船舶引航中相關信息化技術的實踐與思考

項德強

（上海港引航站，上海 200082）

信息化技術的應用為船舶航運事業做出前所未有的貢獻，受到我國航海領域的高度關注。我國航運雖然應用信息化技術時間較短，但經過不斷的更新完善，在使用效果、執行架構中已具備先進水準。航運事業的發展使我國船舶航行頻率、航運密度實現擴大，但也導致了船舶海損現象的頻發。為了解決這些問題，保障船舶在航行中的安全性，就要使用信息化技術制定自動化的監控系統，實現水上交通管理。有效提高船舶監控能力的同時，還可以實現海上運輸中心管理，提高遇險自救能力。

1 船舶領航信息自動化技術核心

船舶領航信息自動化技術通過無線通信網絡、衛星數據網絡、數字蜂窩移動網絡等技術，確保數據傳播能夠實現精準，解決以往在傳播中出現的信息不同步或信息孤島問題。在GPS 技術的支持下，滿足航運高密度的要求，使航運路線具備高精準性、高安全性。在船舶定位監控系統中，實現動態管理。此外，考慮船舶在航行中出現的潛在隱患以及必須重點關注的細節，信息化技術還可以完成動態監管。如分析定位調度，保障船舶常規管理得到優化，提高航行效率。對于航運領域，之所以大量應用信息化技術替代以往常規的工作流程，皆源于信息化技術具備自動化優勢。與GPS定位系統融合，結構簡單，毋須申請專用頻點，減少資金投入[1]。

此外，對于人員而言，雖然信息化技術使工作環節操作簡單，但精準性不受任何影響，反而有極高優勢。解決以往船舶引航對于工作人員經驗要求較高的局限，覆蓋面廣泛、容量較大[2]。

信息化技術涵蓋多種技術以及設備，并非單純的指某一種技術。因此，從硬件組成分析，以GPS 為例，其監控系統融合了衛星定位技術以及無線數據傳播技術。在船舶引航中，對于即將行駛的水域進行安全判定。如對該區域進行掃描，通過返回的數據構建分析模型，了解其中是否包含潛在隱患。如系統判定該區域有可能出現相關問題，就會及時發出預警，避免后續危險來臨。服務覆蓋面極廣，傳輸速率極高，為船舶領航工作提供便捷性。基于GPS 船舶定位監控系統的原理，其最終目標便是保障船載終端可以GPS 模塊接收定位器信號，通過中央處理器計算后能夠獲取準確的位置信息。這種信息傳遞機制經過調試優化，提前布置完畢。服務器結合數據庫實現高速處理，在數據打包、上傳、接收時，可以實現信息自動化指令的執行。包含緊急功能、行駛功能、管理功能等，完成優化。信息化技術應用監控中心及硬件設施較多，不僅包含相關的服務器，同時也包含了數據信息處理中心、數據庫服務器等。主要完成航行數據的分析、儲存、篩選，保障船舶領航調度符合要求[3]。基于英特爾專線輸出關鍵的數據指標，以高傳輸速度保障預警機制發揮作用。船舶航行時受到自然因素影響，自然環境分析極為重要。數據要求最快傳輸回指揮中心，在遇緊急災情或不可控自然氣候時，可以制定緊急救援方案，降低船舶在航行中遇到風險的幾率[4]。

2 船舶引航中相關信息化技術的實踐

2.1 應用AIS 識別分析系統

應用AIS 識別分析系統，主要包含兩項要素：1.完善現有的調度平臺；2.結合AIS 系統實現船舶領航精準化提升。

在船舶調度平臺完善環節，要保障信息化技術應用發揮最大優勢，使用工作軟件提高工作速度，實現工作架構的更新調整。此外，實現信息化軟件升級，還能夠通過軟件終端生成各項處理方案。在進行軟件優化時，任何時間、任何地點都可以保障船員獲取港口的最新動態情況。包含最重要的氣象條件以及水文地質條件，收集歷年船舶事故高發地點，并制定預警機制。在船舶行駛至該地點時，便會生成建議方案，規避風險，提高船舶港口領航的安全性[5]。

