綜合助航信息系統的實現

張杏谷，周世波

(集美大學 航海學院，福建 廈門 361021)

0 引言

近年來，隨著海上用戶對助導航信息需求的不斷增加，國際海事組織(International Maritime Organization，IMO)、國際航標協會(International Association of Lighthouse Authorities，IALA)等組織積極促進新型助導航技術的研究與開發，航運發達國家積極響應，不斷提高航海安全保障水平，增強海上交通的安全和效率.特別是近年來IMO 正在推進的e-Navigation 戰略，對交換、集成、顯示和分析相關助導航信息，改善海上交通安全起到積極的作用.［1］

IALA 提出新型電子助航服務體系，即將航標遙測、信息處理、信息播發、接收和顯示整合到一起，推動助航服務信息化、網絡化.其主導思想是借助船舶自動識別系統(Automatic Identification System，AIS)基站、互聯網網絡資源，綜合各種海事信息系統，建立一體化的、廣泛共享的航標助航信息服務新體系，增強航海安全保障.［2］

新型航標助航服務體系是現代信息技術和計算機網絡技術的綜合應用，是IMO和IALA 提出的e-Navigation 戰略的重要組成部分，建設航標助航新體系已成為國際航標領域發展的主要趨勢.

1 助航新體系的內涵及結構

1.1 內涵

對于現代航海而言，助導航服務已經由以往的為單船航行服務為主向為單船航行和多船交通協調服務演化.這個變化意味著助導航的服務載體和服務對象都已發生重大變化，服務載體由單個向系統發展，服務對象由航行向交通協調發展.海上用戶對助航信息的需求在不斷增加，傳統的航標助航服務已經無法滿足用戶的需求，必須建立與現代航海相適應的綜合助航新體系［3］.

新型綜合助航體系，應以服務為核心.從過程看，它是發生在航海用戶與海事部門間的一種需求與解決過程的互動，其目的是為了滿足航海用戶特定的需求.一個完整的助導航服務過程總是由航海用戶的選擇/請求/需求開始，海事部門檢查確認，執行特定的功能或任務，按照預定的方式結束，滿足航海用戶的需求.從功能角度分析，助航服務的內涵和外延隨著航海用戶的需求變化而不斷擴展，從單一系統向多個系統再向多系統融合擴展.從關系上分析，航海用戶既是接受方也是發起方，助航服務因航海用戶需要而存在，航海用戶的需要決定助航服務的內容.

航標助航新體系應以提供完善的助航服務為目標，其內涵是:以提供完善的助導航服務為目標，以先進的技術為支撐，全面提升航海保障綜合服務能力.

1.2 結構

作為海上主通道和港口主樞紐安全支撐系統的重要組成部分，航標助航系統為船舶航行安全提供有力保障.［4］目前，其主要類型有視覺航標、無線電航標、衛星導航系統、AIS和船舶交通服務(Vessel Traffic Services，VTS)系統等，不同類型的助航系統其助航手段、功能和信息播發形式也不盡相同.

航標助航新體系應適應e-Navigation 戰略發展，以船舶助導航實際需求為基本要求，適度考慮前瞻性，布局科學合理、定位精度高、功能完善、冗余性好，向用戶提供全方位、全時段助航信息服務.航標助航新體系結構應由視覺航標、無線電航標、VTS 系統、衛星無線電導航系統、AIS 等組成，見圖1.

圖1 綜合助航體系架構示意圖

2 綜合助航信息服務系統

助航信息是船舶安全航行的重要保障.近年來，國際社會對航海安全要求日益提高，不斷強調提高助航信息服務水平，以增強海上交通的安全和效率.目前，航海人員關心的信息和數據遠遠超出助導航設施本身，幾乎擴大到與航行安全和助導航有關的各種因素，這就需要將一系列有助于航行安全的信息通過一個平臺進行管理并提供給船舶，從而提高航海安全保障的服務水平［5］.

電子、通信、計算機等技術被廣泛應用于助導航領域，為實現新型的綜合助航信息服務系統提供技術基礎.綜合助航信息服務系統的主要服務功能包括航標監測、航標數據查詢、AIS 船舶動態信息查詢、航標動態信息發布和安全助航信息播發等.［6］

本研究開發的綜合助航信息服務系統以Web-ECDIS 平臺為基礎，整合航標遙測數據、AIS 數據，通過AIS 網絡和互聯網向海區船舶發布航標動態信息及相關安全信息以保證船舶航行安全.

2.1 系統組成

系統物理結構包括航標遙測遙控子系統、Web-ECDIS 助航信息平臺以及AIS 助航信息發布子系統，系統組成見圖2.

