船舶引航中相關(guān)信息化技術(shù)的實(shí)踐與思考

項(xiàng)德強(qiáng)

（上海港引航站，上海 200082）

信息化技術(shù)的應(yīng)用為船舶航運(yùn)事業(yè)做出前所未有的貢獻(xiàn)，受到我國(guó)航海領(lǐng)域的高度關(guān)注。我國(guó)航運(yùn)雖然應(yīng)用信息化技術(shù)時(shí)間較短，但經(jīng)過(guò)不斷的更新完善，在使用效果、執(zhí)行架構(gòu)中已具備先進(jìn)水準(zhǔn)。航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展使我國(guó)船舶航行頻率、航運(yùn)密度實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大，但也導(dǎo)致了船舶海損現(xiàn)象的頻發(fā)。為了解決這些問(wèn)題，保障船舶在航行中的安全性，就要使用信息化技術(shù)制定自動(dòng)化的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水上交通管理。有效提高船舶監(jiān)控能力的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)海上運(yùn)輸中心管理，提高遇險(xiǎn)自救能力。

1 船舶領(lǐng)航信息自動(dòng)化技術(shù)核心

船舶領(lǐng)航信息自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳播能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)，解決以往在傳播中出現(xiàn)的信息不同步或信息孤島問(wèn)題。在GPS 技術(shù)的支持下，滿足航運(yùn)高密度的要求，使航運(yùn)路線具備高精準(zhǔn)性、高安全性。在船舶定位監(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理。此外，考慮船舶在航行中出現(xiàn)的潛在隱患以及必須重點(diǎn)關(guān)注的細(xì)節(jié)，信息化技術(shù)還可以完成動(dòng)態(tài)監(jiān)管。如分析定位調(diào)度，保障船舶常規(guī)管理得到優(yōu)化，提高航行效率。對(duì)于航運(yùn)領(lǐng)域，之所以大量應(yīng)用信息化技術(shù)替代以往常規(guī)的工作流程，皆源于信息化技術(shù)具備自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)。與GPS定位系統(tǒng)融合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，毋須申請(qǐng)專用頻點(diǎn)，減少資金投入[1]。

此外，對(duì)于人員而言，雖然信息化技術(shù)使工作環(huán)節(jié)操作簡(jiǎn)單，但精準(zhǔn)性不受任何影響，反而有極高優(yōu)勢(shì)。解決以往船舶引航對(duì)于工作人員經(jīng)驗(yàn)要求較高的局限，覆蓋面廣泛、容量較大[2]。

信息化技術(shù)涵蓋多種技術(shù)以及設(shè)備，并非單純的指某一種技術(shù)。因此，從硬件組成分析，以GPS 為例，其監(jiān)控系統(tǒng)融合了衛(wèi)星定位技術(shù)以及無(wú)線數(shù)據(jù)傳播技術(shù)。在船舶引航中，對(duì)于即將行駛的水域進(jìn)行安全判定。如對(duì)該區(qū)域進(jìn)行掃描，通過(guò)返回的數(shù)據(jù)構(gòu)建分析模型，了解其中是否包含潛在隱患。如系統(tǒng)判定該區(qū)域有可能出現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題，就會(huì)及時(shí)發(fā)出預(yù)警，避免后續(xù)危險(xiǎn)來(lái)臨。服務(wù)覆蓋面極廣，傳輸速率極高，為船舶領(lǐng)航工作提供便捷性。基于GPS 船舶定位監(jiān)控系統(tǒng)的原理，其最終目標(biāo)便是保障船載終端可以GPS 模塊接收定位器信號(hào)，通過(guò)中央處理器計(jì)算后能夠獲取準(zhǔn)確的位置信息。這種信息傳遞機(jī)制經(jīng)過(guò)調(diào)試優(yōu)化，提前布置完畢。服務(wù)器結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)高速處理，在數(shù)據(jù)打包、上傳、接收時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)化指令的執(zhí)行。包含緊急功能、行駛功能、管理功能等，完成優(yōu)化。信息化技術(shù)應(yīng)用監(jiān)控中心及硬件設(shè)施較多，不僅包含相關(guān)的服務(wù)器，同時(shí)也包含了數(shù)據(jù)信息處理中心、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等。主要完成航行數(shù)據(jù)的分析、儲(chǔ)存、篩選，保障船舶領(lǐng)航調(diào)度符合要求[3]。基于英特爾專線輸出關(guān)鍵的數(shù)據(jù)指標(biāo)，以高傳輸速度保障預(yù)警機(jī)制發(fā)揮作用。船舶航行時(shí)受到自然因素影響，自然環(huán)境分析極為重要。數(shù)據(jù)要求最快傳輸回指揮中心，在遇緊急災(zāi)情或不可控自然氣候時(shí)，可以制定緊急救援方案，降低船舶在航行中遇到風(fēng)險(xiǎn)的幾率[4]。

