智能航運背景下航保船岸協同信息交互數字化與標準化途徑的研究

王 寶，田為民，岳博文，王高峰

（交通運輸部北海航海保障中心天津通信中心，天津 300456）

1 航保船岸協同信息交互的現狀及發展分析

智能航運是e-航海的具體實現，智能航保是智能航運的重要布局之一，智能航運的實現需要依靠“船岸協同”的發展方式[1]。

1.1 無線通信系統的模擬化和數字化

水上 通信以無 線電為主，按照頻率從低到高的順序，目前海上在用的無線通信技術有DSC、SSB、NBDP、NAVTEX、AIS 等。當前船岸協同信息交互技術主要存在傳輸帶寬低速率低的問題，其通信系統主要是模擬無線通信系統。如今的海上通信技術無法適應智能船舶對于大數據、高速率、低延時的需求，因此，開展高速、高帶寬的海上通信業務是大勢所趨。

當前，海上通信正向著數字化、帶寬高、覆蓋廣、成本低等方向發展。新興的海上通信 技術有VDES、NAVDAT、LEO 軌道衛星等，不管新興通信技術，還是已部署實施的VSAT、3G、4G 技術，水上通信系統正由模擬化向數字化邁進，這也為航保船岸協同信息交互的標準化創造了基礎環境。

1.2 信息交互數據的非數字化

航保船岸協同信息主要包括海上安全信息、交通組織信息、航線計劃信息、水文氣象信息和航行控制信息五大類，通過分析發現，當前航保船岸協同信息主要是非結構化的文字及語音信息。由于每個漢字占據2個字節，非結構化數據的傳輸會占據大量帶寬，在當前窄帶無線通信技術下會造成傳輸效率低下。

通過對這五大類信息的語義結構和內容進行分析，可以明確航保船岸協同信息的描述對象和具體要素，從而為交互信息的結構化奠定基礎并最終實現數字化。

2 航保船岸協同信息交互的需求分析

2.1 航保船岸協同信息交互的數字化

通過對天津海岸電臺海上安全通信業務的實際調研發現，當前發送的航保船岸協同信息以文字為主，船端接收到信息后，船員通過人工識別和判斷進而安全航行。在智能航運背景下，自主船、無人船將長期共存，但無論是哪種船，都以盡可能減少人為操作和干擾為主要特征，這就要求船端可以通過機器智能識別航保船岸協同信息，通過自動識別、智能判斷進而安全航行，而實現自動識別和智能判斷的主要手段便是對航保船岸協同信息進行數字化，使其具備一定的結構和格式，這樣既可提升船岸協同信息傳輸的效率，又可以將文本信息轉換為機器語言，從而易于識別。

航保船岸協同信息交互的數字化就是從信息交互數據的結構化入手，通過明確各類信息的描述對象和要素實現結構化，繼而對這些結構化的數據按照一定的規則進行編碼，發送端和接收端的信息都是經過編碼后的數字，通過這種方式將會極大地提高傳輸效率。

2.2 航保船岸協同信息交互的標準化

航海保障包括航標助航、海道測繪和水上安全通信三大業務，各單位都開發出了適應自身需求的業務系統，這些系統是在不同時期、由不同的單位使用不同的工具在不同的平臺上開發出的，導致各業務系統難以進行數據傳輸和共享，以致不能建立跨業務的統一岸基系統平臺。具體來說，這會導致不同應用系統和數據庫間的數據交換效率低下，同時導致數據格式不兼容和數據結構不匹配等問題[2]。因此，尋找一種標準的數據存儲和交換格式，提供異構數據的數據交換能力，成為實現航保船岸協同信息交互標準化首要解決的問題。

3 航保船岸協同信息交互數字化的實現途徑

在五大類航保船岸協同信息中，海上安全信息報文格式參照了AIS 二進制報文使用的ITU-R M.1371-5定義的6號報文（二進制尋址報文）。報文格式由三部分組成：安全信息數據幀頭、安全信息數據、安全信息數據幀尾。

安全信息數據部分參考了《中華人民共和國航行警告標準格式（GB 17577-2009）》，包含兩個參數，分別是應用標識符和應用數據。應用標識符由DAC 和FI 組成，分別為地域編號和信息類型，根據IMO 規定，分配給中國區的DAC 為412、413、414。FI 是一個6 bit 的字段，標示二進制應用信息的類型。以海上拖帶為例，其二進制編碼規則如表1所示。

表1 海上拖帶編碼規則

其余航保船岸協同信息交互數字化的實現詳見 《面向船舶智能航行的數據標準指南（草案）》，在此不再贅述。

4 航保船岸協同信息交互標準化的實現途徑

2010 年，IMO 確認采用IHO 的S-100 作為e-航海的CMDS，并推薦利用XML 擴展標記語言進行不同接口間的技術交換和模型描述[3]。基于此，航保船岸協同信息交互標準化的實現采用XML 擴展標記語言進行數據的存儲及傳輸。

4.1 XML 技術實現船岸協同信息異構數據集成的框架

XML 是一種可擴展標記語言，它獨立于平臺和應用，將其作為數據集成的中間件，可以有效解決異構數據的數據交互及共享問題，實現框架如圖1所示。

圖1 數據集成框架

各層功能如表2所示。

表2 XML數據集成框架功能

4.2 基于XML 的航保船岸協同信息交互標準化的實現

基于XML 的航保船岸協同信息包括航標信息、礙航物、水上水下活動、軍事活動、船舶遇險、劃定區域（圓形、矩形）、劃定區域（不規則）、海洋氣象預報、海洋環境預報、海洋氣象預警、水文氣象預報、氣象信息采集、特殊船舶航行交通組織信息、特殊情況交通組織信息及日常航行計劃組織信息。[4]，[5]以海洋氣象預報為例，其元素結構如圖2所示。

圖2 海洋氣象預報元素結構

其余航保船岸協同信息交互標準化的實現及XSD描述文件詳見《面向船舶智能航行的數據標準指南（草案）》，在此不再贅述。

5 結束語

本文首先對航保船岸協同信息交互的現狀及發展做了分析，從傳輸通道及傳輸數據兩方面介紹了航保船岸協同信息的模擬化和非數字化；繼而結合實際，分析了智能航運背景下航保船岸協同信息交互的數字化及標準化需求，最后基于二進制信息實現了航保船岸協同信息交互的數字化、基于XML 實現了航保船岸協同信息交互的標準化。本文中基于XML 的標準化實現有待集成平臺的測試及反饋，其中或多或少會存在一些不足。