航海保障技術的發展和應用

王鶴荀

摘 要：21世紀是海洋世紀，世界各國未來的競爭也將在海洋上競爭。充分開發和綜合利用海洋資源是世界各國進一步發展的必然要求，航海保障領域的技術發展成為國家海洋戰略的關鍵一環。本文介紹了目前航海保障國際國內情況，分析了差距，也介紹了國際發展趨勢以及目前國內航海保障在技術領域的發展情況。

關鍵詞：電子化；e-Navigation；應用

中圖分類號：U698 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）12-0010-02

人類社會的生存和發展離不開海洋，尤其航海。人類文明史，一定程度上就是一部航海史，實際上就是一張海圖的不斷變化的歷史。而航海離不開保障，航海保障的目標就是找位置，規避風險，提高效率。

1 航海保障現狀

廣義的航海保障是人、船、環境、管理的總和。狹義的航海保障主要包括導航、海圖、通信等方面。導航即指船舶的定位，自己及周邊環境情況。海圖的作用是詳細了解海底的狀況。通信則指與相關方的聯絡。

航海保障方面的國際國際組織主要有國際航標協會（IALA），國際海道測量組織（IHO），國際電信聯盟（ITU），國際海事衛星組織（INMARSAT）。

目前世界上有四大全球衛星定位系統：一是美國全球定位系統（GPS）。二是俄羅斯“格洛納斯”（GLONASS）系統。三是歐洲“伽利略”（GALILEO）系統。四是中國“北斗”系統。目前國內船舶與岸上的聯系情況如圖1所示。

2 國內保障技術與國際水平的差距

國內航海保障與國際水平的差距主要有一下六點，第一，裝備落后。第二是分析能力弱，主要是船海保障從業人員專業素養的差距。第三是服務能力弱。體現在數據發行覆蓋、氣象導航等方面。第四是沒有精細的海圖。第五是專業力量分散。第六是，體制機制導致指揮協調能力弱，不容易形成合力。

而目前船舶正逐步向智能化、綠色化發展，主要體現在船舶大型化、專業化、高速化、自動化、導航定位電子化、 避碰自動化、 海圖電子化、 航海資料數字化、 通信高速化數字化廣域化、航行記錄自動化等10個方面，這也對航海保障部門提出了更高的技術要求。

3 e-Navigation

e-Navigation（電子航海）是目前國際上航海保障發展方向，指通過電子的方式，在船上和岸上，收集、綜合、交換、顯示和分析海事信息，以增強船舶泊位到泊位的全程航行能力，增強相應的海上服務、安全和保安能力，以及海洋環境保護的能力。IMO的e-Navigation最終將很可能不是一個系統，而是一些標準、規章、指南、培訓要求和數據格式，IMO成員使用這些成果，建成一個集成化的海上助航信息環境。

e-Navigation的實施戰略在通信與導航技術方面主要是落實和制定多項產品技術標準，如500kHz頻率的數字通信（NAVDAT）技術； 基于 VHF的數據交換系統（VDES）通信技術；衛星通信技術；全球導航衛星技術（包括中國BDS技術）；船舶綜合PNT（定位、導航、授時）。該方面技術的落實和實施為e-Navigation戰略系統落地提供了基礎支撐，是整個e-Navigation戰略的經脈和眼睛。

e-Navigation戰略下的研究內容主要有三個方面，一是船載設備開發與升級改造，例如綜合導航系統（INS）的升級改造、ECDIS的智能化、新型通信設備等。二是岸基支持系統，如水文氣象信息、港口信息、VTS信息、海圖改正、海上搜救等海事服務集等。三是船岸通信優化技術，如衛星通信系統、NAVDAT、VDES、3G/4G/5G信道優化控制技術。

在e-Navigation戰略中，以技術架構為骨架的基礎上，其真正實施的肌肉是各類針對不同用戶需求的海上服務集（MSP）。每個服務都針對特定的用戶需求或底層數據服務，如AIS數據采集服務、船舶進出港口統計分析服務、水上交通管理服務、航海保障系列服務等等。這些服務構成了e-Navigation的核心，是e-Navigation“按需服務”宗旨的體現。

在e-Navigation戰略中，各類海上服務之間進行著數據的交換和傳輸。特定數據在交換中應具有一定的標準模型，同時還需要標準的交換協議。 因此，基于S-100標準的數據模型和數據傳輸標準是e-Navigation戰略落地的血液，使各類海上服務集之間，能夠無縫進行數據共享和業務信息交換，從而實現e-Navigation戰略各部分之間的“互連互通”。

