多功能航標建設的幾點思考

張峰

摘? 要：本文在交通強國、海洋強國的大戰略背景下，根據海事航海保障事業面臨的新形勢、新任務，分析多功能航標建設的緊迫性和必要性，并結合上海航標處多功能航標建設實際對如何推進建設多功能航標提出了具體建議和意見。

關鍵詞：多功能航標；建設；緊迫

0 引 言

海洋立體感知網是“智慧海洋”的信息來源，我國已建立覆蓋管轄海域的初步立體感知網，為認知海洋溫、鹽、流、浪等分布及變化，提升海洋災害應對和生態保護能力，應對氣候變化等發揮了重要作用。在航標上加載氣象、水文等傳感設備可以實時獲取海洋氣象、水文、水質、生態、動力等參數， 可以為防災減災、海洋經濟、海上軍事活動等服務。隨著科技發展和海洋環境監測、預報的需要，人類探索海洋、認識海洋的步伐不斷加快，新型海洋感知具有深遠意義和廣泛前景，這意味著多功能航標建設進入新時代，傳統航標建設急需轉型升級，多功能航標建設迫在眉睫。

1 多功能航標建設的需求分析

1.1多功能航標建設必要性分析

交通運輸部印發了《關于推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》提出：“到 2035年，交通運輸領域新型基礎設施建設取得顯著成效，加強泛在感知設施、先進傳輸網絡、北斗時空服務在交通運輸行業深度覆蓋，打造‘陸海空天一體化的水上交通安全保障體系。”“陸海空天”一體化的水上交通安全保障體系旨在構建形成多維感知、全域抵達、高效協同、智能處置的一體化水上交通運輸安全保障體系，將在多維感知技術和裝備、海上專用通信網絡技術與核心設備、水上交通大數據與智能管控一體化平臺等方面深化科技創新。

近年來，科學技術發展日新月異，電子技術、無線電通信、網絡技術等迅猛發展，航標新技術、新材料、新能源不斷開發和利用，航標維護質量、效能和效率持續不斷提升，航標對外導助航服務能力和水平也愈來愈高，這為船舶航行安全提供有效保證的同時，也為海上各類活動提供了更為全面可靠和更加便捷高效的服務保障。同時，新科技、新技術在航標領域的大量應用使傳統航標的服務功能、自身質量和管理模式等諸多方面發生了深刻變化，尤其無線電航標的作用日漸凸顯，其對傳統航標帶來的沖擊是顯而易見的。可預見這一影響未來還將不斷加劇，特別是e—航海的建設發展和智能航運等技術發展，標志著航標發展已經進入了一個全新的數字化、信息化和智能化時代。在航海保障需求的不斷提升和航標新技術迅猛發展的背景下，航標在多功能化、數字化和智能化方面的發展將成為必然趨勢。以航標發展為基礎，“陸海空天”一體化水上交通安全保障體系建設為契機，順應e—航海發展趨勢，推動傳統航標“賦能升級”，打造多維感知、科技創新的航海保障服務新裝備勢在必行。

1.2多功能航標建設的可行性分析

當前，新一輪科技革命和產業變革孕育興起，現代信息技術、新能源、新材料技術等與水運行業的深度融合，智能航運、綠色航運已成為整個行業正在經歷的時代變革。新材料、新技術在航標領域的大量應用使傳統航標的服務功能、自身質量和管理模式等諸多方面發生了深刻變化，極大豐富了船舶助航和航海保障的手段和途徑。多功能航標是在傳統導助航基礎上，搭載一定的環境信息感知設備，實現其他特定功能和用途的助導航設施。一是浮體材料的輕型化和可組裝化，二是通信手段的多樣化，三是感知設備的小型化和節能化，四是各類信息處理智能化。要適應這種趨勢，勢必將瞄準新一代信息技術、人工智能、新材料、新能源和新裝備等世界科技發展前沿，發展多系統、多網絡、互聯互通的綜合航海保障平臺，提供層級遞進的立體導助航服務、多元化的航海保障服務產品。以科技創新引領航海保障技術發展，全面推進科技手段在航海保障各領域的應用，推動航海保障服務與技術向立體化、智能化、多元化，讓航海者享受優質的服務保障。隨著航運業的發展與科技的進步，相關政策、規劃等對航海保障提出了新的要求，尤其是在航標方面，重點提出對傳統導助航設施進行數字化智能化改造（以下簡稱“多功能航標”），提升水域海洋數據監測能力，最終形成分區分級、層級遞進的綜合導助航服務網絡。航標作為海上航海保障服務的重要設施，在航海保障需求的不斷提升和航標新技術迅猛發展的背景下，航標在多功能化、數字化和智能化方面的發展也將成為必然趨勢。

