無人船時代來臨如何發揮航海保障服務功能

韓佳彤

摘 要：本文構想了無人船時代航海保障部門如何更好針對無人船提供航海保障服務。在航保現有的航標、通信、測繪業務基礎上，結合E航海理念和人工智能等相關技術，為升級完善航保服務功能提供思路。

關鍵詞：無人船 航海保障 服務

1.前言

無人船的學名叫水面機器人，是一種不需要人上船駕駛， 可以完全獨立自主執行任務的船只。據專家預測，未來十年將是無人船領域發展的黃金時間，從軍用到民用的潛在市場在千億級別以上。無人船時代來臨被認為只是時間問題。

無人船時代來臨，傳統的視覺航標和VHF語音發布助航信息等航海保障手段作用將削弱，取而代之的應該是根據無人船的操控系統要求、工作特點、運動特性來提供相應的助航服務。因此，針對無人船的航海保障服務應聚焦于：提供利于無人船控制系統識別的無線電航標或利于機器視覺識別的視覺航標；加強大帶寬、高速度、高頻率、高可靠性的海上通信鏈路建設；建設船船信息交互和船岸信息通訊平臺，能夠根據船舶吃水、船舶類型等提供適合船舶的推薦航線，并沿途推送水文氣象、航行通警告等海上安全信息；提供與真實環境相同的虛擬現實仿真航行平臺等。

2.航標服務

無人船的控制主要依靠陸地控制中心和雷達、攝像頭、紅外傳感器等，因此，為無人船提供的航標服務應以無線電導航臺、無線電指向標、差分全球定位系統（DGPS）、船舶自動識別系統（AIS）、雷達指向標、雷達應答器等無線電航標和利于機器視覺識別的目視航標為主。目前，AIS基站信號已基本實現對我國沿海近岸主要通航水域、長江干線和內河4級以上高等級航道及部分封閉水域的通信覆蓋。依托AIS基站設置的AIS虛擬航標設置快捷，成本低廉，且易于被船用電子海圖識別和解析，因此無人船時代AIS虛擬航標將發揮巨大作用。

3.通信服務

依賴電子導航的無人船與岸基系統的信息交換將更為頻繁，海上通信平臺應用需求和業務將大幅擴展。無人船艇的通信對象主要有無人船艇與母船之間、無人船艇之間， 通信的內容主要有母船對無人船艇的指令信息、無人船艇實時回傳的運動狀態信息以及視頻信息等。目前的海事通信平臺，服務內容分散、手段單一、帶寬、信息處理的效率和數據存儲容量漸漸無法滿足海洋信息系統擴展需要，成為海上多種應用系統性能瓶頸。

無人船時代的通信服務一是要加強甚高頻數據交換系統（V D E S）、甚小口徑衛星終端站（VSAT）、衛星通信等大帶寬、高速度、高頻率、高可靠性的海上通信鏈路建設。二是加強海事云通信平臺建設。云計算平臺是大數據時代最熱門的研究方向之一。主要利用虛擬技術、分布式計算及并行網絡計算技術，有效整合不同區域的信息資源和不同的硬件結構，并進行有效地劃分和利用，提高系統的數據存儲能力，同時提高計算、傳輸和存儲效率。客戶和服務通過標準服務技術支持的標準化W e b服務技術進行通信，以建立和促進通信。E航海戰略確定后，以“按需服務和屏蔽數據源”的理念將成為未來發展趨勢。即用戶無需關心自己所需的信息通過何種渠道、何種具體設備，而是怎樣能夠方便快捷地獲取到所需信息。因而，所有船舶信息數據的收集和傳輸最好基于通用的協議模型。同時數據傳輸要滿足用戶相互識別需求。海事云的概念為地理環境中的身份管理，身份驗證，加密，真實性驗證，服務發現和帶寬/覆蓋高效消息提供了標準化的協議和功能支持。通過定義面向服務的通信系統，可以在全球互操作性的背景下輕松開發針對海事最終用戶的創新解決方案，從而為航運管理和服務部門提供一個開放的供應商中立平臺，有助于信息交換無邊界，并在互聯網，衛星，蜂窩電話網絡和數字無線電鏈路等各種通信渠道上得到保障。這一概念應能夠使各種船舶類型以及海上結構和岸上的異構軟件系統，包括智能手機，平板電腦和個人計算機等，根據標準化接口，協議和訪問控制權進行交互（EfficienSea2，D3.2）。三是拓展AIS系統功能。由于基于V H F通信頻段和S O T D M A通信協議的AIS系統存在系統容量和VHF通信系統9.6kbps的傳輸帶寬限制，無法適應船舶間和船岸間越來越多的信息傳輸需求。有學者提出基于公網GPRS / CDMA / 3G通信系統移動IP技術的自動識別技術，作為AIS系統的補充。

