淺析AIS虛擬航標在復雜航道中的應用

陳玉立 田亮

摘 要：我國AIS系統建設日趨完善標志著我國航海虛擬航標技術的應用價值得到了全面的凸顯，其中應用于港珠澳大橋的AIS系統將會發揮重要作用。本文將以我國現已建成投入使用的AIS系統作為研究重點，討論現代航海技術當中虛擬航標的應用方法，并結合復雜航道下虛擬航標應用技術，構建現代化的AIS系統應用場景。

關鍵詞：航海 AIS系統 虛擬航標 復雜航道

AIS虛擬航標技術是基于岸基和船載兩個方面的系統進行虛擬通訊，其中AIS基站通過發送無物理實體信息，進行助航標識信息的傳遞。船載系統則根據電子海圖進行信息現實，從而完成航行導航。相較于以往所采用的GPS衛星定位，AIS虛擬航標技術擺脫了對于衛星的依賴，可以不受空間、時間以及氣候的影響，同時浮標發射避免了差分校正，位置更加精確。

1.AIS虛擬航標的制定

1.1傳統AIS虛擬航標的應用情況

南海航海保障中心在近年來的AIS系統建設當中取得了突出的成績。

港珠澳大橋開工建設以來，南海航海保障中心主動服務，AIS虛擬航標也開啟了保障港珠澳大橋施工船舶安全的服務之旅。所有參與施工的船舶和交通船舶全部安裝了AIS設備，港珠澳大橋建設指揮部免費獲得所有施工水運船舶第一手的AIS相關數據，通過利用虛擬航標在AIS電子海圖上對施工軸線相關水域設定大橋建設管理區，將內伶仃島至桂山島之間南北向長約10海里的水域進行AIS自動化動態監控。除了大橋施工方對船舶的動態監控，AIS虛擬航標也為沉管浮運提供了幫助。每次沉管浮運前、后，航道的航標都要動一次。沉管的寬度，加上兩邊拖輪，占據了整個航寬，原來的實體航標反而成了礙航物。每到這時，AIS虛擬航標就代替實體航標在電子海圖上進行標識，保障船舶安全航行。

1.2新時期的虛擬航標設置方法

2011年國際海圖章規出版了關于AIS航標的新規定，在規定當中明確了AIS航標所采用的固定航標標記方式應當為紫色圓圈與“AIS”字樣，其中紫色圓圈中心所出現的黑色小圓圈，則可以表示實際的航標位置。為了能夠使航標規范與現代航海要求下的虛擬航標設置相互結合，現代統一規范化AIS航標可以結合航標對象特點進行圖形重繪，以此實現航標信息表示內容容量的有效提升。例如在航標表示當中，不同的工作狀態和實時位置可以借助ECDIS系統進行獲取，因此通過固定航標和浮動航標兩種航標類型，就可以模擬航行線路當中不同燈樁、燈船的實時狀態。

2.復雜航道環境對于虛擬航標設計提出的要求

2.1識別困難

相比于傳統實體航標，虛擬航標在航行過程中并不具備與航道內部環境相互對應的實體，因此在識別方面，AIS虛擬航標需要采用與之相配套的ECDIS系統設備進行內容識別。由于部分小型航船并沒有配備這一系統設備，導致其在航行過程中容易因無法識別目標導致其難以進入到指定航行位置，最終影響正常航行。

2.2岸基影響

在復雜航道當中航行時，船舶的AIS系統則需要完全依賴岸基網絡完成航行指揮，因此一旦岸基網絡出現波動，就會造成航船無法明確航行道路，進而引發嚴重后果。例如在2017年年初，上海海事局管理站的管理人員在巡查過程中發現，長江口航標管理當中，存在兩臺虛擬航標位置播發錯誤，這一錯誤問題直接造成對于航船航行過程的誤導，最終可能導致航船失去航標指示，發生嚴重危難。