2 多功能航標實施過程中的問題思考

2.1多功能航標布設的科學性

多功能航標因為需要搭載信息采集終端、數據傳輸及計算終端，因此成本較高，能耗較大，具有較強的技術性，前期并未大規模開展布設。靠一個單位建設多功能航標感知網是十分困難的，海洋氣象水文監測部門、各科研單位、監管部門等多多少少在海洋氣象、環境等方面建設了一定量的多功能航標，要結合各單位布局，形成資源共享、優勢互補的共建格局。

多功能航標的維護海區航標維護規定對航標維護進行了明確的要求，但是一旦多功能航標建成，勢必也要對多功能航標感知設備進行一定量的維護，因此航標維護周期與感知設備維護周期要緊密結合。此外，要善于聯合專業單位進行維護，在交通、資源等方面予以支持，以數據共享、資源共用實現共贏。

2.2多功能航標技術路徑

首先，我們要明確的一點是，多功能航標是面向航海用戶和涉海管理者的，因此決定了多功能航標技術實現路徑需要有2個，一個是面向航海用戶的信息播發，另一個是面向管理者的信息掌控，這就使得多功能航標應具備實時播發和實時數據傳輸到管理中心兩個功能。在第一個功能上，要結合航海用戶需求，實現目前駕駛人員可視可聽的信息傳播，第二個功能上要實現數據的存儲、分析、預判等功能，便于管理者對海上活動進行安全監管。

2.3多功能航標合作機制和數據共享

多功能航標一是合作建設，在設備投入資金較大的情況下，可以利用航海保障部門的優勢，提供基礎設施供多功能設備安裝，而相關部門可以提供裝備，實現共享共建。二是數據共享，可以在信息安全的前提下，共享采集數據。三是要充分考慮數據標準和數據格式問題，建議按照S100系列標準建立數據庫。四是要考慮未來技術發展需要，如VDES建設和北三建設的需要。

3 多功能航標的功能要求

多功能航標應具備傳統導助航功能和其他特定功能，傳統導助航功能主要是視覺、無線電和音響航標功能。其他特定功能又可以按用途分為氣象、水文、CCTV、雷達、環境監測等。多功能航標除具有導助航功能外，又具有其中一種或多種特定功能。列舉如下：

3.1目視導航服務

傳統的目視導航，仍然是多功能航標的主要功能，其按照相關標準，依托主體形態和導航燈器，為船舶實現目視導航功能。

3.2無線電導航

無線電導航是多功能航標標準導航職能的標準配置，基于AIS通信的智能航標，不僅可利用目前標準的 AIS 要求導航，并且可以通 過AIS信道開展水文氣象等其他導航類信息的播發，提供船端用戶完整、全面的綜合導助航服務。

3.3水文氣象服務

水文氣象服務一直是船舶駕引人員導航的必要信息，利用多功能 航標水文、氣象監測功能，通過 AIS 信道播發功能實現多功能航標所在水域局部區域的水文氣象服務，是大區域范圍水文氣象服務的補充。

3.4空氣環境監測服務

在踐行國家戰略的趨勢下，環境保護要求日益提高，對于海上空氣監測，也是國家環保管理單位的需要補充完善的部分，海上空氣監測服務網絡建設完成后，可將信息提供國家環境保護單位環境監測總 站，對其海上空氣環境監測形成補充。