2 船舶引航中相關(guān)信息化技術(shù)的實(shí)踐

2.1 應(yīng)用AIS 識(shí)別分析系統(tǒng)

應(yīng)用AIS 識(shí)別分析系統(tǒng)，主要包含兩項(xiàng)要素：1.完善現(xiàn)有的調(diào)度平臺(tái)；2.結(jié)合AIS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)船舶領(lǐng)航精準(zhǔn)化提升。

在船舶調(diào)度平臺(tái)完善環(huán)節(jié)，要保障信息化技術(shù)應(yīng)用發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)，使用工作軟件提高工作速度，實(shí)現(xiàn)工作架構(gòu)的更新調(diào)整。此外，實(shí)現(xiàn)信息化軟件升級(jí)，還能夠通過(guò)軟件終端生成各項(xiàng)處理方案。在進(jìn)行軟件優(yōu)化時(shí)，任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以保障船員獲取港口的最新動(dòng)態(tài)情況。包含最重要的氣象條件以及水文地質(zhì)條件，收集歷年船舶事故高發(fā)地點(diǎn)，并制定預(yù)警機(jī)制。在船舶行駛至該地點(diǎn)時(shí)，便會(huì)生成建議方案，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，提高船舶港口領(lǐng)航的安全性[5]。

AIS 廣播信息分類兩種，即VDM 和VDO。其中，VDM 是本船收到的其它船舶的信息，而VDO 是船舶自身的廣播信息。VDM 消息和VDO 消息的格式完全相同。VDM 消息可以分解為多條發(fā)送。因?yàn)閂DM 消息的語(yǔ)句長(zhǎng)度是有限制的，最大不超過(guò)82 個(gè)字節(jié)。如果壓縮的通訊消息長(zhǎng)度太長(zhǎng)，那么，VDM 消息必須分解為多條子消息來(lái)發(fā)送。

分解為多條發(fā)送的方法是，將通訊消息拆開(kāi)到多條語(yǔ)句中。并且將每條消息中的“消息分解總條數(shù)”都設(shè)置為拆分成的總條數(shù)（不超過(guò)9 個(gè)）。然后依照順序?yàn)槊織l子消息編號(hào)，這個(gè)編號(hào)記錄到“語(yǔ)句序號(hào)”中。并且用“連續(xù)消息鑒別碼”來(lái)指定該條拆分消息的鑒別號(hào)。這個(gè)鑒別號(hào)依照順序從0 到9 循環(huán)。

應(yīng)用AIS 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基站設(shè)施以及船載設(shè)備組成的要求。AIS 系統(tǒng)又被稱之為船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，融合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)等。此外，該技術(shù)還包含了全球定位功能，能夠在領(lǐng)航的過(guò)程中對(duì)該船只位置、行駛方向、速度等實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判斷，了解港口的水域情況。這些信息通過(guò)自動(dòng)收集系統(tǒng)收集完畢后，實(shí)現(xiàn)傳播、分享。AIS 識(shí)別分析系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)包含了通信、定位以及融合，使船員能夠了解船舶附近的動(dòng)態(tài)問(wèn)題，分析潛在隱患。從定位技術(shù)分析，應(yīng)用全球定位技術(shù)能夠提高船舶領(lǐng)航系統(tǒng)的工作效率，還可以降低船員在工作中出現(xiàn)的錯(cuò)誤判斷，使航行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息通訊以及數(shù)據(jù)的高速傳播（如圖1所示）。

圖1 船舶引航——AIS 系統(tǒng)

