基于E-Navigation的船舶智能航線服務系統設計研究

魯亞東

摘 要：船舶智能航線服務是E-Navigation戰略計劃的重要內容。遵循IALA相關數據標準，借鑒航空智能服務管理思路，對船舶智能航線服務系統進行了設計，使之為船舶航行提供最優計劃航線、海上安全信息、航程助航與監控、船舶避碰等智能服務。該系統不僅具有較強的實踐價值，而且將會給相關利益主體帶來更多直接效益。

關鍵詞：智能航線服務;系統設計;船舶;E-Navigation

E-Navigation是由國際航標協會（IALA）實施的“以用戶需求為驅動、以服務用戶為宗旨”的戰略計劃，其目的在于通過以電子方式收集和分析海事信息，為增強船舶海上航行、安全、安保提供相關服務與技術支持[1]。其總體框架包括船上環境、岸上環境及物理鏈路構成（見圖1）。

船舶智能航線服務，是指建立具有前瞻性的、交換與共享的航線服務體系，為船舶安全航行提供智能助導航服務，包括流量預測、安全報警、交通組織等。而這也正是E-Navigation戰略計劃的重要內容[2]。基于E-Navigation框架，對船舶智能航線服務系統進行設計，以期為船舶高效與安全航行提供參考與借鑒。

1 基本思路與功能設計

1.1基本思路

船舶智能航線服務系統設計，在總體思路上，一方面借鑒航空智能服務管理思路（目前，國內外航空交通控制體系已廣泛運用智能航線服務系統，即對所有航班航線進行預設，相關機構實施信息共享，共同對其監視和管理），使所有相關機構、參與人員共享船舶航行計劃，增強海上交通管理系統的可預測性、可控性;綜合分析海況、成本、效率等要素，為船舶提供最優計劃航線;促進船舶間信息共享，彼此提前知曉航行計劃，強化船舶避碰操作。另一方面，遵循IALA相關數據標準，采用開放式服務接口，為船端導航系統、岸基系統接入使用提供方便，形成功能融合、信息共享的船舶智能航線服務體系。

1.2 功能設計

基于E-Navigation框架和船舶航線服務需求，我們可將船舶智能航線服務系統設計構建最優計劃航線、海上安全信息服務、航程助航與航程監控、船舶避碰等服務功能（見表1）。

2 運作模式與系統流程

2.1 運作模式

該服務系統是以服務接口的形式而存在，通過AIS、海事衛星等多種通信網絡，接入船舶ECS、ECDIS等導航系統，岸基則可集成至VTMIS或VTS，從而實現船-岸、船-船之間的信息共享與交換[3]。其運用模式主要分為以下4種：其一，船端模式。該模式的功能主要有航程規劃、航行監控。在航程規劃上，駕駛員可從船舶智能航線服務系統獲得最佳計劃航線、航行資料，并據此規劃航程;在航行監控上，值班船員可實時監控船舶航行狀況，確保其按照計劃航線航行。其二，岸基模式。即由岸上監管和服務人員對轄區內船舶的計劃航線、實時航線進行監控。其三，船-船模式。該模式采用多種通信方式，促進相鄰船舶間的航線信息交換與共享，其內容包括：在船舶ECS、ECDIS導航系統中顯示其他船舶計劃航線;結合AIS、雷達系統，獲取避碰獲救及助航服務等。其四，船-岸模式。即岸上監管和服務人員獲取船舶計劃航線，強化對海上交通的監控。

2.2 系統流程

系統船舶導航系統、AIS系該服務針對用戶的主要接口。在本次設計中，服務接口的目標支持各種類型的ECS船舶導航系統。其工作流程如圖2所示。

2.3 工作方案

該服務系統運行的方案主要是：其一，擬制計劃航線。在準備階段，工作人員應更新船舶信息，輸入船舶目的港、預計到達時間等數據。ECS可根據輸入數據，自動構建推薦的計劃航線。其構建既可以采取離線方式，即依據ECS本地存儲的信息和數據，結合本船舶的類型、載貨、吃水等信息，自動分析出最佳計劃航線;也可以采取在線方式，即ECS借助數字VHF鏈路或移動互聯網鏈接系統中心，系統中心通過分析本地存儲的信息和數據，或者類似船舶的AIS歷史軌跡數據等，自動給出最佳推薦航線。在此基礎上，工作人員可對該系統推薦的航線做進一步的修訂，并在船長確認后，通過數字VHF等通信方式提交至系統中心。其二，推送航行資料。系統中心在收到航行計劃后，將自動檢索船舶航行所經過水域的相關資料，并將航行指引、航行規則等資料推送至船舶的ECS導航系統。其三，提供導航助航服務。船舶在沿著計劃航線的航行過程中，可通過AIS與同一水域其他安裝有該系統的船舶，交換和共享計劃航線，實現智能避碰。其四，實時監控船舶。船舶交通管理信息服務系統可從智能航線服務系統獲取計劃航線，對其航行實施智能監控。在此過程中，智能航線服務系統不僅可以顯示或提示船舶航行中將遇沖突的位置、航線的偏離，而且能夠預判相關水域的船舶流量，為及時化解風險和交通調度提供服務或建議。

3 設計價值與效益分析

該服務系統的設計，具有較強的實踐價值，其運用將會產生諸多效益，直接惠及相關部門和主體。對船舶而言，該系統不僅能夠對具體的船舶提供最佳航線，而且會精準預估其到達目的港的具體時間。對船舶駕駛員而言，該系統可以幫助駕駛員獲取更多的有價值的信息，及時獲取智能提示或指示，有效規避可能出現的偏離航線、碰撞等風險，并減輕其工作負荷。就船舶公司而言，可以通過該系統，全面了解和掌握整個船隊的情況，及時獲得相關警示;依據該系統提供的最優計劃航線、海上安全信息服務等，可以科學計劃船舶航行，節約能耗與成本;能夠精準估算到達目的港時間，為其安排下一航程提供依據。對港口而言，可以提前獲知船舶到達時間，為其安排港口作業提供準備空間。對海上交通管理部門而言，該系統的智能服務，可以節減人力資本的投入，降低工作人員的負荷，提高海上交通管理的效率與效益。

4 結語

船舶智能航線服務是E-Navigation戰略計劃的重要內容。借鑒航空智能服務管理思路、遵循IALA相關數據標準，以服務接口各類ECS船舶導航系統為目標，對船舶智能航線服務系統進行了設計，使之為船舶航行提供最優計劃航線、海上安全信息、航程助航與監控、船舶避碰等智能服務，努力實現船舶航行安全化、效率最優化、效益最大化。

參考文獻：

[1]薛一東.E-Navigation戰略下的船舶引航發展[J].中國航海，2017（1）：93-96.

[2]唐慶友，宋妍成，楊弘曧.智能時代船舶駕駛對航海保障的需求[J].上海船舶運輸科學研究所學報，2019（2）：23-27.

[3]李瑞杰，張新宇，黃文偉，等. E-Navigation下的海事服務集[J].水運管理，2017（5）：27-29.