無人船時(shí)代來臨如何發(fā)揮航海保障服務(wù)功能

韓佳彤

摘 要：本文構(gòu)想了無人船時(shí)代航海保障部門如何更好針對(duì)無人船提供航海保障服務(wù)。在航保現(xiàn)有的航標(biāo)、通信、測繪業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，結(jié)合E航海理念和人工智能等相關(guān)技術(shù)，為升級(jí)完善航保服務(wù)功能提供思路。

關(guān)鍵詞：無人船 航海保障 服務(wù)

1.前言

無人船的學(xué)名叫水面機(jī)器人，是一種不需要人上船駕駛， 可以完全獨(dú)立自主執(zhí)行任務(wù)的船只。據(jù)專家預(yù)測，未來十年將是無人船領(lǐng)域發(fā)展的黃金時(shí)間，從軍用到民用的潛在市場在千億級(jí)別以上。無人船時(shí)代來臨被認(rèn)為只是時(shí)間問題。

無人船時(shí)代來臨，傳統(tǒng)的視覺航標(biāo)和VHF語音發(fā)布助航信息等航海保障手段作用將削弱，取而代之的應(yīng)該是根據(jù)無人船的操控系統(tǒng)要求、工作特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)特性來提供相應(yīng)的助航服務(wù)。因此，針對(duì)無人船的航海保障服務(wù)應(yīng)聚焦于：提供利于無人船控制系統(tǒng)識(shí)別的無線電航標(biāo)或利于機(jī)器視覺識(shí)別的視覺航標(biāo)；加強(qiáng)大帶寬、高速度、高頻率、高可靠性的海上通信鏈路建設(shè)；建設(shè)船船信息交互和船岸信息通訊平臺(tái)，能夠根據(jù)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(shí)環(huán)境相同的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真航行平臺(tái)等。

2.航標(biāo)服務(wù)

無人船的控制主要依靠陸地控制中心和雷達(dá)、攝像頭、紅外傳感器等，因此，為無人船提供的航標(biāo)服務(wù)應(yīng)以無線電導(dǎo)航臺(tái)、無線電指向標(biāo)、差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、雷達(dá)指向標(biāo)、雷達(dá)應(yīng)答器等無線電航標(biāo)和利于機(jī)器視覺識(shí)別的目視航標(biāo)為主。目前，AIS基站信號(hào)已基本實(shí)現(xiàn)對(duì)我國沿海近岸主要通航水域、長江干線和內(nèi)河4級(jí)以上高等級(jí)航道及部分封閉水域的通信覆蓋。依托AIS基站設(shè)置的AIS虛擬航標(biāo)設(shè)置快捷，成本低廉，且易于被船用電子海圖識(shí)別和解析，因此無人船時(shí)代AIS虛擬航標(biāo)將發(fā)揮巨大作用。

3.通信服務(wù)

依賴電子導(dǎo)航的無人船與岸基系統(tǒng)的信息交換將更為頻繁，海上通信平臺(tái)應(yīng)用需求和業(yè)務(wù)將大幅擴(kuò)展。無人船艇的通信對(duì)象主要有無人船艇與母船之間、無人船艇之間， 通信的內(nèi)容主要有母船對(duì)無人船艇的指令信息、無人船艇實(shí)時(shí)回傳的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息以及視頻信息等。目前的海事通信平臺(tái)，服務(wù)內(nèi)容分散、手段單一、帶寬、信息處理的效率和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量漸漸無法滿足海洋信息系統(tǒng)擴(kuò)展需要，成為海上多種應(yīng)用系統(tǒng)性能瓶頸。

無人船時(shí)代的通信服務(wù)一是要加強(qiáng)甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（V D E S）、甚小口徑衛(wèi)星終端站（VSAT）、衛(wèi)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(shè)。二是加強(qiáng)海事云通信平臺(tái)建設(shè)。云計(jì)算平臺(tái)是大數(shù)據(jù)時(shí)代最熱門的研究方向之一。主要利用虛擬技術(shù)、分布式計(jì)算及并行網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)，有效整合不同區(qū)域的信息資源和不同的硬件結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行有效地劃分和利用，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，同時(shí)提高計(jì)算、傳輸和存儲(chǔ)效率。客戶和服務(wù)通過標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)技術(shù)支持的標(biāo)準(zhǔn)化W e b服務(wù)技術(shù)進(jìn)行通信，以建立和促進(jìn)通信。E航海戰(zhàn)略確定后，以“按需服務(wù)和屏蔽數(shù)據(jù)源”的理念將成為未來發(fā)展趨勢。即用戶無需關(guān)心自己所需的信息通過何種渠道、何種具體設(shè)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(shù)據(jù)的收集和傳輸最好基于通用的協(xié)議模型。同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸要滿足用戶相互識(shí)別需求。海事云的概念為地理環(huán)境中的身份管理，身份驗(yàn)證，加密，真實(shí)性驗(yàn)證，服務(wù)發(fā)現(xiàn)和帶寬/覆蓋高效消息提供了標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議和功能支持。通過定義面向服務(wù)的通信系統(tǒng)，可以在全球互操作性的背景下輕松開發(fā)針對(duì)海事最終用戶的創(chuàng)新解決方案，從而為航運(yùn)管理和服務(wù)部門提供一個(gè)開放的供應(yīng)商中立平臺(tái)，有助于信息交換無邊界，并在互聯(lián)網(wǎng)，衛(wèi)星，蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字無線電鏈路等各種通信渠道上得到保障。這一概念應(yīng)能夠使各種船舶類型以及海上結(jié)構(gòu)和岸上的異構(gòu)軟件系統(tǒng)，包括智能手機(jī)，平板電腦和個(gè)人計(jì)算機(jī)等，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化接口，協(xié)議和訪問控制權(quán)進(jìn)行交互（EfficienSea2，D3.2）。三是拓展AIS系統(tǒng)功能。由于基于V H F通信頻段和S O T D M A通信協(xié)議的AIS系統(tǒng)存在系統(tǒng)容量和VHF通信系統(tǒng)9.6kbps的傳輸帶寬限制，無法適應(yīng)船舶間和船岸間越來越多的信息傳輸需求。有學(xué)者提出基于公網(wǎng)GPRS / CDMA / 3G通信系統(tǒng)移動(dòng)IP技術(shù)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，作為AIS系統(tǒng)的補(bǔ)充。