AIS 廣播信息分類兩種，即VDM 和VDO。其中，VDM 是本船收到的其它船舶的信息，而VDO 是船舶自身的廣播信息。VDM 消息和VDO 消息的格式完全相同。VDM 消息可以分解為多條發送。因為VDM 消息的語句長度是有限制的，最大不超過82 個字節。如果壓縮的通訊消息長度太長，那么，VDM 消息必須分解為多條子消息來發送。

分解為多條發送的方法是，將通訊消息拆開到多條語句中。并且將每條消息中的“消息分解總條數”都設置為拆分成的總條數（不超過9 個）。然后依照順序為每條子消息編號，這個編號記錄到“語句序號”中。并且用“連續消息鑒別碼”來指定該條拆分消息的鑒別號。這個鑒別號依照順序從0 到9 循環。

應用AIS 系統，實現基站設施以及船載設備組成的要求。AIS 系統又被稱之為船舶自動識別系統，融合了網絡技術、電子信息顯示技術、數據通訊技術等。此外，該技術還包含了全球定位功能，能夠在領航的過程中對該船只位置、行駛方向、速度等實現精準判斷，了解港口的水域情況。這些信息通過自動收集系統收集完畢后，實現傳播、分享。AIS 識別分析系統最關鍵的技術包含了通信、定位以及融合，使船員能夠了解船舶附近的動態問題，分析潛在隱患。從定位技術分析，應用全球定位技術能夠提高船舶領航系統的工作效率，還可以降低船員在工作中出現的錯誤判斷，使航行系統實現信息通訊以及數據的高速傳播（如圖1所示）。

圖1 船舶引航——AIS 系統

2.2 對港口引航工作完成數據化管理

實現港口引航工作數據化，能夠對以往在引航過程中的各項數據進行記錄。比對歷史、工作方案，總結引航工作中的關鍵因素，以彌補傳統引航時出現的局限問題。例如，在引航過程中，船員可以結合信息化技術實現數據備份、篩選，以便數據能夠在服務器中生成對比方案，隨時查閱。此外，在建立模型時，還可以利用這些已儲存數據建立可視化模型，具有動態反應的效果，優化引航工作。對船舶碰撞事故實現匯總分析，可以總結出導致碰撞事故的原因以及高發環節，制定規避措施。開展針對性的優化，減少地方出現船舶碰撞事故的幾率。此外，合理的利用電子航海圖，還可以實現船舶引航系統的完善。例如，電子航海圖主要顯示的為航海背景以及數據集成、分析效果。在傳統的港口引航技術中，工作模式已經無法滿足引航的安全需要。因此，在航行時采用電子航海圖，可以反映船舶的所在位置以及最終停泊港口情況，實現圖形的疊加應用以及數據錨點的顯示。在拋錨地選擇中，需要進行連續定位。以往通過雷達定位完成，但觀測數據需要不斷地實現調整，才能確定自身定位[6]。隨后，根據船員的經驗以及實際情況，完成拋錨角度、錨點的修訂，以便控制拋錨。不僅耗費大量的時間，同時最終數據有一定的滯后性以及誤差，給后續拋錨精準操作帶來困難。使船舶無法一次性拋錨，經常需要調整拋錨位置。但應用電子航海圖，可以借助自動化技術準確地完成拋錨地的掃描，并就數據實現調整。準確進入錨位進行拋錨，極大提高成功率。與以往70%成功率相比，應用電子航海圖，拋錨成功率可高達95%以上（如圖2）。