4 中國航海保障取得的成果

中國航海保障人近幾年在技術領域取得了初步成果，例如，首次出版中文版北極航行指南、出版中文版南極海圖（14幅）；也首次采用專業海洋測量船舶對極地海域實施精密海道測量（錨地）；首次應用兼容北斗、GPS和AIS的極地科考綜合導助航系統等等（導航及人站互動）；還發現了羅斯海難言島附近適宜錨泊的錨地。

東海航海保障中心在e-Navigation框架下實施的技術主要有：①定位增強技術。如無線電指向標-差分北斗衛星導航系統，海上北斗連續運行參考站系統（BD-CORS）。②水上數字通信技術，水上安全信息數字廣播系統（NAVDAT），寬帶VHF數據通信系統，海上區域性WIFI，衛星覆蓋。③助航信息集成和服務技術。如電子海圖服務云平臺-海e行，洋山港e-Navigation示范區建設（霧中導航），全球航海安全信息系統。

無線電指向標-差分北斗衛星導航系統（RBN-DBDS ）的具體應用有：東海航海保障中心完成首個了具有完全自主知識產權的沿海差分衛星導航系統，為航海用戶提供1-2米定位精度的定位導航服務；大戢山RBN-DGNSS（DBDS+DGPS）臺站于2014年1月1日起正式運行；GB17424《差分全球導航衛星系統（DGNSS）技術要求》的修訂也已納入2015-2017年交通運輸部標準修訂計劃。

在北斗CORS系統的具體應用有：長江口北斗CORS試驗系統覆蓋的2213平方公里核心區域內實現了水平精度3厘米、垂直精度5厘米的高精度定位，在系統覆蓋的5812平方公里高精度區域實現了水平精度15厘米的實時定位，在周邊的12132平方公里區域實現了亞米級的實時定位。

水上安全信息數字廣播系統（NAVDAT）方面，做了NAVDAT電子海圖發布試驗，電子海圖更新數據包大小91KB，數據傳輸用時僅37秒。

洋山港e-Navigation示范工程目前正在進行中，它的建設目標是保障能見度不良情況下（500m～1000m）的大型集裝箱船舶進出洋山港航行的安全。主要從5個方面入手，利用NAVDAT、VHF寬帶、4G網絡等手段，播發助航信息；基于BD-CORS系統，實現大型船舶的高精度靠泊；基于RBN-DGNSS和播發BDS/GPS差分信號，實現高精度導航；優化現有洋山港航標配布、提升性能，適應霧航需求；匯聚AIS、BDS、VTS等各類信息，提升監控能力。

在全球航海安全信息系統信息系統方面，東海航海保障中心目前主要目標是先是開放公眾平臺，協同應用開發，提供航海數字服務業務。其次是建立一站式的航海信息服務平臺，提供行業數據專題服務業務。比如可通過海圖中心高集成的數據池獲取所需數據，如漁業漁情數據、海洋資源數據、海洋生態數據，使各類型行業內外用戶可以查詢獲取大部分的相關信息。

5 結語

海洋已成為人類第二大生存和發展空間，世界各國未來的競爭也將在海洋上競爭。作為中國的航海保障部門，必須展望未來，在安全、環保、效率的框架下，重點在新領域、新技術、新服務、新方式（大數據）等四個方面進行突破，在深海、遠海、新通道范圍內為船舶提供及時、準確、全面、便捷的服務，緊跟全球步伐，積極參與國際組織，努力趕超世界水平，為中國的海洋強國戰略貢獻自己的力量。

本文節選十四期《交通安全講堂（Transport Safety Forum）》作者演講內容

鏈接：《交通安全講堂（Transport Safety Forum）》由國家水運安全工程技術研究中心、武漢理工大學和中國水運報社主辦，交通安全信息應急技術國家工程實驗室、國家道路交通管理工程技術研究中心、交通運輸部內河智能航運協同創新平臺、交通運輸部長江航運技術研發中心、長江黃金水道綠色與安全協同創新中心、中國遠洋運輸（集團）總公司技術中心、長江海事研究中心協辦。每月舉辦一次，邀請國內外在交通安全領域具有較高學術影響和管理水平的學者、管理專家作為演講專家。