長江電子航道圖虛擬航標的類別與顯示研究

鄧良愛 王當利 陳璐

摘 要：近年來，隨著電子技術的發展，電子海圖以及信息顯示系統（Electronic Chart Display and Information System，ECDIS）和長江電子航道圖的廣泛應用，虛擬航標技術取得了突破性進展。本文主要介紹了長江電子航道圖虛擬航標的概念和類別，探討了長江電子航道圖虛擬航標和實體航標的優勢和劣勢， 并參照了目前兩大類虛擬航標顯示符號方案，結合我國虛擬航標顯示方法和長江電子航道圖自身特征，提出一套長江電子航道圖虛擬航標符號顯示方案。

關鍵詞：虛擬航標;數字航道;長江電子航道圖;顯示符號

1 前言

航標是一種在船舶外部設置和運行的設備或系統，能為船舶航行安全提供幫助并在一定程度上提高了船舶交通效率。在傳統的視覺航標系統中，尤其以燈浮、燈塔和燈船等設施實現對航海者的幫助[1]。但是，由于視線、天氣、障礙物、航標故障等因素，航標的助航功能會受到影響。因此，隨著航運的快速發展，我們對航標的助航功能和管理的要求也越來越高。虛擬航標的出現極大地推動了航海技術領域的發展，為船舶導航提供了新的方式。

由于虛擬AIS航標直接在軟件設置，位置精準度高，不需要占用實際航道位置，給駕駛員以輔助信息提示，從而確保船舶順利通往航道水域，取到了較好的導助航效果[2]。目前，虛擬AIS航標已在我國沿海大連、天津、青島等海域及長江口得到了廣泛應用，僅東海海區的虛擬 AIS航標數目已經達到 130多個。我國內河虛擬航標仍處于探索研究階段，為發揮虛擬航標優勢，在我國內河船舶逐步配置AIS收發及顯示設備以及電子航道圖技術不斷發展的基礎上，內河虛擬航標的應用條件已初步具備，相關研究應用需加快開展。

從理論上而言，我們可以將長江干線航道目前存在的虛擬航標分為三種：AIS虛擬航標、基于長江數字航道的虛擬航標——長江電子航道圖虛擬航標和基于長江電子航道圖APP的虛擬航標——電子圍欄。AIS虛擬航標主要用于12.5米深水航道[3]，電子圍欄城陵磯至武漢河段深水推薦航道試運行期間用過，使用較多且最有可能推廣應用的是長江電子航道圖虛擬航標。它是指在電子航道圖中用規定符號標示的、通過電子航道圖數據更新向特定用戶（安裝了該電子航道圖應用終端的用戶）發布的物理上不存在的航標。該虛擬航標以電子航道圖為基礎，相比AIS虛擬航標設置更簡單。2003年，長江航道局啟動了長江電子航道圖的研發工作，至今長江電子航道圖已從1.0版發展到3.0版。根據長江航道局2014年6月發布的《長江電子航道圖系統運行條件下航道維護技術規范》，基于長江電子航道圖的虛擬航標主要適用以下三種情況：

①航道條件發生變化、電子航道圖更新周期內變化的區域;

②進港航道、碼頭前沿等無法布設的實體航標的區域;

③航道內突發事故，不能及時通過實體航標標示的區域。

隨著長江電子航道圖的不斷升級，長江電子航道圖虛擬航標也在逐步投入應用，但目前仍無一個統一的長江電子航道圖虛擬航標分類和顯示規范，加強這方面的研究無疑將有利于其在整個長江干線航道的推廣應用。

2 虛擬航標的概念及特點

2.1虛擬航標的概念

根據國際航標協會（IALA）的定義，虛擬航標是指物理上不存在，由經授權的助航服務提供部門發布能在導航系統中顯示的數字信息物標。它是繼視覺航標、音響航標、無線電航標之后國際航標學會認可的，旨在提升和增強航標管理機關的航標助航服務能力的現代化技術手段。IALA于2010年3月頒布了虛擬航標實施指南（IALA Guideline No.1081），通過對虛擬航標技術的分析，旨在使航海者正確理解虛擬航標技術特性，這為基于長江電子航道圖的虛擬航標的應用提供了重要的理論和實踐依據。