2.2 對(duì)港口引航工作完成數(shù)據(jù)化管理

實(shí)現(xiàn)港口引航工作數(shù)據(jù)化，能夠?qū)σ酝谝竭^(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。比對(duì)歷史、工作方案，總結(jié)引航工作中的關(guān)鍵因素，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)引航時(shí)出現(xiàn)的局限問(wèn)題。例如，在引航過(guò)程中，船員可以結(jié)合信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份、篩選，以便數(shù)據(jù)能夠在服務(wù)器中生成對(duì)比方案，隨時(shí)查閱。此外，在建立模型時(shí)，還可以利用這些已儲(chǔ)存數(shù)據(jù)建立可視化模型，具有動(dòng)態(tài)反應(yīng)的效果，優(yōu)化引航工作。對(duì)船舶碰撞事故實(shí)現(xiàn)匯總分析，可以總結(jié)出導(dǎo)致碰撞事故的原因以及高發(fā)環(huán)節(jié)，制定規(guī)避措施。開(kāi)展針對(duì)性的優(yōu)化，減少地方出現(xiàn)船舶碰撞事故的幾率。此外，合理的利用電子航海圖，還可以實(shí)現(xiàn)船舶引航系統(tǒng)的完善。例如，電子航海圖主要顯示的為航海背景以及數(shù)據(jù)集成、分析效果。在傳統(tǒng)的港口引航技術(shù)中，工作模式已經(jīng)無(wú)法滿足引航的安全需要。因此，在航行時(shí)采用電子航海圖，可以反映船舶的所在位置以及最終停泊港口情況，實(shí)現(xiàn)圖形的疊加應(yīng)用以及數(shù)據(jù)錨點(diǎn)的顯示。在拋錨地選擇中，需要進(jìn)行連續(xù)定位。以往通過(guò)雷達(dá)定位完成，但觀測(cè)數(shù)據(jù)需要不斷地實(shí)現(xiàn)調(diào)整，才能確定自身定位[6]。隨后，根據(jù)船員的經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際情況，完成拋錨角度、錨點(diǎn)的修訂，以便控制拋錨。不僅耗費(fèi)大量的時(shí)間，同時(shí)最終數(shù)據(jù)有一定的滯后性以及誤差，給后續(xù)拋錨精準(zhǔn)操作帶來(lái)困難。使船舶無(wú)法一次性拋錨，經(jīng)常需要調(diào)整拋錨位置。但應(yīng)用電子航海圖，可以借助自動(dòng)化技術(shù)準(zhǔn)確地完成拋錨地的掃描，并就數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)調(diào)整。準(zhǔn)確進(jìn)入錨位進(jìn)行拋錨，極大提高成功率。與以往70%成功率相比，應(yīng)用電子航海圖，拋錨成功率可高達(dá)95%以上（如圖2）。

圖2 船舶引航——拋錨

2.3 完善船舶引航的工作環(huán)節(jié)

完善船舶引航工作環(huán)節(jié)，最重要的便是船員個(gè)人技能掌握情況以及綜合素養(yǎng)。作為基礎(chǔ)條件，船員具備信息化操作技能，可以保障船舶信息化應(yīng)用頻率效果符合要求。例如，可定期開(kāi)展專業(yè)的培訓(xùn)，保證工作人員的信息技能掌握，促進(jìn)工作人員彼此相互學(xué)習(xí)，借鑒成功經(jīng)驗(yàn)。吸收他人在工作中的閃光點(diǎn)，以彌補(bǔ)自身在工作中出現(xiàn)的各項(xiàng)不足，確保最終的工作效率以及安全性。開(kāi)展人才引進(jìn)計(jì)劃，緩解目前船員數(shù)量不足以及人員素質(zhì)較低的問(wèn)題。還可以制定有約束性的工程規(guī)章制度，防止船員在工作中出現(xiàn)散慢、工作態(tài)度下降等問(wèn)題。調(diào)節(jié)船員的工作積極性，添加完善的配套設(shè)施，保障港口引航工作發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)。例如，完善碼頭靠墊鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)管理。制定引航方案，并定期就港口泊位的實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)考察，分析該港口是否方便停泊，保障港口引航的安全性。

