船舶導航網絡通信技術要點分析

摘要：文章以船舶導航通信為研究對象，闡釋船舶導航的技術內涵，梳理船舶導航的技術特點，制定可行的通信網絡方案，融合GPS、CAN、AIS等各類技術，建立通信網絡體系，增強船舶導航通信的整體效果，發揮船舶導航技術優勢；從智能系統、精巧裝備、綜合功能、信息集成各方面，逐一探討該技術未來發展的側重點，以期助力航運事業發展。

關鍵詞：船舶；導航；通信

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.05.026

中圖分類號：TP 96，U 675.7" " " " " " " "文獻標示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）05-00-03

Abstract： This article takes ship navigation and communication as the research object， explains the technical connotation of ship navigation， sorts out the technical characteristics of ship navigation， formulates feasible communication network schemes， integrates various technologies such as GPS， CAN， AIS， and establishes a communication network system， enhances the overall effect of ship navigation and communication， and brings into play the technical advantages of ship navigation; From the aspects of intelligent systems， exquisite equipment， comprehensive functions， and information integration， this paper discusses the key points of future development of technology one by one， with a view to assisting the development of the shipping industry.

Key words： ship; navigation; signal communication

船舶航行中使用導航系統，能夠明確船向，合理規劃船舶運行路徑，有助于完成各類水上運輸任務。為此，需要大力開發導航系統功能，積極利用各類技術，滿足船舶導航通信的需求，制定完整的導航通信方案，高效傳輸導航通信信息傳輸。

1" 船舶通信技術概述

1.1 技術內涵

船舶通信傳輸的內容具體有語音類、聲波類等多種類型的信息。通信技術是對傳輸內容進行數據分析、信號濾波、解碼處理，利用網絡將處理后的信息傳輸至接收目標處。當前，通信技術服務于各個行業，包括工業生產活動、車輛運輸等。在船舶航行中，使用通信網絡進行信息傳輸，主要利用海上船舶的各類動態數據，比如風向、溫度等，綜合獲取船舶的運行情況。在使用船舶導航技術時，主要借助無線電判斷船舶位置，以地形信息作為參考，準確推定船舶位置，能夠保障定位信息的通信質量[1]。

1.2 技術實踐

船舶導航技術能夠快速獲取運行中的船舶位置，動態給出更合適的航行路徑，具有較強的航海運輸支持作用，能夠減少海上運輸風險。導航通信技術的功能綜合性較強，成功融合了各類通信技術，能夠從多個角度提供通信支持，確保船舶運輸安全。將導航通信技術應用于航海體系中，主要借助無線設備，進行海上導航通信。海面區域具有空間大、環境空闊的特點，通信內容有“即時性傳輸”“國際翻譯”等要求，由此增加了海上通信的難度。海上通信主要借助于衛星、短波，以此確保信息傳輸效果。海上信息通信表現出地理環境的特殊性，導航通信功能的實現，需要多點通信覆蓋、相應設計通信設施，相應提高了海上導航通信體系建設的困難性。為此，需布設多個通信點，形成集成程度較高的通信體系，便于船舶管理人員及時獲取海面各處信息，科學應對海面水運險情。

例如，2022年9月，國內研發出最新的導航通信平臺應用于船舶運輸領域。第一階段試用期間，導航通信平臺表現出導航信息精度高、水上交通警示及時、綜合服務全面等技術特點。此平臺接入掌上App移動應用，便于船舶管理者自行查看導航通信內容。系統依據船舶實時運行情況、航行目標地等信息，自主選出最優航線，管理者可選擇App中的航線任意點，查看“航道水深”“航標數據”等內容，實時掌握船舶運行的“地理位置”“航行方向”“航行速度”等數據，展現出導航通信平臺具有較強的航行管理決策支持功能。

2" 船舶通信技術要點

2.1 技術用法

2.1.1 制定通信網絡方案

構建船舶通信網絡時，主要利用RS-422A型的傳輸端口，建立各組設備之間的信息通信，以此完成遠程通信，確保信息傳輸質量。CAN總線技術具有一對多的信息傳輸優勢，可創建多樣性船舶通信體系，打造海面全域型的通信網絡。CAN技術能夠保證通信信號的平穩性，在不改變總線布局情況下，高效應對多節點通信傳輸問題，以此減少通信沖突，提高信息傳輸質量。利用CAN技術，可構建適應性較強、通信速度較快的信息傳輸體系，自由組配成多種傳輸方案，適應于各類船舶，增強各類船舶設備的通信能力，以此建立通信順暢的導航體系。

