虛擬航標的作用與應用前景

江蘇海事職業技術學院航海技術系 陳金福

傳統航標的作用是供船舶進行定位、導航和避險，是船舶安全航行不可或缺的助航設施。然而在航海實際中，傳統意義上的航標也顯露出一些不足，主要表現在使用維護成本高、占用航道、航標設置上的困難等方面。

隨著電子技術的發展，特別是自動識別系統（Automatic Identification System , AIS） 和 電 子海圖和信息顯示系統（Electronic Chart Display and Information System，ECDIS）在船上的廣泛使用，虛擬航標逐漸進入航海者的視野。

一、虛擬航標的產生背景

為了更有效地防止船舶之間的碰撞和加強水上交通安全管理，早在2000年AIS就被應用在船上，其強大的信息顯示功能極大地提高了船舶避碰效果和交通管理效率，因此，國際海事組織(IMO)已經決定自2002年7月1日起至2008年7月1日止，從事國際航行的300總噸及以上和從事國內航行的500總噸及以上的船舶應分段陸續強制安裝船載自動識別系統[1]。

AIS是在VHF（甚高頻）海上移動頻段采用時分多址接入（Time Division Multiple Access，TDMA）技術，自動廣播和接收船舶靜態信息、動態信息、航次信息和安全消息，實現船舶識別、監視和通信的系統[1]。這是一種雙向自主識別系統。后來，這種技術逐漸被應用于航標，這就是在燈塔、燈船等大型航標上加裝帶有衛星定位系統的AIS設備。加裝此設備以后，大大加強了航標功能，主要表現在：一是便于航標管理，例如監測航標設備的工作性能、遙控換泡機工作、控制航標燈的工作等；二是有利于對航標的識別與監控，由于AIS信號的全天候和即時性，與雷達相比，使得船舶更容易識別航標的位置、編號、類型等信息，對于浮動標志而言，一旦發生漂移、滅失，馬上就能被岸站所發現，便可及時告知周圍船舶和航標管理部門。還有，可以通過設定警戒圈或安全距離的方法，提醒船舶與航標保持一定的安全距離等等。

然而，在所有的航標上安裝AIS設備，既不可能也不現實。如同雷達一樣，實體航標即使并未被視覺所看到，但其回波信號也可以清楚地顯示在雷達屏幕或電子海圖上，實現船舶定位與導航。對AIS而言，通過其網絡系統，產生一個虛擬航標信號，同樣可以顯示在電子海圖上，盡管人們的視覺并未看到真正的航標。這就是所謂的虛擬航標。

二、虛擬航標的特點

上述的將AIS信號加裝在航標系統，此類航標統稱為AIS航標，通常將AIS航標分為以下三類[1-2]：

(一) AIS真實航標

此類航標是在原來的實體航標上加裝AIS設備的航標。

(二) AIS仿真航標

此類航標具有航標實體，但其上并沒有裝有AIS設備，其在電子海圖上顯示的信號是通過附近的AIS站臺發出的。此類航標分為兩種，即監控仿真航標和預報仿真航標。監控仿真航標與AIS站之間有通信鏈路，通過航標與AIS站臺之間的通信鏈路確定航標的位置與狀態信息；預報仿真航標與AIS站臺沒有聯系，顯示的信息是固定的，航標不受監控，其位置與狀態得不到確認。目前，浮標一般采用監控仿真航標。

(三) AIS虛擬航標

此類就是通常所說的虛擬航標，不具有航標實體，只是在顯示器上規定的位置顯示AIS航標信息，實際位置沒有實體航標，相關信息也會清楚地標識出這種航標。

虛擬航標具有以下一些功能和特點：

1.設置簡單快捷

在需要時可以快速設置虛擬航標，避免由于實體航標沒有及時設置而給船舶航行帶來困難，并導致安全事故。

2.降低航標成本

由于不存在實體航標，虛擬航標幾乎不需要什么成本。這樣就大大降低了航標的使用維護成本。

3.航標穩定性高

虛擬航標基本不受外界因素的影響，如碰撞、水文氣象、人為破壞等，全天候向船舶提供航標準確信息。

4.適應性強

虛擬航標的設置不受地理環境的影響，故凡是實體航標設置起來有困難的重要水域都可以設置虛擬航標。

5.節能環保

實體航標需要消耗大量的能源，同時又會產生大量的廢舊電池等，造成環境污染，虛擬航標就可以完全避免。

當然，虛擬航標也并非十全十美，其缺陷主要表現為：

（1）虛擬航標可靠性、穩定性主要取決與AIS和ECDIS。所以要求整個網絡系統安全可靠。

（2）船舶必須都安裝有AIS和ECDIS，而且必須在正常工作狀態下，否則虛擬航標就失去意義。

（3）視覺導航方面的問題。船舶駕駛員一旦離開AIS和ECDIS，虛擬航標的定位導航功能就無法發揮作用，影響到船舶的航行安全。特別在一些復雜水域和陌生環境，更容易出現安全事故。還有，由于沒有實體航標，可能造成駕駛員視覺上的誤差而導致船舶偏離航道。對于那些非AIS用戶，實體航標又不可或缺。