我國沿海多采用AIS發布虛擬航標，應用AIS虛擬航標的目的在于通過下述措施提升助航服務，加強航行安全和提高航運效率：

（1）提供一種在AIS和船用雷達顯示器（與AIS連接）上辨識航標的可靠與全天候的方法;

（2）補充航標現有信號;

（3）發射浮標準確位置;

（4）指示浮標位移;

（5）為船用雷達提供基準點;

（6）為雷達提供補充服務;

（7）標記或勾畫航跡、航路;

（8）標注近海建筑物;

（9）提供氣象、航道路況等數據;

（10）監視航標狀態;跟蹤移位航標;辨識碰撞航標的船舶;實時收集航標狀況;遙控改變航標參數等。

2.2長江電子航道圖虛擬航標與實體航標特點

隨著長江電子航道圖的應用，長江電子航道圖虛擬航標已應用在長江干線中下游重點航段。

其應用范圍主要在以下2個方面：

（1）作為常設標志使用，如錨泊區、警戒區、安全水域等專用標志、通航分道劃分標志以及作為航行標志用于某些不適于設置實體航標的狹窄水域。

（2）作為臨時標志使用，如發生水上交通事故時臨時標示沉船等危險點或避險水域等。

實體航標是指物理上存在，以特定的標志、燈光、聲響或無線電信號等，供船舶確定船位、航向，避離危險，使船舶沿航道或預訂航線安全航行的助航設施。虛擬航標是指物理上不存在，由經授權的助航服務提供部門發布能在導航系統中顯示的數字信息物標。虛擬航標和實體航標都可用來指示航道、供船舶定位、標示危險區、供特殊需要。

虛擬航標與實體航標優劣勢分析如表1 所示。

虛擬航標的應用具有綠色環保、經濟、快捷、可靠、導航精度高和構成實體航標的有效補充等優點。在標示航行條件頻繁變化的動態區域以及設置實體航標不可行或不可能的情況下，虛擬航標作用尤其明顯。例如，在布設常設虛擬航標前，可臨時設置虛擬航標標示航行危險物，及時提醒附近來往船舶。此外，虛擬航標可用于標示航行條件頻繁變化的區域，這些區域需要動態標識。

3 長江電子航道圖虛擬航標種類及其顯示研究

3.1虛擬航標類別

結合虛擬航標在應急標識、界限標識和重要水域等領域的適用性和長江干線航道實際應用需求，根據長江干線航道虛擬航標種類選取原則對現行各類標志逐一分析，提出長江電子航道圖虛擬航標類別，如表2所示。

3.2長江電子航道圖虛擬航標顯示規范分析

3.2.1虛擬航標顯示符號

根據國內外研究現狀分析可知，目前國內外虛擬航標的顯示符號還沒有統一標準，但總體而言海區范圍的虛擬航標顯示符號可分為IHO S-4標準推行的“圓形+圓內頂標符號”和國際海事組織（IMO） 243號指導文件推行的“菱形+菱形外頂標符號”兩大類，其中IMO推行的顯示符號被國際電工委員會（IEC）發布的相關文件采納，而國際水道組織（IHO）推行的顯示符號在型式上與中國、美國、日本等國家提出的顯示方案類似。雖然包圍形狀或線條格式不同，但國內外虛擬航標顯示符號都具有以下特征：

3.2.1.1不同類別的虛擬航標顯示符號中都包含對應實體航標的典型特征表現符號

不同國家或組織提出的顯示方案中，各類虛擬航標顯示符號中都包含對應實體航標中的典型特征符號——頂標符號，通過沿用實體航標典型特征符號，虛擬航標類別和作用更易被理解和掌握。

3.2.1.2虛擬航標以典型特征符號為基礎，增加包圍線條

不同顯示方案中，除丹麥提出在實體航標旁邊加注“V”外，其他方案都認同在航標典型特征符號的基礎上，增加圓形或菱形包圍線條，包圍線條或以典型特征符號為中心，或將典型特征符號置于菱形頂點，或還納入航標標體型式（如日本），外圍線條型式、位置有所不同。