圖2 系統組成框圖

航標遙測遙控系統包括采用GSM/GPRS 的航標測控系統和基于AIS 的航標監測系統.助航信息平臺在網絡電子海圖基礎上顯示AIS 船舶及航標等助航信息.同時助航管理部門可利用該平臺通過AIS 基站播發AIS 航標助航信息及航標動態信息.

2.2 系統功能

本系統實現航標實時動態信息、電子海圖信息、AIS 船舶信息的顯示(見圖3);實現AIS 安全信息(電文12和14)、AIS 適用專用電文(電文6和8)及AIS 仿真航標、虛擬航標(電文21)的播發功能(見圖4～6).用戶可以通過互聯網實現對該系統的訪問.系統主要提供以下幾類助航信息實時服務功能:(1)各種比例尺轄區電子海圖信息服務;(2)動態航標信息服務;(3)港口水文氣象、航行環境信息服務;(4)AIS 信息服務.

2.3 系統關鍵技術

2.3.1 航標助航信息WebGIS 平臺

該平臺的目標是:實現AIS 電文在線實時發送、審核;可監測實時AIS 船舶和實時水文信息，支持高并發、多用戶同時在線的強大服務;具有高穩定性、安全性和健壯性的服務平臺;能以基于Geobeans 的電子海圖引擎為核心技術進行多種操作.平臺由用戶前臺模塊、后臺管理終端模塊、MS SQL SERVER數據庫管理系統、IIS 的Web Application 服務器、信息平臺中心主模塊等組成，其框架見圖7.

圖7 平臺框架

2.3.2 基于AIS 的助航信息服務技術

鑒于AIS 的助航應用需求，本項目研發AIS 基站前端通信機、綜合服務器、AIS 信息中文顯示終端、AIS 航標RTU，實現AIS 助航信息的播發、接收和顯示及基于AIS 的航標監測等技術.

AIS 前端通信機接收、解析AIS 基站輸出數據，并將其傳送至綜合服務器數據庫，其通信方式為TCP/IP;同時對服務器傳來的電文組包后發送到AIS 基站發射，其通信方式為串口或TCP/IP，協議采用國際電工委員會制定的海上導航及無線電通信設備與系統數字接口標準(IEC61162).［7］AIS 服務器提供數據庫與AIS 前端通信機之間及與WebGIS平臺的通信和數據傳輸服務.AIS 數據庫實現AIS數據存儲管理.

系統利用AIS 電文6，8，12，14，21 進行助航信息的播發(包括仿真航標、虛擬航標).發布的二進制電文6和8 及航標報告電文21 的信息見表1，其設計流程見圖8.

圖8 AIS 助航信息播發設計流程

表1 發布的二進制電文及航標報告電文信息種類

3 結束語

目前，國家海事部門已建立覆蓋我國沿海海區和內河的AIS 基站系統，正在推進航標遙測遙控系統的建設，這都為新型航標助航體系建設奠定基礎，但AIS 二進制電文的助航應用還未開展.本研究在e-Navigation戰略技術框架下，依托AIS，ECDIS，互聯網等現代信息技術，開發綜合助航信息系統，對海上助航體系開展創新性研究工作，其成果將為海上新型助航體系建設及AIS 二進制電文的助航應用提供技術支持.今后還將根據IMO“AIS 二進制電文應用導則”(SN.1/Circ.289)［8］，進一步研究開發相關應用技術.

［1］IMO NAV 53/13.Report of correspondence group on e-Navigation strategy［S］.2007.7.

［2］IALA Recommendation A-126 the use of Automatic Identification System(AIS)in marine aids to navigation services［S］.4th ed.2008-12.

［3］杜志秀，張壽桂，彭國均，等.航標助航信息發布系統［J］.上海海事大學學報，2011，32(1):35-39.

［4］項鷺.一站式航標信息管理與服務在航標系統中的應用［J］.上海海事大學學報，2006，27(1):26-29.

［5］張杏谷，彭國均，魏武財.海上助航信息共享系統［J］.上海海事大學學報，2008，29(2):7-10.

［6］ZHANG Xinggu，XIANG Lu，PENG Guojun，et al.Researches on the new system of aids to navigation［C］// IEEE/ION PLANS.Indian Wells，CA，USA，2010:146-150.

［7］IEC61162 Maritime navigation and radio communication equipment and system digital interfaces［S］.1.1th ed.2010-11.

［8］IMO SN/Circ.289.Guidance of the application of AIS binary messages［S］.2010.