4.構建統一調配的海事信息共享大平臺

當無人船舶普及后，很可能出現：當船舶遇到緊急情況，岸上指揮者有的建議加速從他船船頭經過，有的建議減速從他船船尾經過，導致決策混亂。且“多龍治水”水上管理狀況造成海上監管和服務部門各自掌握不同的數據，海上安全信息部門化、孤立化、碎片化，缺乏信息共享平臺，難以對數據進行有效分析、挖掘和整合，數據利用率不高，難以提供系統有效的海上安全信息。如果將所有船舶航線途經信息匯總到同一平臺進行統一調配，可以避免這種情況出現。

因此需要構建統一調配的海事信息共享大平臺。這一平臺能夠為船舶提供動態的航線計劃，實現基于AIS、ECDIS、水深數據模型以及環境管理工具的船舶積極動態的航線計劃。同時，可以收集、交換、整合、分析和顯示信息，包括航道、航標、港口、海況和地理、船舶船員、航運管理、貨物及航運市場、公共服務等信息在內的所有信息，形成涵蓋主要涉水活動的、以海量數據為基礎的信息資源池，實現信息的無縫共享。這一大平臺應立足于E航海系統基本架構規范數據源標準，同時，根據海事和港航等單位需求，將采自數據中心的源數據接入有關部門的信息系統，實現充分有效地融合數據。 通過云計算對大量數據進行深度挖掘、篩選加工，通過微信公眾服務平臺、門戶網站、手機APP等服務方式，利用公網、甚高頻、衛星鏈路等為用戶提供個性化定制服務。

5.研究開發“無人船仿真和虛擬訓練系統”

在常用的計算機仿真系統中，把人視為旁觀者，可視場景不會隨著用戶的視點進行相應變化，沒有身臨其境之感，不強調實時交互，人的想法需要與計算機相適應。虛擬現實仿真技術帶來了人機交互的新概念和新方法，強調人對虛擬環境的主導作用，作為參與者沉浸其中，使人機交互的內容更生動和豐富，方式更和諧和自然。虛擬現實技術以計算機技術為核心，生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的虛擬現實環境。用戶通過特殊的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象交互。產生等同于真實環境的感受和經驗。基于虛擬現實的無人船仿真訓練系統包含高級三維圖形加速卡、立體眼鏡、大屏幕顯示設備、立體音響，頭盔現實和位姿跟蹤設備，應用圖像全景建模、碰撞檢測、音頻虛擬等技術建立虛擬現實訓練系統，對無人船的遠程操控人員進行實操訓練。

航保部門可以在提供電子海圖的基礎上進一步拓寬服務，為無人船提供虛擬的水上環境實景模型。可以采用基于圖像的全景建模技術，增強場景模型的深度感和真實感。比如：使用數碼相機在水域現場一個固定點環拍實景一系列相片，經過拼接、平滑等處理，形成360度全景圖片，根據觀察者的角度，將圖片進行數字化變形，投影到虛擬場景中。

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