因此，從目前實際情況來看，虛擬航標并不能完全替代實體航標。

三、虛擬航標的作用

(一) 虛擬航標在應急方面的作用

由于虛擬航標設置的簡單快捷的特點，可以彌補實體航標設置在時間上的延緩，特別是當航標發生碰撞、移位、滅失情況下，或者在發生沉船，需要馬上設置應急沉船示位標的情況下，更體現出虛擬航標的價值。

2007年2月，前蘇聯的“維京”級潛艇，在拖帶前往曼谷途中，因天氣等原因，拖纜崩斷而沉入丹麥沿海Jyske Rev附近水域，嚴重影響其他船舶正常航行，丹麥當局準備立即著手設置新危險物標[3]。無奈海面風大浪高，加上觀測定位需要時間，設置起來難度較大。最后決定在沉船位置設置一名為“新沉船，深度未知”的虛擬航標，并通過AIS自動發布相應的航海警告，這次設置也是虛擬航標的一個突破。

事實證明，在隨后的航行中，所有船舶都自覺地避開了這一水域，保持了船舶交通的安全暢通。

(二) 虛擬航標在復雜水域的作用

在船舶交通流量大、交通流復雜、水情復雜、水域范圍小等復雜水域，實體航標的設置往往受到限制，由于虛擬航標不受水域環境的限制，設置虛擬航標有其明顯的優越性。

2007年4月1日青島港船舶定線制正式實施。定線制方案中要求在交通流特別復雜的團島口附近設置以0.6 n mile為半徑的圓弧形水域作為警戒區。同時，為了使船舶更好地遵守分道通航，需在第1警戒區內設置航標。但由于該處水域船舶流量大，交通流復雜，設實體航標會影響到船舶正常航行，最后經反復研究討論，并經各方專家論證，決定在此設置虛擬航標。自定線制實施以來，通過VTS及AIS監控發現，過往船舶均能以虛擬航標為轉向點按規定航法航行[4]。

(三) 在重要水域起警示作用

在一些重要的水域，可以直接將虛擬航標設置在航路點上，以提醒駕駛員轉向或者報告，而且對航行不構成威脅。

圖1 用虛擬航標設置航路點

如圖1所示，設置航路點后，可以提醒西南方向過來的船舶駛經此處應轉向偏北方向航行，避免因疏忽大意，未及時轉向而駛向前方淺灘擱淺。

(四) 利用虛擬航標設置航道邊界

在狹窄水域，設置實體航標可能導致礙航，可以利用虛擬航標來標示航道邊界或分割線；也可以在航道外設置一定寬度的小型船通道，其外邊界用虛擬航標來標示，實現大小船分流，這種情況比較適合內河水域，如圖2所示。

圖2 利用虛擬航標設置航道邊界

中國的內河水運資源十分豐富，但是航道條件比較復雜，多數航道存在淺窄彎的特點，航標配布復雜，而且隨著枯洪水位的變化，航標位置的變動頻繁，如果利用虛擬航標，將大大簡化航標配布的復雜性，而且航標位置的變動通過電腦就可操作。

當然，虛擬航標的作用不只以上幾方面，例如臨時性的設標、標與標間增設新標、引導標志等，虛擬航標都能發揮出其顯著作用。

四、虛擬航標的應用前景

由于虛擬航標的高效、節能、環保，其作用將越來越受到業內人士的關注，未來具有廣闊的發展空間。隨著信息技術的不斷發展，AIS和ECDIS的功能不斷完善和普及應用，以及航海需求的不斷提高，虛擬航標將發揮越來越大的作用。

2010年1月，國際航標協會（IALA）在IALA總部法國圣日耳曼舉行了一個虛擬航標研討會。與會者英國代表Nick Ward先生提到了虛擬航標甚至可以用于標示海上高速公路或海上電子高速公路[5]。也就是說海上的所有推薦航線都可以用虛擬航標表示出來，可以設想，未來的海上通道就可以類似于陸地交通，船舶可以根據需要自由選擇最佳航線，在航行過程中，可以及時收看虛擬航標信息，根據信息及時修正船位航向等等，航行安全保障得以大大提高。

通過虛擬航標的覆蓋，也大大有利于船舶的自動導航。

五、結語

虛擬航標的出現無疑對航標技術的發展與應用起到巨大推動作用，但也存在著一系列的問題，特別對虛擬航標的規范性、法律性問題，目前還處于探討之中。未來，虛擬航標是否能夠完全取代實體航標，虛擬航標與實體航標究竟以哪一類為主都有待于探討。

[1]劉德新等. 航海學[M]，人民交通出版社，2012(5).

[2]黃艷玉等.虛擬航標及其應用[J].航海技術,2009(4).

[3]方英豪,劉世江.AIS虛擬航標的可行性[J].中國水運,2007(6).

[4] http://www.hydro.gov.cn.

[5]國際航標協會. 國際航標協會（IALA）海上浮標制度推薦標準，1980.11.