圖2 船舶引航——拋錨

2.3 完善船舶引航的工作環節

完善船舶引航工作環節，最重要的便是船員個人技能掌握情況以及綜合素養。作為基礎條件，船員具備信息化操作技能，可以保障船舶信息化應用頻率效果符合要求。例如，可定期開展專業的培訓，保證工作人員的信息技能掌握，促進工作人員彼此相互學習，借鑒成功經驗。吸收他人在工作中的閃光點，以彌補自身在工作中出現的各項不足，確保最終的工作效率以及安全性。開展人才引進計劃，緩解目前船員數量不足以及人員素質較低的問題。還可以制定有約束性的工程規章制度，防止船員在工作中出現散慢、工作態度下降等問題。調節船員的工作積極性，添加完善的配套設施，保障港口引航工作發揮最大優勢。例如，完善碼頭靠墊鋪設，實現協調管理。制定引航方案，并定期就港口泊位的實際情況實現考察，分析該港口是否方便停泊，保障港口引航的安全性。

3 船舶引航中相關信息化技術的思考——以GPS 系統為例

以GPS 系統為例，分析信息化技術的使用。主要可包含登錄、通信、監控、定位等。

如登錄功能，當船舶在航行中偏離既定航線或停港時間超出標準時，終端信息管理系統都會及時對監控中心進行預警，實現精準調節。在未來，GPS 系統可以對船舶引航實現優化。例如，通過記錄、行駛間隔以及船舶整體運行情況，實現個性化導航。配備導航軟件以及電子地圖，收集船舶的數據信息完成引導（如圖3）。

圖3 船舶引航自動化系統——GPS 技術

如通訊系統，GPS 船舶定位監控系統是數據傳播中心，更是交通樞紐。在未來，要了解客戶終端數據的采集、上傳，以便控制最終命令。結合已有的通訊網關，在消息服務中心實現數據緩存。

當GPS 衛星正常工作時，會不斷地用1 和0 二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發射導航電文。GPS 系統使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A 碼和軍用的P(Y)碼。C/A 碼頻率1.023MHz,重復周期一毫秒，碼間距1 微秒，相當于300m；P 碼頻率10.23MHz，重復周期266.4 天，碼間距0.1 微秒，相當于30m。而Y 碼是在P 碼的基礎上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛星信號中-{A|zh-cn:解調制;zh-tw:解調變}-出來，以50b/s-{A|zh-cn:調制;zh-tw:調變}-在載頻上發射的。導航電文每個主幀中包含5 個子幀，每幀長6s。前三幀各10 個字碼；每三十秒重復一次，每小時更新一次。后兩幀共15000b。導航電文中的內容主要有遙測碼、轉換碼、第1、2、3 數據塊，其中最重要的則為星歷數據。

如監控中心，包含了GPS 應用程序模塊以及通信模塊，二者配比，建立工作核心。GPS 模塊承擔數據的輸入以及編輯，在查詢以及顯示功能中，連接監控服務器后可以實現指令的轉發。最常見的便是定位功能、預警功能等。例如，在定位功能中，通訊模塊有極為強大的查詢便捷性，可以方便船舶實現智能化的調度。而查詢功能則是以矢量圖為標準，完成圖形的查詢，包含數據查詢以及邏輯查詢，便于后續指揮調度。如遇緊急危險情況，救援功能還可以部署一系列的應對措施。

如其他功能，包含了船舶在航行過程中的船況監聽以及系統集中管理。完成到港預報，對船只的航行信息實現計算，并分析預計到港時間。隨后，將二者進行對比，找出差異點，解決差異點。將最終處理的信息報送至港口碼頭，以便港口做好接航準備。

4 結束語

綜上所述，結合我國航運領域的現狀，我國目前應用信息化技術解決船舶引航出現的局限問題，在提高最終經濟效益的同時，解決已知的安全風險。船舶引航與常規交通有所不同，船舶在海面航行，一旦出現安全風險，其影響極為巨大，甚至出現不可逆財產損失以及人員傷亡，對于企業的后續發展產生毀滅性打擊。因此，船舶行業必須提高產品的集中度，進一步加大信息化的應用以及系統的更新。實現管理強化，最大程度地保障信息化技術推廣應用。船舶信息化技術不僅能夠強化造船企業的競爭力，還能夠輔助完成我國的水面交通管理。為船舶的精準運行提供保障，優化已有的引航功能。在未來，可開展“自引自航”技術，為船舶引航事業的發展奠定基礎，使我國船舶引航真正具備自動化、智能化、精準化的優勢。