2.1.2 建立通信網絡

以CAN技術為支持，結合網絡技術，組建通信網絡，能夠有效滿足船舶通信的各類需求。在建立通信路徑時以CAN網絡為主體，將CAN網絡與各類導航設備進行通信連接，利用監視器、數字信息、網絡技術，提供完整的通信保障，成功實現單口通信，減少通信故障，使通信網絡擁有較強的通信能力。CAN網絡采取雙環冗余結構方案，有效連接各類單獨設備，能夠完整存儲多種通信數據[2]。

2.1.3 完善技術體系

導航系統具有功能綜合性、技術整體性等特點，通信網絡是其中的關鍵技術。在改進導航系統時，需從系統整體布局、功能需求各個方面，給出頂層設計方案，以此增強導航系統的實用性。優化通信網絡結構后，相應更新導航設備的功能，提高導航應用的性能。比如，當優化通信功能時，選用CAN網絡，替代初期串口，相應更新設備、傳輸端口的功能，以此順應CAN通信的各項要求。在串口保留的情況下，可添加一組轉換器，將串口信息與CAN通信網絡相互連接，進行信息交互，以此增強導航設備與通信體系的適應性，確保導航通信質量。實踐中，使用轉換器后，增加了信息互換過程用時，使導航系統負載提高，甚至存在一定安全問題。具體原因如下：轉換設備的使用，能夠有效傳輸串口信息，弱化了CAN的通信優勢，令船舶通信過程變得更為復雜，形成較多的信息傳輸沖突問題，由此降低了通信信息傳輸的整體速度；添加轉換設備后，并未建立通信共享體系，削弱了導航通信網絡功能。為此，應去除串口，全部使用CAN建立船舶導航通信體系，結合“網絡技術”“計程儀”等設施，綜合展現CAN多點通信的技術優勢，建立海面大范圍的通信共享體系。

2.2 融合各類網絡通信適用技術

2.2.1 GPS技術

GPS技術能夠全天24小時回傳船舶定位信息，是船舶導航通信的關鍵技術，用于指導中遠航線運行。各類船舶上均配置了GPS系統，便于船舶管理者有效獲取海面航行的導航信息。將GPS技術用于導航體系中，其技術優勢如下：GPS技術與羅盤、ARPA等各類通信設施的互聯性較好，能夠自主采集船舶運行的實時信息；GPS技術能夠動態反饋船舶位置信息，明確給出各時段的船舶位置，信息準確性較高，具有動態獲取船舶位置信息的技術優勢。GPS用于船舶導航中，可開發出多種技術服務項目，比如“風險警報”“偏航提示”“時間提醒”“到達目的地提示”等；船舶管理者在任意位置、任意時間，均可利用GPS技術，動態、精準地獲取船舶位置信息，不受地理位置、天氣變化的干擾。船舶管理者可依據運輸需求，利用GPS導航技術，在線制定航行路線，標記航路點位，制定更安全、更快捷的船舶運輸決策。

2.2.2 CAN總線技術

CAN技術是以一種控制方式，建立多層次的網絡通信體系，可保證數據傳輸的平穩性。CAN技術內置芯片具有可編譯功能，聯合邏輯線路，能夠組合成多樣性的通信體系，順應各類船舶通信傳輸需求。當前，將CAN技術融合于船舶導航通信體系后，主要使用兩組控制設備、一組驅動設備。其中，控制設備用于初始化處理傳輸數據，使通信傳輸更為便捷。在控制設備運行期間，局域網絡可能會產生一定的信號干擾，致使出現“信息不完整”“數據缺失”等傳輸問題。為此，在建立通信網絡體系時，可在控制、驅動兩種設備之間，添加高速光耦，以此消除信號干擾問題，提高各類設備信息傳輸的質量。

2.2.3 GIS及雷達技術

GIS技術主要利用地理信息反饋空間狀態，能夠有效獲取目標地點的各類地理信息，且擁有網頁服務平臺、數據存儲單元等功能。將GIS技術融合于船舶導航體系，可利用海域地理信息，綜合判斷船舶位置，以此提高船舶定位、海域風險預判的精確性。雷達技術是發展船舶導航通信的重要條件。將雷達技術用于船舶導航體系時，融合了天線、信息傳輸設備、監控程序等多種技術，能夠有效接收、傳送船舶信息。

2.2.4 AIS技術

AIS技術的智能性較高，能夠自主識別船舶位置，以數字化信息形式，準確反饋船舶與海岸的各類信息，比如直線距離、航跡路線、船舶位置等。采取“RNS+AIS”的聯合方案，能夠獲取更全面、更多樣的船舶導航信息。借助GPS數據估算航行方向是利用兩個連續時間點的地理信息差值，測定航向角度。

