基于多種技術的海上應急電子示位標系統的研究

隋永舉 肖悅 交通運輸部南海航海保障中心廣州航標處

1.引言

電子示位標系統主要用于遠海浮動障礙物的跟蹤和監控，保障船舶航行安全。在缺乏相關水文資料時，模擬沉船、集裝箱等障礙物在水中狀態下的漂流，通過北斗通訊和AMRD（海上自主無線電臺)技術可以讓現場監管力量跟蹤并得出漂流位置，后臺利用電子圍欄系統及電子海圖系統，預警過往船舶，避讓危險水域，并為下一步打撈工作提供可靠的科學依據。

2020年9月29日“億瑞3286”輪在陽江海陵島以南水域沉沒，沉船嚴重影響了水域航行安全，在設置沉船示位標后。10月2日早上，發現“億瑞3286”沉船發生漂移，由于水文條件復雜，對正移位的“億瑞3286”沉船漂流方向及路徑難以實時掌握，對船舶航行安全以及后面的掃測、打撈等工作帶來一定的困難。針對這些問題，促使開發一款前端基于AMRD和北斗通信技術的海上應急電子示位標系統，通過當前我國已經成功建立的北斗全球高精度定位系統，利用北斗衛星系統的短報文通訊能力，實現海洋上洋流漂浮軌跡追蹤，通過近距離的海上自主無線電臺實時跟蹤，最終將數據通過電子圍欄系統實時對外發布，預警過往船舶。

2.電子示位標系統設計

電子示位標系統由電子示位標、海事局指揮中心的專用監控系統組成。

2.1 電子示位標

電子示位標主要內容概括為構建一個基于北斗和AIS設備的海上障礙物應急跟蹤網絡，通過設計一款集北斗和AIS功能于一體的電子示位標，并通過該示位標發送位置信息到后臺的北斗接收機以及AIS系統。

電子示位標主要包括漂流標浮筒載體、AIS模塊、北斗通信定位模塊、電源模塊、電池模塊以及燈器模塊等；電子示位標主要設計采用小型化浮筒作為漂流標的基礎結構，通過在電子示位標上安裝北斗+AIS一體化的追蹤模塊，采用低功耗設計，發射漂流標位置信息到海事局指揮中心，追蹤模塊主要包括數字基帶系統、高頻調制器、功率放大器及電源管理系統，數字基帶系統與北斗天線連接，并通過高頻調制器、功率放大器與AIS天線連接，電池通過電源管理模塊分別為數字基帶系統、高頻調制器和功率放大器供電；電子示位標通過蓄電池進行供電，設計連續工作時間不低于10天；同時設備還會設計安裝一個燈器，在夜晚的時候可以發射白光，方便用戶近距離尋找電子示位標。

電子示位標設計一個具有遠距離漂移能力的海上浮動漂流示位標，通過特有的系碇系統固定在浮動障礙物上，然后以電子示位標為基礎，設計專門的北斗定位、上報模塊和AIS系統模塊，通過在遠距離向海事局指揮中心自動定時發送北斗短報文，報文主要內容為標準AIS語句當中的航標報文21號報文，通過解析后可以實時存儲保存電子示位標的浮動軌跡以及電子示位標的電壓電流狀態等信息，實現設備的遠程監控能力。當設備的電壓電流狀態開始下降的時候，海上監管船舶可以及時靠近漂流標，通過船舶自身的AIS設備來搜尋到電子示位標，并靠近回收目標漂流標，電子示位標安裝的AIS模塊發射功率可保證5海里內被船舶AIS探測到，并且漂流標設計有燈具，在夜晚更容易被目標船舶識別到，具有全天候可搜尋的能力。

2.2 海事局指揮中心的專用監控系統

海事局指揮中心的專用監控系統主要包括北斗短報文接收終端、電子圍欄系統及電子海圖加顯示控制終端、VHF基站等。

通過在海事局指揮中心的電子圍欄系統及配套電子海圖軟件，用來解析電子示位標發出的北斗短信，通過解析短信內容將示位標的位置信息存儲到配套電子海圖系統中去，并通過電子海圖軟件進行位置軌跡的回放顯示，方便用戶遠距離查看目標位置以及漂移軌跡等信息，并對船舶信息進行實時分析，分析浮動障礙物的可能運行軌跡進行預判，然后通過系統進行VHF語音文本內容的自動加工，接著由網絡傳輸給VHF基站設備進行發射，對附近的船舶進行語音廣播，通知船舶駛離監控水域。

海事局指揮中心專用監控系統主要包括兩部分內容，其一是顯示漂流標軌跡信息專用的解析存儲加顯示系統，通過解析北斗報文，存儲漂流標的位置信息，形成軌跡后通過顯示系統進行顯示，方便用戶查看漂流標實時狀態；其二是安裝一臺北斗接收機設備，通過固定的北斗SIM卡來接收漂流標發送的北斗短報文，并將接收到的報文信息發送給解析終端。系統同時還會利用現有的船舶AIS系統來接收設備發出的AIS信息，通過實時解析AIS信息并利用船舶現有的ECDIS等系統進行實時展示，方便船舶快速查找目標漂流標；其三是有VHF基站將系統解析后信息進行VHF語音文本內容的自動加工，接著由網絡傳輸給VHF基站設備進行發射，對附近的船舶進行語音廣播，通知船舶駛離監控水域。

圖1 電子示位標系統

圖2 系統通訊結構圖

3.系統通信原理

通過接入北斗定位模塊，獲取基點定位浮標和漂流標自身實時經緯度信息后，按照AIS報文MSG 21編碼格式，對定位信息如經緯度坐標、漂移速度和方向以及浮標本身的信息如搜尋基點、漂流開始時間等同打包成為AIS報文，首先將報文系統通過北斗短報文的形式實時向海事局指揮中心的北斗接收設備上報，同時通過AIS所在VHF頻段廣播AIS報文。系統通訊結構見圖2。

4.結束語

隨著交通強國戰略的實施，海上航行安全保障工作就顯得尤為重要，本文基于北斗和AIS技術設計了一種電子示位標，滿足海上浮動障礙物監管的需要，并且研究的內容具有非常廣闊的應用前景。采用成熟的北斗以及AIS技術，設備更加穩定，解決在未知海域浮動障礙物實時監管的難題，降低了成本，海上監管能具有更強的方向性以及目的性。