港口引航工作中現(xiàn)代電子技術的應用分析

申宏江

（上海港引航站，上海 200082）

從目前港口引航作業(yè)的現(xiàn)狀而言，要想進一步提升引航效果，應重視現(xiàn)代電子技術的作用價值，根據(jù)實際情況，將現(xiàn)代電子技術合理運用到港口引航作業(yè)中去，同時運用計算機等各類先進設備取代原本的人力引航模式。現(xiàn)如今，我國港口引航作業(yè)所使用的電子技術通常以GPS 以及AIS 技術為主，這類技術的合理應用不僅能夠提升引航作業(yè)的整體效果，還能夠保證引航作業(yè)可以順利開展。

1 AIS 技術

AIS 也被稱之為自動識別系統(tǒng)，具體構(gòu)成情況大致如圖1 所示。從另一種角度而言，AIS 就是作為一種數(shù)字助航系統(tǒng)設備，其中包括網(wǎng)絡、計算機以及現(xiàn)代通訊等各類技術，同時以全球定位系統(tǒng)為重要基準，并在第一時間內(nèi)了解并掌握船舶的實時位置、行駛速度以及航行方向等相關信息數(shù)據(jù)傳遞給周邊船舶以及海岸，確保船舶靠近岸邊時能夠及時認知海岸船舶動態(tài)以及各種靜態(tài)信息，最終以各類信息數(shù)據(jù)為基礎創(chuàng)設出更加科學合理的管控方案，從而保證各個船舶之間能夠更加協(xié)調(diào)平衡。與此同時，還要根據(jù)實際情況，創(chuàng)設出更加完善的避讓措施，從多方面、多角度確保船舶在行駛過程有著更為優(yōu)秀的安全可靠性。其次，此項技術大致分為數(shù)據(jù)通訊、GPS 差分定位以及AIS 信息運用。

圖1 船舶自動識別系統(tǒng)

其一，數(shù)據(jù)通訊。通常直至運用AIS 船舶引航系統(tǒng)對各類信息數(shù)據(jù)實施高效傳輸作業(yè)，其中包括GSM 短信等相關內(nèi)容，對比各種傳輸方式，GSM 短信在實際應用時極其方便，而GPRS 公網(wǎng)通信能夠?qū)⒏黝愋畔?shù)據(jù)實時傳輸?shù)较鄳到y(tǒng)中去，并且能夠充分滿足長期在線條件，促使此項技術經(jīng)常運用在船舶短航數(shù)據(jù)傳輸作業(yè)過程中；

其二，GPS 差分定位已然取代了原本的船信標GPS，促使引航設備最終顯現(xiàn)的便捷性能夠達到預期標準[1]。

2 AIS 技術的應用特征

2.1 避免信息數(shù)據(jù)失真

從事引航工作的相關人員在對船舶開展引航作業(yè)時，通常會以RADAR 或ARPA 技術實時獲取各個船只的信息數(shù)據(jù)，倘若船舶在行駛過程中遇到較為惡劣的天氣環(huán)境，就會嚴重干擾RADAR 以及ARPA 正常運行，最終獲得的信息數(shù)據(jù)也會發(fā)生極其嚴重的失真狀況，引航作業(yè)也會因此難以順利開展，致使船舶顯現(xiàn)的安全可靠性難以達到預期標準。如若能夠?qū)⒋隧椉夹g融入到系統(tǒng)中去，引航人員就可以充分運用此項技術順利完成引航作業(yè)，始終確保船舶能夠保持在主航道范圍內(nèi)，并在第一時間內(nèi)獲得其他船舶的各項信息數(shù)據(jù)，以此優(yōu)化原本的避讓計劃，從而保證船舶能夠正常行駛。相較于上述技術，此項技術能夠?qū)崟r獲取目標船舶的各類信息，其中包括行駛速度有以及船舶類型等相關內(nèi)容，積極引導引航人員以此類信息數(shù)據(jù)為基準，合理定位當前船舶的實時狀態(tài)，從而保證最終創(chuàng)設的避讓對策更加科學合理[2]。

2.2 防止生成錯誤信息

如若能夠?qū)IS 技術應用到港口引航作業(yè)中去，不僅能夠充分避免生成各種錯誤信息，確保避讓計劃更加科學合理，因此，復雜引航作業(yè)的相關人員應及時了解并掌握此項技術的特征以及技術各類需求，才能夠在具體工作熟練使用此項技術處理各種難題。從另一種角度而言，AIS 靜態(tài)信息通常以人工錄入方式為標準，倘若員工責任感較差，就會導致信息數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤狀況。

3 現(xiàn)代電子技術在港口引航工作中的實際應用

3.1 雷達技術的實際應用及建議

雷達技術作為船員和引航員的“眼睛”，其能夠準確探測和測量水面物標的具體方位與距離。雷達技術主要通過發(fā)射高頻脈沖對物體的距離進行測量，雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。通常情況下，港口采用的雷達波段為S 波段和X 波段，其中X 波段波長為3cm，該雷達能夠?qū)崿F(xiàn)360°全方位的實時偵查；S 波段波長為10cm，其屬于短波。在港口引航過程中，雷達主要用于避碰、導航和定位，根據(jù)相對矢量線可以計算出船舶最近會遇距離和會遇時間，進而判斷出船舶是否存在碰撞風險。

圖2 雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2019 年3 月某港口東航道2、3 號浮到61 號浮航行船舶雷達位置和雷達速度均出現(xiàn)丟失報警的情況。針對該問題港口管理部門懷疑船舶雷達目標跟蹤（TT）和自動標繪（ARPA）功能出現(xiàn)了故障。但經(jīng)過檢驗后發(fā)現(xiàn)船舶雷達并未出現(xiàn)故障，造成該故障問題的主要原因為該水域GPS 信號存在丟失情況，雷達圖數(shù)據(jù)顯示區(qū)如圖3 所示。