3.5 CCTV 視頻監控服務

隨著海上多功能航標 CCTV 視頻采集終端的搭載，將海上的視頻進行采集，組成海上 CCTV 視頻采集網，并存入數據庫，通過特定模型大數據的分析，可以為安保管理單位及海事管理單位提供支撐。后續結合 VTS、AIS 等系統數據的融合，組成基于 AR 技術視頻綜合監控，也為海圖的數字孿生服務提供信息的采集。

3.6智能防碰撞預警及溯源服務

航道中航標被船舶碰撞的概率較高，目前對于航標避碰主要采用 AIS無線電航標的提示，多功能航標在能源系統充足的條件下，可設置航標虛擬報警圈概念，當船舶進入鄰近區域，可自動發出 AIS/ASM點對點報文，報告自身精準實際位置信息，進行有效提醒，可對將要碰撞自身的船舶進行有效的視覺提醒。

3.7安全信息廣播服務（MSI）

基于 AIS 智能終端的設備，可利用 ASM/AIS通道廣播海事相關的安全信息，可與NAVTEX形成有效的補充，實現近遠海安全信息廣播全覆蓋。

3.8 設備搭載服務

基于多功能航標配置的能源系統與通信系統，可根據需求提供設備搭載服務。

4 關于多功能航標實施的建議

4.1多功能航標向智能航保發展

發展智能航海保障也是未來航標從傳統到智能化轉型發展的必經之路，搭建沿海的海洋數據感知網絡，提供多元化的數據服務，是發展智能航海保障，提高“陸海空天”一體化海事航保監管能力的必然需要。開展航標的多功能建設是智能航保基礎設施建設的重要一環，這將極大地拓展航保工作的外延，提升航保數據采集和環境感知能力，有利于航保大數據庫的建設，為后續數據深度開發定制服務、增值服務打下堅實的基礎。

4.2多功能航標建設實施路徑選擇

多功能航標建設是一項系統工程，且需要項目的持續推進，因此科學設計多功能航標建設路徑至關重要。一是多功能航標要充分考慮到航海用戶的現實需求，要把有限的資源優先用于重要航段、重點水域。二是多功能航標要充分考慮到航標配布的實際條件。要因地制宜地配布多功能航標要素，合理選擇有利地點。三是多功能航標要充分覆蓋航標各種類標志屬性。固定標志燈塔和燈樁、大型浮動標志、普通燈浮標等等。基于以上幾點考慮，可以試點建設、推廣、全面布局的方式開展此項工作。

5 多功能航標的應用實踐

為響應東海海區智能航海保障建設，推進航標業務智能化，航標服務智能化，上海航標處以東海航海保障中心提出的《多功能航標研究課題》為指導，積極推進《助航標志加載多功能要素改造》項目建設，以重要水域及特殊航道上的燈浮、燈樁、燈船為載體，通過模塊化設計，利用AIS和邊緣運算技術實現氣象水文、淺灘、橋梁、沉船預警等助航信息的采集和播發功能。

以打造航標業務服務智能化“東保易通—E-ATON”品牌為目標，上海航標處目前已完成3座多功能航標建設，分布于上海港寶山航道、上海長江大橋和圓圓沙警戒區等重要水域及特殊航道上，分別安裝在燈浮、燈樁、燈船上。

5.1 W88號燈浮加載多功能航標升級改造

上海航標處考慮在沉船、淺灘等復雜水域為航行船舶提供有效的避險預警信息，決定對上海港寶山航道中直徑為2.4 m的W88號燈浮進行多功能航標升級改造，安裝小型化、智能化、集成化的便攜式多功能應急沉船示位航標。2022年1月14日，新年伊始，通過不懈努力，上海航標處成功拋設了W88號沉船示位標，標志著東海海區第一座多功能航標設置成功，見圖1。

該多功能應急沉船航標，除了具備傳統航標燈內置北斗遙測遙控功能外，還集成了多鏈路網絡，包括北斗通信、全網通通信、AIS鏈路通信等技術，實現了單體航標上播發虛擬AIS航標和實體AIS航標，設置三級報警圈形式的電子圍欄，向越界船舶定向發送報警信息等航海保障服務。根據附近船舶不同危險局面智能發布相應報文，如：“東保易通，沉船、淺灘預警”等多種類別的信息，提醒船舶危險水域謹慎駕駛。本次多功能航標智能預警助航信息的設置還考慮到活動在這塊水域的外籍船舶。為不占用過多的AIS播發時隙，如果觸發電子圍欄的是中國籍船舶，便向其播發中文報警信息。如若是外籍船舶，則向其播發英文報警信息。

