基于信息系統架構的船舶交通服務系統核心能力建設

【摘 要】 為分析我國船舶交通服務（VTS）系統建設存在的問題和不足，以信息系統為視角，分析其核心系統架構并結合當前VTS系統熱門技術分析其發展建設的重點和瓶頸。按照下一步核心能力建設要點，對我國VTS系統的未來發展提出建議：著力增強VTS系統數據采集能力、著力增強VTS系統數據處理能力、著力增強VTS系統數據傳輸能力。

【關鍵詞】 船舶交通服務（VTS）;信息系統;核心能力;數據采集系統;數據處理系統;數據傳輸系統

船舶交通服務（VTS）系統的實質是船端與岸端進行信息整合和交換的完整信息系統。VTS系統在正常運行過程中廣泛采集各種交通數據或信息，使VTS系統使用者了解和掌握水域內的交通形勢，這就需要依靠盡可能完備的數據采集系統;分析、評估、處理信息，使信息成為VTS系統使用者進行決策和管理的依據，這就需要依靠智能化、可視化的數據處理系統;實施船岸之間信息交互、數據交換，對交通態勢施加影響，這都離不開信息傳輸系統。因此，VTS系統的核心架構為數據采集系統、數據處理系統和信息傳輸系統（見表1），目前這3大系統已經成為VTS系統建設的主要攻堅點。

1 VTS系統核心架構

1.1 數據采集系統

當前，我國VTS系統數據采集的重點是雷達、AIS和其他數據等3個方面。

（1）雷達。雷達是VTS區別于其他導助航手段的基本要素，目前依然是VTS系統獲取船舶位置和動態數據的主要手段。為了增強雷達在數據采集方面的作用，對雷達的參數、性能、選址等進行調整優化，成為VTS中心必不可少的工作內容，但囿于雷達系統的復雜性，此類工作已經遠不能滿足新形勢下VTS系統建設的需要。當前，雷達系統的建設主要體現在量的增長，通過增設新的雷達站來減少雷達盲區，擴大雷達覆蓋面積，從而提升雷達在VTS數據采集方面的能力。

（2）AIS。AIS是VTS系統在數據采集方面的革命性進步。AIS的引入將VTS系統開發為現代信息系統，為VTS系統在目標定位、船舶識別和航次信息交換等方面提供了新的途徑，極大延伸了VTS系統的測控范圍且豐富了數據內容，提高了數據可靠性。在引入AIS的過程中，VTS中心著重攻克AIS圖像與雷達回波的關聯難題，解決兩個信息源造成的“雙眼皮”問題，實現AIS數據的持續可靠輸入。在此基礎上，區域VTS中心聯網方案通過使船舶信息在不同VTS中心間傳輸成為可能來進一步提高數據采集效率。

（3）其他數據。除了雷達和AIS兩大基礎數據來源外，VTS中心也特別重視提升輔助數據的采集能力。各VTS中心基本都建設或接入了轄區CCTV、北斗、氣象觀測等設施設備，實現了現場情況的全天候、立體化、綜合性的可視化展示，進一步夯實了VTS作為海上監管數據中心的作用。此外，交通運輸部海事局還推動建設綜合監管指揮系統，將轄區基本數據、海量船舶基礎數據、不同來源船舶動態數據，乃至搜尋救助等資源數據進行了系統整合，使得VTS系統數據匯入海事綜合數據，極大豐富了VTS中心的數據來源。

1.2 數據處理系統

近年來，各VTS中心積極順應互聯網發展大勢，不斷深化VTS系統各類操作和管理軟件的開發及應用，持續加強VTS系統大數據的挖掘和分析，不但全面升級了VTS系統基礎數據處理系統，而且在以標識多樣化和3D顯示為代表的人機交互界面優化、以自動播發提醒為代表的智能化應用、以MIS系統為代表的查詢和管理軟件升級、以交通流研究為代表的數據采集分析，以及以移動APP為代表的E航海支持系統等領域分別進行了卓有成效的研究。這些做法不僅使得VTS系統的決策輔助能力更加完善、操作功能更加豐富、人機界面更加友好，還實現了VTS系統數據資源的深度利用，有效破除了VTS信息孤島現象，顯著提升了VTS中心的管理和服務能力。VTS數據處理系統的優化和升級是我國VTS中心發展建設的亮點，并取得了明顯突破，標志著我國VTS系統軟件建設逐漸走向現代化、信息化、智能化和國產化。

1.3 數據傳輸系統

VTS數據傳輸系統主要是指用于船岸之間數據傳輸的通信設備。VTS中心所配備的與船舶之間進行通信的設備主要有VHF、AIS、NAVTEX/NAVDAT等;船上配備的通信設備主要有VHF、自動雷達標繪儀（ARPA）、AIS、NAVTEX、國際海事衛星組織（INMARSAT）、甚小口徑終端（VAST）等。在船―岸交互中，VHF無線通信、AIS報文傳輸及衛星通信是最為常用的3種方式，其中又以VHF無線通信和AIS報文傳輸為主要手段，VHF無線通信主要用于語音通信，AIS主要用于數據通信。船―岸交互工作流程見圖1。

區別于岸基數據網絡建設的突飛猛進，目前船岸之間的數據傳輸依然處于瓶頸狀態，建設和發展都較為緩慢。目前有較大突破的研究是基于AIS系統的船岸信息交換，實現了發送短信、二進制信息和助航設施信息的功能，但AIS信息傳輸能力仍然較弱，一次最大121字節，難以匹配E航海建設的發展需求。為了破解傳輸難題，提高VTS數據輔助船舶航行的效能，各VTS中心還對中遠距離提出甚高頻數據交換系統（VDES）建設設想，對遠海距離進行衛星通信嘗試，通過建設可以覆蓋港口、航道和交通密集區的公網方式加強岸基網絡建設，實現岸基對船舶的輻射和帶動效應，并取得一定的效果。

