基于電子航道圖的虛擬航標系統架構

林海

摘 要：本文依托長江電子航道圖和虛擬航標的技術發展，結合長江航道現狀和維護管理實際，提出適合于長江的虛擬航標應用技術方案和系統架構，并在數字航道系統中，探索實現基于電子航道圖的長江虛擬航標的維護管理和實施步驟。

關鍵詞：電子航道圖 虛擬航標 系統架構

隨著長江黃金水道建設的不斷深入，對沿江經濟的促進和支撐作用進一步顯現。現代化技術在長江航道的發展和應用，已給越來越多的港行企事業單位和航運船舶提供了先進的信息溝通和導航服務。目前，長江航道局在積極推進長江干線電子航道圖系統以及長江干線數字航道建設工程，并結合虛擬航標技術開始開展長江電子航道圖3.0系統正式運行后取消部分實體航標的可行性研究，推進內河虛擬航標的研究和應用。

虛擬航標發展現狀

虛擬航標是指物理上不存在，由經授權的助航服務提供部門發布能在導航系統中顯示的數字信息物標（IALA定義）。它是繼視覺航標、音響航標、無線電航標之后國際航標學會認可的，旨在提升和增強航標管理機關的航標助航服務能力的現代化技術手段。

目前，國際上尚無統一標準標識虛擬航標。但是，AIS航標的快速發展引起了IALA、IEC、IMO和IHO有關組織等相關國際組織的重視，它們分別從各自的專業領域制定了各類關于虛擬航標顯示和應用規則。虛擬航標的應用主要是借助AIS無線電通信技術來擴展傳統航標助航體系，實現并提升航標管理機關的服務能力。IALA A-1062關于AIS航標設置指南中明確描述虛擬AIS航標使用標準。虛擬AIS航標可被用在實際上不可能設置實體航標的地方，例如描述臨時性的冰況，快速標記沉船和其它危險物方面等，或者需要額外的航標來提高航行安全的地方。虛擬航標將來也可能代替一些主要的浮動的助航標志或者浮標，及滿足特殊船舶的需要。但是，虛擬航標設置需求應當基于對航行區域的安全評估。這個安全評估涉及物理狀況的航行價值，典型的區域是用于SOLAS公約船舶的深水航標。

在國內，AIS航標已在沿海大連、天津、青島等海域及長江口得到了廣泛應用，東海海區的虛擬 AIS航標數目已經達到 80多個，并且在長江下游內河航道也得到試點應用。長江口深水航道（12.5米）延伸段，該航道采用了雙向復式通航分道設計，其中深水航道邊界全部使用虛擬航標標識。通過虛擬航道的設置，便于船舶航行時擺正船位、把握航行規則，突出深水航道重要性的同時，又便于船舶充分利用其兩側的自然航道航行和避讓，避免設置實體航標對船舶操縱帶來影響，提高了航道的通航效率，減少了船舶碰撞航標的幾率。

基于電子航道圖的虛擬航標系統架構

縱觀國際和國內對虛擬航標的使用和理解，虛擬航標技術已經把傳統航標的概念拓展到一個全新的領域，已經成為現代化助航體系的重要組成部分。而隨著長江數字航道的建設和長江電子航道圖系統的建成和使用，為長江虛擬航標的設置與電子航道圖生產相結合，使之成為長江電子航道圖制圖體系的有效成分提供了完備的技術手段。虛擬航標可以作為電子海圖數據類型，定義并作為航道基本要素的重要組成部分。長江電子航道圖3.0系統的建成為長江航標定義標準提供了擴展的平臺，同時為長江虛擬航標的運行提供了一種技術手段，長江虛擬航標也應該作為長江電子航道圖顯示標準（CJ-52）的一部分，如同社會普遍認同中國內河航標標識體系、中國海圖標識體系一樣，被內河航運界認同。

1、虛擬航標作用范圍

基于對長江虛擬航標應用需求分析，長江虛擬航標的設置不僅要繼承長江航標體系，還應該充分尊重虛擬航標技術特性，滿足新時期長江航道的擴展需求，以突出解決航道維護管理的實際問題以及社會服務的實際需求。

凸顯現有重要航標。對現有重點航標（例如事故率比較高的浮標、對航行安全及其重要的浮標），利用虛擬航標技術進一步擴展航標功能，增強長江航標助航的精確性和實效性。

快速標注新的或臨時目標 。虛擬航標特別適用于標注海圖上還未及標繪的新的或臨時性目標，或者用于凸顯激活的臨時性目標。應急沉船標注，構成障礙物的損毀航標以及漂浮垃圾等新的危險物都可以用虛擬航標快速標注。