W88號沉船示位標上加載多功能要素的首次嘗試，打破傳統，使新技術、新設備的應用上不再受地理位置、設施大小、能源供應和通信手段等因素的限制，突破原有中心數據收集展示模式，直接無差別化將服務數據推送給船端的任何AIS船臺，秉承“用戶需求多樣化，服務無差別化”服務理念，向附近所有駕引人員提供綜合導助航信息服務。

5.2 長江大橋33號警戒燈樁上加載多功能要素進行測試

長江大橋周邊水域淺灘林立，淤積嚴重，造成航道軸線調整，軸線與大橋孔不再垂直，加大了船舶通航難度。同時，通過復雜狹窄的大橋孔對船舶駕引人員的駕駛水平、水文環境掌控和助航要素把握提出了較高的要求。考慮到第二座多功能航標的選址需要的優良通訊環境、經濟社會效益、測試樣本的代表性、測試點交通距離和作業安全等因素，經綜合評估后，選擇在長江大橋33號警戒燈樁上加載多功能要素進行測試。

長江大橋33號警戒燈樁多功能航標具備公網和北斗2種通訊方式，內置微型AIS基站可播發虛擬AIS航標、電子圍欄，在前期W88號沉船示位標的成功基礎上，加載風向、風力和能見度等模塊，向過往船舶提供助航、警示和氣象要素等信息。正當其時，切口小、見效快，立竿見影地為群眾辦實事辦好事，見圖2。

選擇風速、風向要素設備采集信息，通過多功能航標的基站對外播發6號或者8號報文，將氣象信息和安全提醒信息如“東保易通：西南風1級，注意橋梁”及時、無差別地推送到船臺的AIS終端。同時，在橋孔航道邊界外設置電子圍欄，避免船舶駛入淺水域擱淺，有序安全通過橋梁水域。

5.3 圓圓沙燈船加載多功能要素進行測試

第三座多功能航標的選址，上海航標處將目標定格在大型水上助航標志。圓圓沙警戒區位于長江口深水航道、南槽航道、橫沙通道交匯處，該水域通航船舶密度大，受東海前進潮波和長江水流雙重影響，水流流向隨時間變化發生旋轉，通航水文條件非常復雜，造成船舶操縱困難。為滿足航海用戶需求，嘗試將重點水域流速流向、風速風向、能見度等水文氣象數據實時監測傳輸和發布應用，為船舶安全通航提供現場決策參考。

為充分發揮前期長江口e—航海建設中圓圓沙燈船數據采集的有利條件和資源，將航標燈器狀態、位置狀態、水文、氣象等現場采集的數據經過終端處置，通過6號報文實時播發給進入預先設置的電子圍欄內的船舶，提供給附近的航海用戶作為駕引參考。上海航標處在圓圓沙燈船的多功能要素及各類設備的前期準備上做足功課，不打無準備之仗。

本次圓圓沙燈船的多功能航標技術路線主要通過要素采集系統獲取氣象傳感器和水文傳感器的實時信息，結合電子圍欄功能篩選船舶，并使用6號二進制短報文（中文）和12號短報文（英文）尋址向相關船舶播發信息，同時將相關的數據信息回傳至后端平臺進行顯示，見圖3。

6 結 語

總之，多功能航標建設應瞄準交通強國建設目標，搶抓機遇，依據“陸海空天”一體化水上交通運輸安全保障體系建設的整體覆蓋區域要求、時間階段要求，以點牽動，分步推進，逐步形成成線、成鏈、成片的多功能航標感知網、服務網，將多功能航標建設走深邁實，全面構建和完善現代綜合助航體系，從而助推智能船舶、智能航運新業態發展，助力建成人民滿意、保障有力、世界前列的交通強國。

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