3 船舶引航中相關(guān)信息化技術(shù)的思考——以GPS 系統(tǒng)為例

以GPS 系統(tǒng)為例，分析信息化技術(shù)的使用。主要可包含登錄、通信、監(jiān)控、定位等。

如登錄功能，當(dāng)船舶在航行中偏離既定航線或停港時(shí)間超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，終端信息管理系統(tǒng)都會(huì)及時(shí)對(duì)監(jiān)控中心進(jìn)行預(yù)警，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。在未來(lái)，GPS 系統(tǒng)可以對(duì)船舶引航實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。例如，通過(guò)記錄、行駛間隔以及船舶整體運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化導(dǎo)航。配備導(dǎo)航軟件以及電子地圖，收集船舶的數(shù)據(jù)信息完成引導(dǎo)（如圖3）。

圖3 船舶引航自動(dòng)化系統(tǒng)——GPS 技術(shù)

如通訊系統(tǒng)，GPS 船舶定位監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)傳播中心，更是交通樞紐。在未來(lái)，要了解客戶終端數(shù)據(jù)的采集、上傳，以便控制最終命令。結(jié)合已有的通訊網(wǎng)關(guān)，在消息服務(wù)中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存。

當(dāng)GPS 衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1 和0 二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡(jiǎn)稱偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS 系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A 碼和軍用的P(Y)碼。C/A 碼頻率1.023MHz,重復(fù)周期一毫秒，碼間距1 微秒，相當(dāng)于300m；P 碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4 天，碼間距0.1 微秒，相當(dāng)于30m。而Y 碼是在P 碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號(hào)中-{A|zh-cn:解調(diào)制;zh-tw:解調(diào)變}-出來(lái)，以50b/s-{A|zh-cn:調(diào)制;zh-tw:調(diào)變}-在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含5 個(gè)子幀，每幀長(zhǎng)6s。前三幀各10 個(gè)字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測(cè)碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3 數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。

如監(jiān)控中心，包含了GPS 應(yīng)用程序模塊以及通信模塊，二者配比，建立工作核心。GPS 模塊承擔(dān)數(shù)據(jù)的輸入以及編輯，在查詢以及顯示功能中，連接監(jiān)控服務(wù)器后可以實(shí)現(xiàn)指令的轉(zhuǎn)發(fā)。最常見(jiàn)的便是定位功能、預(yù)警功能等。例如，在定位功能中，通訊模塊有極為強(qiáng)大的查詢便捷性，可以方便船舶實(shí)現(xiàn)智能化的調(diào)度。而查詢功能則是以矢量圖為標(biāo)準(zhǔn)，完成圖形的查詢，包含數(shù)據(jù)查詢以及邏輯查詢，便于后續(xù)指揮調(diào)度。如遇緊急危險(xiǎn)情況，救援功能還可以部署一系列的應(yīng)對(duì)措施。

如其他功能，包含了船舶在航行過(guò)程中的船況監(jiān)聽(tīng)以及系統(tǒng)集中管理。完成到港預(yù)報(bào)，對(duì)船只的航行信息實(shí)現(xiàn)計(jì)算，并分析預(yù)計(jì)到港時(shí)間。隨后，將二者進(jìn)行對(duì)比，找出差異點(diǎn)，解決差異點(diǎn)。將最終處理的信息報(bào)送至港口碼頭，以便港口做好接航準(zhǔn)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合我國(guó)航運(yùn)領(lǐng)域的現(xiàn)狀，我國(guó)目前應(yīng)用信息化技術(shù)解決船舶引航出現(xiàn)的局限問(wèn)題，在提高最終經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，解決已知的安全風(fēng)險(xiǎn)。船舶引航與常規(guī)交通有所不同，船舶在海面航行，一旦出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，其影響極為巨大，甚至出現(xiàn)不可逆財(cái)產(chǎn)損失以及人員傷亡，對(duì)于企業(yè)的后續(xù)發(fā)展產(chǎn)生毀滅性打擊。因此，船舶行業(yè)必須提高產(chǎn)品的集中度，進(jìn)一步加大信息化的應(yīng)用以及系統(tǒng)的更新。實(shí)現(xiàn)管理強(qiáng)化，最大程度地保障信息化技術(shù)推廣應(yīng)用。船舶信息化技術(shù)不僅能夠強(qiáng)化造船企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，還能夠輔助完成我國(guó)的水面交通管理。為船舶的精準(zhǔn)運(yùn)行提供保障，優(yōu)化已有的引航功能。在未來(lái)，可開(kāi)展“自引自航”技術(shù)，為船舶引航事業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，使我國(guó)船舶引航真正具備自動(dòng)化、智能化、精準(zhǔn)化的優(yōu)勢(shì)。