2 VTS系統核心能力建設存在的問題和瓶頸

2.1 數據采集能力有待進一步加強

《交通強國建設綱要》明確提出，要構建泛在先進的交通信息基礎設施，構建綜合交通大數據中心體系。對標這一要求，VTS系統的數據采集能力雖然有了質的提高，但離大數據中心的賦能要求還有一定距離。突出表現在VTS數據是分散和孤立的信息中心，各VTS中心信息融合和聯網還存在不同的技術壁壘，VTS系統本身對不同信息源的整合能力有待進一步加強，在船舶基礎資料、航次信息、通航數據、水文氣象、港航部門信息、搜救力量配置等數據的整合能力仍然存在提高空間。

2.2 數據處理能力還有提升空間

VTS數據的提取、分析和應用潛力仍有待進一步挖掘。當前大量VTS數據閑置，自動化水平不夠，且缺少集中統一的數據存儲、提取機制，MIS的數據統計潛力沒有被徹底釋放，VTS系統對交通形態的預測和推演能力距離智能化要求還有一定距離，在交通信息推送、氣象信息廣播、異常行為識別和預警信息發布、船岸信息交換等方面依然沒有擺脫傳統模式，部分VTS系統仍然存在操控界面復雜、決策支持工具不夠精確等問題。

2.3 數據傳輸能力存在短板

數據傳輸能力和通信鏈路短板仍然是VTS系統發揮作用的首要瓶頸和痛點。當前，盡管VTS中心有數據、船員有需求，但船岸之間缺橋路、缺鏈接，VTS數據采集成果很難及時、有效地傳輸給需求者。不僅如此，船岸之間通信代差還在持續擴大，岸基通信已迎來5G時代，海上通信卻依然難以實現點對點通信。目前各VTS中心在數據傳輸方面的建設工作進展緩慢，以E航海建設試點為代表的探索工作缺少自上而下的統一規劃和系統布局，船岸通信局部鏈路建設尚未取得實質性進展。

3 VTS核心能力建設建議

3.1 著力增強VTS系統數據采集能力

（1）及早布局5G網絡建設，通過5G技術將雷達、AIS、CCTV、航標、監測站、執法船艇、無人機和單兵裝備及其他微終端連接成為完整的物聯網，建設網格化、智能化的數據采集體系，拓寬數據和信息采集渠道，全面升級VTS系統數據采集能力。

（2）進一步整合漁業、航標、氣象、港口、引航、救助和船舶運輸企業等單位數據，打破不同信息源壁壘，積極融入地方大數據網絡建設，選取海事監管關鍵區域節點，建立若干區域性VTS數據中心，承擔云端數據的儲存、提取、優化和安全防護職能，建成交管大數據神經節點。

（3）逐步統一各VTS系統數據資源的內容、格式，建立包含氣象信息、航次信息、航行計劃、通航要素、誠信管理、安全信息、法律法規等信息資源的全面數據庫，形成“交管云數據”，實現各VTS系統之間的信息交換、數據共享和通信互助等功能，以及重要水道、主要港口和其他VTS中心的一站式信息獲取功能。

3.2 著力增強VTS系統數據處理能力

（1）面向VTS中心核心業務提出解決方案，通過智能算法深度研判通航要素與交通流的作用規律，提升VTS系統船岸數據處理水平，增強VTS系統決策支持能力，建立標準化操控模塊，優化VTS中心在航線交換、航行提示、交通監管與信息推送等方面的工作流程，促進VTS中心操作和日常管理的智能化、清單化、立體化、可視化和便捷化。

（2）從宏觀需求層面做好VTS系統數據的存儲、記錄和分析工作，科學設置數據統計關鍵詞，通過相應的統計學方法從海量大數據中有效提取關鍵數據，加強對交管大數據的挖掘力度，以服務于交通態勢研判、航海科學分析乃至經濟發展指數研究等海上安全治理工作，破除孤島困局，讓VTS系統的數據和設備實現更大價值。

（3）主動融入交管大數據，積極開展VTS系統數據轉換、信息融合、智能運算、安全防護等研究工作，針對船員、港航企業、其他公共安全部門的不同需求完善各類軟件的功能設計，確保內外部數據平滑、有序對接，增強VTS中心的數據協同能力，打造信息共享平臺。

3.3 著力增強VTS系統數據傳輸能力

（1）升級VTS中心的岸基通信設備，在各試點單位既有經驗基礎上，短期內在港口水域附近建設多功能浮標、手機網絡傳輸站、連續運行衛星定位服務系統（CORS）臺站等通信支持系統，在有VTS信息覆蓋的重要航道及近海水域加快布局建設VDES基站、4G網絡發射塔、移動基站、船載基站等多種類型的通信保障設備，爭取在重要水域突破船岸信息傳輸瓶頸，實現先進技術向重點水域的延伸，實現岸基網絡向近海拓展。

（2）全面推進E航海探索實踐，利用現有公網系統，重點面向手機終端用戶探索建立VTS中心信息發布平臺，通過岸基網絡對各類型信息的數據進行融合處理，為船舶定制最有價值的通航信息，發布重要氣象信息、安全管理建議、預警預防信息等時效信息，為船舶提供風險可視化的二維、三維展示數據，實時提示未來若干時間段可能遭遇的威脅，使得船方更多地從岸基的巨量監管數據中獲得有效信息，部分解決船岸通信代差帶來的信息傳輸受限問題。

收稿日期：2019-11-13

作者簡介：唐緒謙（1987―），男，本科，研究方向為VTS運行發展及國際履約