替代部分實體航標。在技術條件成熟時，航標設置和維護管理單位就能提供這類電子航標替代部分實體航標供有關船舶應用，船舶利用電子航道圖等信息化技術手段就能顯示虛擬航道。

在難于設置物理航標或設置成本昂貴的地方設置虛擬航標。在有些情況下，設置實體航標在具體實施上有困難（如水流和河床條件），或者成本過高而不能設置。在這種情況下，虛擬航標能發揮很好的作用，能使航行船舶更加安全和更高的效益成本比。

提供航路點。在提供建議航路點方面，虛擬標志可以幫助船員設計航線或操縱船舶。虛擬航路點甚至可以根據氣象水文條件移動實際布設位置，為在急流或類似情況下操縱船舶發揮最新引導作用。

2、業務流程

基于長江電子航道圖系統的長江虛擬航標業務流程可概述為：數據采集→數據處理及編輯→數據審核及發布→數據應用。

數據采集。該模塊功能是根據航道實際應用需求負責長江虛擬航標的設置、撤銷以及異動信息的采集和管理，根據實際需求的功能和性質準確描述虛擬航標的作用以及有效期等關鍵信息。并經過預處理后提交到數據處理編輯中心，形成長江虛擬航標原始數據庫。

數據處理及編輯。該模塊功能是根據長江電子航道圖數據處理標準處理長江虛擬航標的原始數據，根據虛擬航標的作用和有效期定義長江虛擬航標的類別以及關鍵屬性，確定長江虛擬航標的服務方式，管理并形成長江虛擬航標專題數據庫。

數據審核及發布。該模塊功能是根據其服務方式以及相應的質量檢驗標準審核長江虛擬航標專題數據，并按照長江虛擬航標服務方式發布相應的虛擬航標數據服務產品。

數據應用。該模塊是按照在用戶終端。根據長江虛擬航標的服務方式及其相應的通信協議正確解析長江虛擬航標數據，并按照長江虛擬航標內容以及顯示規范顯示長江虛擬航標，輔助船舶及其相關港行企事業單位正確使用虛擬航標助航信息。

3、系統架構

長江虛擬航標物標的定義實現是在長江電子電子航道圖2.0系統中建設的電子航道圖生產編輯系統中實現的。電子航道圖生產編輯系統包括電子航道圖數據庫及其管理子系統、源數據生產編輯子系統、電子航道圖生產子系統、紙質航道圖生產子系統以及電子航道圖產品數據第三方檢測軟件。

4、維護管理

虛擬航標的管理。在《長江航道局航道維護管理工作規定》中增加對虛擬航標物標類的描述。單獨建立虛擬航標管理系統或擴展現行的《航標信息管理系統》，擴展助航設施原始數據，存儲虛擬航標數據。

數據預處理。對虛擬航標數據預處理，實現：①規范專題數據源格式，以實現多源孤立數據的集成。②建立專題物標與CJ57物標的對應關系。③定制數據轉換模型，實現專題物標向CJ57轉換。④專題物標入庫。按照《長江電子航道圖生產系統數據庫標準規范》，存儲虛擬航標數據，為長江電子航道圖生產提供基礎數據源。

虛擬航標的生產編輯。按照《長江電子航道圖生產、維護、更新和發布機制》擴展虛擬航標的維護更新機制，實現虛擬航標與電子航道圖產品的對接。

5、實施步驟

虛擬航標的推廣使用需要一個長期的過程，其發展和應用的階段可以分為三個階段：①制定長江虛擬航標相應標準及其規范，完善長江電子航道圖虛擬航標出圖體系、建立基于長江電子航道圖系統的長江虛擬航標服務模式。②以電子航道圖系統、終端設備等多種方式為載體，推廣長江虛擬航標的應用與服務。③在網絡環境和服務應用模式成熟的條件下，基于電子航道圖系統，實現長江虛擬航標的實時更新，與未來開放的智能航道體系相結合。

結束語

作為一門綜合多種信息技術手段的新興航標應用技術，虛擬航標是對傳統的視覺航標的有效補充，是現代化航標體系的重要組成部分，是人們對航標的助航效能和航標管理要求不斷提高的必然產物。

在長江電子航道圖系統以及長江數字航道等相關建設工程的推動下，虛擬航標技術與現有長江航標體系以及長江航道維護管理體系相結合，是新時期對長江航道助航體系的有效擴展，也是航道信息化的必然產物。虛擬航標技術與內河航標體系相結合，必將對內河航道維護管理及其服務體系帶來深遠影響，為長江航道走向數字航道和智能航道提供理論支撐和技術參考。

（作者單位：長江南京航道局）