4.構(gòu)建統(tǒng)一調(diào)配的海事信息共享大平臺(tái)

當(dāng)無人船舶普及后，很可能出現(xiàn)：當(dāng)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(jīng)過，有的建議減速從他船船尾經(jīng)過，導(dǎo)致決策混亂。且“多龍治水”水上管理狀況造成海上監(jiān)管和服務(wù)部門各自掌握不同的數(shù)據(jù)，海上安全信息部門化、孤立化、碎片化，缺乏信息共享平臺(tái)，難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析、挖掘和整合，數(shù)據(jù)利用率不高，難以提供系統(tǒng)有效的海上安全信息。如果將所有船舶航線途經(jīng)信息匯總到同一平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，可以避免這種情況出現(xiàn)。

因此需要構(gòu)建統(tǒng)一調(diào)配的海事信息共享大平臺(tái)。這一平臺(tái)能夠?yàn)榇疤峁﹦?dòng)態(tài)的航線計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)基于AIS、ECDIS、水深數(shù)據(jù)模型以及環(huán)境管理工具的船舶積極動(dòng)態(tài)的航線計(jì)劃。同時(shí)，可以收集、交換、整合、分析和顯示信息，包括航道、航標(biāo)、港口、海況和地理、船舶船員、航運(yùn)管理、貨物及航運(yùn)市場、公共服務(wù)等信息在內(nèi)的所有信息，形成涵蓋主要涉水活動(dòng)的、以海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的信息資源池，實(shí)現(xiàn)信息的無縫共享。這一大平臺(tái)應(yīng)立足于E航海系統(tǒng)基本架構(gòu)規(guī)范數(shù)據(jù)源標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，根據(jù)海事和港航等單位需求，將采自數(shù)據(jù)中心的源數(shù)據(jù)接入有關(guān)部門的信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)充分有效地融合數(shù)據(jù)。 通過云計(jì)算對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘、篩選加工，通過微信公眾服務(wù)平臺(tái)、門戶網(wǎng)站、手機(jī)APP等服務(wù)方式，利用公網(wǎng)、甚高頻、衛(wèi)星鏈路等為用戶提供個(gè)性化定制服務(wù)。

5.研究開發(fā)“無人船仿真和虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)”

在常用的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)中，把人視為旁觀者，可視場景不會(huì)隨著用戶的視點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)變化，沒有身臨其境之感，不強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)交互，人的想法需要與計(jì)算機(jī)相適應(yīng)。虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)帶來了人機(jī)交互的新概念和新方法，強(qiáng)調(diào)人對(duì)虛擬環(huán)境的主導(dǎo)作用，作為參與者沉浸其中，使人機(jī)交互的內(nèi)容更生動(dòng)和豐富，方式更和諧和自然。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。用戶通過特殊的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象交互。產(chǎn)生等同于真實(shí)環(huán)境的感受和經(jīng)驗(yàn)。基于虛擬現(xiàn)實(shí)的無人船仿真訓(xùn)練系統(tǒng)包含高級(jí)三維圖形加速卡、立體眼鏡、大屏幕顯示設(shè)備、立體音響，頭盔現(xiàn)實(shí)和位姿跟蹤設(shè)備，應(yīng)用圖像全景建模、碰撞檢測、音頻虛擬等技術(shù)建立虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)，對(duì)無人船的遠(yuǎn)程操控人員進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練。

航保部門可以在提供電子海圖的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓寬服務(wù)，為無人船提供虛擬的水上環(huán)境實(shí)景模型。可以采用基于圖像的全景建模技術(shù)，增強(qiáng)場景模型的深度感和真實(shí)感。比如：使用數(shù)碼相機(jī)在水域現(xiàn)場一個(gè)固定點(diǎn)環(huán)拍實(shí)景一系列相片，經(jīng)過拼接、平滑等處理，形成360度全景圖片，根據(jù)觀察者的角度，將圖片進(jìn)行數(shù)字化變形，投影到虛擬場景中。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡青.基于公共通信網(wǎng)絡(luò)的一系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].大連海事大學(xué)，2011.

[2]王曉巖.面向物聯(lián)網(wǎng)體系的海上通信云平臺(tái)[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2015，37（6）：180-181.

[3]張雄，葉榛，朱紀(jì)洪，等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的無人駕駛飛機(jī)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2012，14（8）：1022-1025.