參照國內外海區虛擬航標顯示符號特征，確定長江電子航道圖虛擬航標顯示符號制定原則如下：

須包含對應類別實體航標顯示符號的典型特征符號

可采用虛線圓形或菱形與特征符號進行組合

尺寸顏色等要求以長江電子航道圖顯示標準為準，兼顧國際、國內海區航標相關要求

根據以上原則，參照目前兩大類虛擬航標顯示符號方案，結合我國虛擬航標顯示方法和長江電子航道圖自身特征，提出一套長江電子航道圖虛擬航標符號顯示方案。

3.2.2 長江電子航道圖虛擬航標符號顯示方案

本方案參照IHO S-4標準推行的“圓形+圓內頂標符號”顯示方法，沿用我國海區虛擬航標虛線圓形包圍圈型式，采用虛線圓形與原有實體航標顯示符號相組合的顯示方法。本方案通過相似表達形式可有效銜接我國海區和內河虛擬航標，有利于江海直達船舶的理解。本方案顯示要求具體有：

（1）長江電子航道圖虛擬航標符號由外圍圓、虛擬航標類型標識以及應用設置方法標識組成。外圍圓符號顏色采用品紅色，類型標識符號與實物航標符號顏色一致。

（2）長江電子航道圖虛擬航標符號外圍圓中心位置為原實體航標類型標識外接矩形的中心，外圍圓半徑為6mm;

（3）長江電子航道圖虛擬航標類型標識與對應類型實體航標符號標識型式、尺寸相同，虛擬航標類型標識位于外圍圓內部;

（4）如果需進一步強調該航標為虛擬航標，可以在外圍圓旁邊加以文字性說明。目前推薦使用“V”來加以說明，V表示虛擬（Virtual）。

（5）關于長江電子航道圖虛擬航標的所有標注的文字方向都應是直體的。

各類長江電子航道圖虛擬航標推薦顯示符號如表3所示。

這種方案提出的虛擬航標顯示符號參照IHO、美國等組織和國家的虛擬航標顯示符號，采用圓形和現有實體航標顯示符號組合的方式。方案保留了原有實體航標顯示符號，只是增加虛線圓圈和說明文字突出其為虛擬航標，較易被內河船員認知。同時采用虛線圓標示虛擬航標也與我國海區虛擬航標標示方法類似，有利于江海直達船舶用戶理解。

4 結束語

虛擬航標技術作為一門綜合多種信息技術手段的新型航標應用技術，是對傳統的視覺航標的有效補充，是現代化航標體系的重要組成部分[4]。目前虛擬航標的應用十分廣泛，虛擬航標大大地降低了實體航標的使用以及維護成本，減少了傳統航標的能源消耗，減少或避免了各種情況的環境污染。虛擬航標并不是為了取代實體航標，也不可能全面取代傳統航標，未來的趨勢應該是由少到多，逐漸占據優勢[5]。

為了推動虛擬航標技術更好地應用于長江干線航道，在保障船舶航行安全的前提下，實現航標的遙測遙控，既可以體現綠色節能的環保精神，又能發揮降低航標建設和維護成本的優勢，應盡快完善虛擬指標的適用范圍、顯示規范、操作流程等，并出臺相關制度和法規標準。隨著船舶電子電氣設備水平的不斷提高以及大量智能航行船舶的出現，最終將形成虛擬航標為主，實體航標為輔的發展趨勢。綜合、系統、全面地開展長江干線虛擬航標的研究可為如何充分發揮長江干線各類航標助航效能，保障船舶航行安全，提供科學的技術支撐。

參考文獻：

[1]王英志譯.國際航標協會助航指南[M].大連海事大學出版社，2003.

[2]林芳.AIS航標的應用及存在問題的探討.珠江水運.2018年（22）：59-60.

[3]李術元.AIS虛擬航標在長江12.5m深水航道中的應用探討[J].中國水運.航道科技，2016（03）：20-23.

[4]林海.基于電子航道圖的虛擬航標系統架構[J].中國水運，2014（03）：46-47.

[5]張鵬.AIS虛擬航標應用探討[A].中國航海學會航標專業委員會沿海航標學組、無線電導航學組、內河導航學組年會暨學術交流會論文集[C].2009，2.