yán)重的擁堵，最終造成數(shù)據(jù)丟失。在以往的海事管理事件當(dāng)中，由于時隙沖突所引發(fā)的信息靜態(tài)問題十分普遍。造成這一現(xiàn)象的原因除了筆者總結(jié)的通信協(xié)議無法實(shí)現(xiàn)高負(fù)載之外，也存在部分航船私自進(jìn)行船臺調(diào)整這一原因。筆者發(fā)現(xiàn)，在長江口的航船當(dāng)中，部分航船私自安裝了不規(guī)范船臺classB，這種船臺能夠調(diào)高發(fā)射頻率，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的時隙沖突，引發(fā)通信不暢等問題。一些不進(jìn)行預(yù)約的時隙廣播集中出現(xiàn)在復(fù)雜航道當(dāng)中，致使原本應(yīng)用于航船上的AIS虛擬航標(biāo)無法真實(shí)發(fā)揮作用。

3.基于復(fù)雜航道下的AIS虛擬航標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建策略

3.1組建新型虛擬航標(biāo)網(wǎng)絡(luò)框架

網(wǎng)絡(luò)框架的重新建設(shè)和調(diào)整，能夠幫助AIS系統(tǒng)在復(fù)雜航道當(dāng)中仍然能夠發(fā)揮作用，避免因系統(tǒng)識別能力不足所造成的航標(biāo)缺失，影響航船在復(fù)雜航道當(dāng)中的運(yùn)行能力。本文在結(jié)合了以往AIS系統(tǒng)研究應(yīng)用成果后，提出了基于岸基廣播的架構(gòu)調(diào)整，架構(gòu)當(dāng)中，需要重新設(shè)定航船船臺，來保證ECDIS系統(tǒng)設(shè)備能夠充分發(fā)揮識別作用，AIS船臺則需要具備較強(qiáng)的解析能力，實(shí)現(xiàn)對于ECDIS信息的解讀，幫助航船在復(fù)雜航道當(dāng)中明確航標(biāo)信息，確定航行線路。

與此同時，在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢之下，傳統(tǒng)ECDIS系統(tǒng)可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢進(jìn)行重新的調(diào)整。傳統(tǒng)的AIS岸基需要借助RFID以及視頻監(jiān)控技術(shù)，組建完善的物聯(lián)網(wǎng)整體，再由移動網(wǎng)絡(luò)，對航船信息、航道信息進(jìn)行處理。移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠避免原有傳輸協(xié)議下傳輸效率不高的問題，航標(biāo)管理中心可以直接借助航船信息的解析，真實(shí)還原具體的航標(biāo)底圖，再由移動網(wǎng)絡(luò)傳遞到航船船臺ECDIS當(dāng)中，最后由ECDIS對傳來的地圖進(jìn)行與原圖的對比分析，完成其在復(fù)雜航道下對于航標(biāo)的準(zhǔn)確判斷。

3.2構(gòu)建海圖工作環(huán)境下的統(tǒng)一航標(biāo)編碼標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)一化的航標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)是對于以往航標(biāo)混亂使用的有效革新，同時也是提高A I S虛擬航標(biāo)應(yīng)用價值的重要舉措。在經(jīng)歷過進(jìn)十年的航標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化改革之后，對于航標(biāo)制定應(yīng)當(dāng)結(jié)合航船、海域以及航標(biāo)編碼等特點(diǎn)，進(jìn)行統(tǒng)一的編制。筆者在對相關(guān)編制規(guī)范進(jìn)行總結(jié)后提出基于微軟平臺推出的MicroStation海圖平臺進(jìn)行編碼設(shè)定的構(gòu)想。在MicroStation海圖平臺當(dāng)中，不同的虛擬航標(biāo)符號可以借助六位編碼的方式，將圖形特點(diǎn)和其所代表的虛擬航標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫儲存。航船在進(jìn)行復(fù)雜航道航行時，可以直接進(jìn)入MicroStation海圖平臺的數(shù)據(jù)庫調(diào)用，并通過對標(biāo)準(zhǔn)化的航標(biāo)編碼進(jìn)行對比，確定虛擬航標(biāo)信息，最終完成航標(biāo)圖形符號的準(zhǔn)確應(yīng)用。在設(shè)定當(dāng)中，可以設(shè)定A IS虛擬專用標(biāo)、A I S虛擬左側(cè)標(biāo)、AIS虛擬右側(cè)標(biāo)的六位編碼信息，并且與其所代表的圖形進(jìn)行意義對應(yīng)。例如AIS虛擬左側(cè)標(biāo)的虛擬航標(biāo)圖形為紫色圓圈與中央點(diǎn)和方塊的組合，編碼設(shè)定為579002，而AIS虛擬右側(cè)標(biāo)的虛擬航標(biāo)圖形則為紫色圓圈與中央點(diǎn)加向上箭頭的組合，設(shè)定編碼為579003。將其統(tǒng)一編寫入虛擬航標(biāo)管理站服務(wù)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，依托復(fù)雜航道的航行環(huán)境與航船需求進(jìn)行調(diào)用，從而滿足航船在復(fù)雜航道當(dāng)中對于精準(zhǔn)化虛擬航標(biāo)的判定要求，提高航行準(zhǔn)確性。

4.結(jié)論

綜上所述，通過對于虛擬航標(biāo)AIS系統(tǒng)框架的調(diào)整以及標(biāo)準(zhǔn)化航標(biāo)編碼的設(shè)置，能夠保證AIS虛擬航標(biāo)在使用當(dāng)中的便捷性和統(tǒng)一性，從而彌補(bǔ)航船在復(fù)雜航道航行過程中存在的航標(biāo)識別能力不足、岸基通信水平不理想等一系列問題。切實(shí)提高AIS系統(tǒng)應(yīng)用價值。

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