2.2.5 融合技術

以羅經導航技術為基礎，聯合“數控平臺”“電子海圖”“航跡儀”“計程儀”等多個通信網絡測量設備，給出最優信號估算過程，處理復合信號，能夠控制“復合型”與“真實”兩種信號之間的誤差，有效弱化真實信號中的干擾因素，增強真實信號的通信質量。多種技術聯合的方案，能夠有效消除重復測量問題，使樣本數據更具參考性，高效排除樣本“野值”的干擾作用。聯合技術方案中成功融合了“聚類檢測”“偏差分析”“概率預測”等多種技術，能夠有效消除環境噪聲，增強信息獲取的準確性，及時給出航向糾偏方案，有效消除異常、無效的通信數據，具有較強的導航決策支持功能[3]。

2.3 船舶通信技術創新研發的側重點

2.3.1 智能系統

未來船舶導航通信的創新工作應以數字通信、智能管理為方向，提高船舶信息傳輸的質量，增強信息傳輸的平穩性。可從航行角度、航線預測、船舶位置、預計運行用時等多個方面，給出航行預測結果，便于管理者做出更合適、更準確的航行決策。智能技術融合期間，可利用“超導”“納米”等先進技術，優化船舶導航通信體系。

2.3.2 精巧裝備

船舶導航通信設備的未來發展，應以“精細”“小巧”為目標，使其設備體積小巧、數據傳輸精度高、更易于操作、節能輕便。比如，芯片級原子鐘的外形尺寸約等于初期鐘大小的1%，實物僅有15 cm3，能耗量相比初期鐘面減少了90%，顯示數據的精度更高。沿用此技術思想，應當設法使船舶導航通信設備、各個組件更為精巧，增強配件的精密性，獲取更具時效性、更為精確的導航信息。

2.3.3 綜合功能

在信息技術背景下，船舶通信導航體系發展應以數字傳輸為技術核心，制定標準的信息傳輸協議；采取模塊式、單元式高效傳輸信息方法，持續完善船舶通信導航的功能。在導航通信網絡中，使用計算機有效連接各處的導航設備，在同一信息展示框內集成各類信息，便于管理者全面獲取船舶各處的導航通信內容，以此防范人為失誤，規避重復等傳輸問題，提升通信順暢性，合理消除通信故障。

2.3.4 信息集成

利用各網傳輸優勢，增強船舶導航網絡性能，使船舶導航擁有較強的通信能力，能夠在短時間內高效集成各類導航數據，快速分享給目標用戶。合理引入“云計算”“智能地球”先進技術，讓船舶導航通信獲取更廣闊的技術升級空間。以高集成、可移動為方向，進行技術創新，切實保證導航通信數據的傳輸能力。

2.4 船舶導航通信的實踐應用

“水上高德”軟件成功融合了多種導航通信技術，能夠實時播報、調整、優化航行路線，給出航行防碰撞警示，切實增強了國內航運導航通信技術的整體服務能力。此系統整合了試運行區域內的河道、航線電子地圖等各項資料，覆蓋了試運行地區內的航道網絡。增設北斗地基，以此強化通信信號，便于管理者全面獲取更為精確的船舶位置信息。創建船舶導航通信共享的移動終端，便于船舶管理者實時獲取海運參數。航行者可選擇更優的航行路徑，準確控制航行時間，及時調整運行方向[4]。

3" 結束語

綜上所述，將通信導航技術用于船舶航行中，作為航運決策的關鍵支持技術，在航線規劃、航向糾偏等方面表現出重要作用。實踐中，需明確航行路線，創建功能全面的通信網絡，以保證船舶通信的順暢性，確保航行安全。在通信導航技術應用中，需融合GPS、AIS等多種技術，以獲取更精確的通信數據，助力航運事業發展。

參考文獻

[1] 謝鵬．船舶通信導航技術及其發展研究[J]．船舶物資與市場，2022（10）：16-18.

[2] 張寧，韓冰，張赟．北斗定位在船舶導航通信系統的應用[J]．現代工業經濟和信息化，2022（3）：165-166，181.

[3] 徐忠根，蔣琳．認知無線電網絡中船舶導航系統網絡通信技術研究[J]．艦船科學技術，2020（22）：94-96.

[4] 王宇桐．船舶導航網絡通信技術的研究[J]．科技風，2018（34）：82.