2.3預約時隙沖突問題嚴重

除了以上兩個方面的問題，筆者還發現，在AIS虛擬航標的使用過程中，還存在較為嚴重的時隙沖突和時隙擁堵問題。以往國內所采用的AIS虛擬航標系統建設在通訊方面選用時分多址TDMA協議，這種協議能夠保證信息傳輸的速率和真實性，但是協議本身仍然存在部分限制。在相對復雜的航道當中，航船密度的不斷增加就會導致協議通信所采用的通道資源受到大量占用，此時時隙資源的不足就會產生嚴重的擁堵，最終造成數據丟失。在以往的海事管理事件當中，由于時隙沖突所引發的信息靜態問題十分普遍。造成這一現象的原因除了筆者總結的通信協議無法實現高負載之外，也存在部分航船私自進行船臺調整這一原因。筆者發現，在長江口的航船當中，部分航船私自安裝了不規范船臺classB，這種船臺能夠調高發射頻率，進而產生嚴重的時隙沖突，引發通信不暢等問題。一些不進行預約的時隙廣播集中出現在復雜航道當中，致使原本應用于航船上的AIS虛擬航標無法真實發揮作用。

3.基于復雜航道下的AIS虛擬航標系統構建策略

3.1組建新型虛擬航標網絡框架

網絡框架的重新建設和調整，能夠幫助AIS系統在復雜航道當中仍然能夠發揮作用，避免因系統識別能力不足所造成的航標缺失，影響航船在復雜航道當中的運行能力。本文在結合了以往AIS系統研究應用成果后，提出了基于岸基廣播的架構調整，架構當中，需要重新設定航船船臺，來保證ECDIS系統設備能夠充分發揮識別作用，AIS船臺則需要具備較強的解析能力，實現對于ECDIS信息的解讀，幫助航船在復雜航道當中明確航標信息，確定航行線路。

與此同時，在當前物聯網技術發展態勢之下，傳統ECDIS系統可以借助物聯網技術優勢進行重新的調整。傳統的AIS岸基需要借助RFID以及視頻監控技術，組建完善的物聯網整體，再由移動網絡，對航船信息、航道信息進行處理。移動網絡技術能夠避免原有傳輸協議下傳輸效率不高的問題，航標管理中心可以直接借助航船信息的解析，真實還原具體的航標底圖，再由移動網絡傳遞到航船船臺ECDIS當中，最后由ECDIS對傳來的地圖進行與原圖的對比分析，完成其在復雜航道下對于航標的準確判斷。

3.2構建海圖工作環境下的統一航標編碼標準

統一化的航標標準是對于以往航標混亂使用的有效革新，同時也是提高A I S虛擬航標應用價值的重要舉措。在經歷過進十年的航標標準化改革之后，對于航標制定應當結合航船、海域以及航標編碼等特點，進行統一的編制。筆者在對相關編制規范進行總結后提出基于微軟平臺推出的MicroStation海圖平臺進行編碼設定的構想。在MicroStation海圖平臺當中，不同的虛擬航標符號可以借助六位編碼的方式，將圖形特點和其所代表的虛擬航標進行數據庫儲存。航船在進行復雜航道航行時，可以直接進入MicroStation海圖平臺的數據庫調用，并通過對標準化的航標編碼進行對比，確定虛擬航標信息，最終完成航標圖形符號的準確應用。在設定當中，可以設定A IS虛擬專用標、A I S虛擬左側標、AIS虛擬右側標的六位編碼信息，并且與其所代表的圖形進行意義對應。例如AIS虛擬左側標的虛擬航標圖形為紫色圓圈與中央點和方塊的組合，編碼設定為579002，而AIS虛擬右側標的虛擬航標圖形則為紫色圓圈與中央點加向上箭頭的組合，設定編碼為579003。將其統一編寫入虛擬航標管理站服務數據庫當中，依托復雜航道的航行環境與航船需求進行調用，從而滿足航船在復雜航道當中對于精準化虛擬航標的判定要求，提高航行準確性。

4.結論

綜上所述，通過對于虛擬航標AIS系統框架的調整以及標準化航標編碼的設置，能夠保證AIS虛擬航標在使用當中的便捷性和統一性，從而彌補航船在復雜航道航行過程中存在的航標識別能力不足、岸基通信水平不理想等一系列問題。切實提高AIS系統應用價值。

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