圖3 雷達圖數(shù)據(jù)顯示區(qū)

從圖中可以看出該港口船舶對于方向的分辨主要利用GPS 導航系統(tǒng)，艏向采用陀螺羅經(jīng)，無法直接顯示經(jīng)緯度。從船舶航行速度來看，船舶航行速度主要可以通過GPS 或計程儀顯示，計程儀可以分為海底計程儀和水層計程儀。計程儀屬于主動傳感器，其可以直接顯示船舶的航行速度，而GPS 屬于被動傳感器，其需要由船員執(zhí)行相應的操作才能夠顯示對地船速和對地航向。而雷達技術則能夠根據(jù)船舶的實際位置檢測船舶周邊的情況，同時推算出船舶的航速、航向、會遇距離和會遇時間等。此外，雷達技術也能夠直觀的顯示船舶和會遇船的真運動，進而避免船舶出現(xiàn)碰撞事故。在引導船舶進入港口過程中應用雷達技術，可以幫助引航員快速掌握和明確水域浮筒、燈標和陸地岸線等，進而準確地將船舶引入港口。

3.2 AIS 技術的應用及建議

利用AIS技術能夠快速識別配備有AIS系統(tǒng)的船舶，通常情況下AIS 系統(tǒng)能夠識別20NM 范圍內(nèi)的物體，根據(jù)天氣情況和地形條件等，AIS 技術識別范圍可以進一步擴大。與雷達技術相比，AIS 技術識別范圍更大，且受到高樓大廈、地形遮擋等因素的影響較小，不會出現(xiàn)誤跟蹤、漏跟蹤等問題，此外AIS 技術在雷暴天氣環(huán)境中仍能夠準確快速地識別船舶。

某船舶在進入桂山島港口過程中，其雷達信號被牛頭島所遮擋，在電子海圖中只能觀察到船舶的AIS 圖標，如圖4 所示。由于牛頭島遮擋了船舶雷達直射波，因此船舶雷達僅顯示了牛頭島的海岸線，但是船舶的AIS 系統(tǒng)可以直觀地顯示牛頭島的具體情況。通常情況下，雷達主要通過反射微波對目標進行探測，而AIS 則是通過VHF 探測目標，雷達在利用反射微波探測目標時極易受到地形因素的影響，而AIS 受到的影響相對較小，因此在高山遮擋的航道水域中，引航員應當時刻觀察AIS圖標，避免出現(xiàn)船舶航線匯入錯誤的情況。

圖4 電子海圖

3.3 雷達與AIS 融合技術的應用及建議

AIS 技術與雷達技術均存在優(yōu)點和缺點，將其進行融合可以達到互補的目的，在船舶引航過程中引航員可以利用AIS 技術和雷達技術獲取全面可靠的船舶信息，通過制定合理的引航方案，可以進一步保證船舶航行安全性。

某船舶在航行過程中雷達屏幕同時出現(xiàn)了AIS 圖標和雷達圖標，雷達目標檢測距離有遠有近，因此引航員無法準確判斷雷達信息和AIS 信息的準確性。出現(xiàn)船舶雷達信息與AIS 信息不在同一位置的主要原因有兩方面，一方面是船舶AIS 目標檢測位置即船舶AIS 天線位置，而AIS 天線通常安裝于船舶駕駛室上方位置；雷達探測位置即船舶回波前沿位置，如果監(jiān)測目標船舶長度為400m，則雷達檢測距離與AIS 監(jiān)測具體存在400m的差距。另一方面，AIS 與雷達技術信息更新頻率存在一定差異。AIS 信息更新速度如表1 所示。在42 號浮船舶航行速度為15 節(jié)的情況下，AIS 信息更新速度為6s；航行速度為12 節(jié)時，AIS 信息更新速度為10s。而雷達信息更新速度通常為3s，并且不會受到船舶航行速度的影響，因此引航員在近距離避碰過程中應當以雷達監(jiān)測距離為準。

表1 AIS 信息更新速度

4 優(yōu)化現(xiàn)代電子技術使用情況的建議

為進一步加強港口引航工作的管理，港口需要構(gòu)建完善的船舶引航管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)主要由GPS、GPRS、計算機技術和GIS 等技術組成，并且該系統(tǒng)集港口船舶拖輪管理、船舶動態(tài)管理、引航管理和GIS 管理等功能。此外，該系統(tǒng)還需包括導航系統(tǒng)、引航管理系統(tǒng)、電子海圖系統(tǒng)、VTS 管理系統(tǒng)和海圖監(jiān)管系統(tǒng)等。在構(gòu)建管理系統(tǒng)過程中，港口部門需要綜合應用無線通信技術、GPS 定位技術、AIS 技術和監(jiān)控技術等進而實現(xiàn)海上導航、港口引航和陸地監(jiān)控的實時化、動態(tài)化和統(tǒng)一化管理。港口引航管理系統(tǒng)除了需要具備以上功能外，還需要向港口提供引航作業(yè)、航海和海圖數(shù)據(jù)處理功能，通過對港口引航作業(yè)信息進行分析，幫助引航人員構(gòu)建出完善的引航作業(yè)流程。此外，港口部門也需要借助DEI 技術和通信網(wǎng)絡技術是構(gòu)建引航作業(yè)申請和船期預報申請功能。另外，利用該系統(tǒng)構(gòu)建港口船舶監(jiān)控中心，可以實現(xiàn)對港口附近海域AIS 船舶、拖輪和引航船舶的動態(tài)化管理。同時也能夠?qū)Ω劭诘拇霸诤胶屯２吹葼顟B(tài)進行實時監(jiān)控，進而幫助港口做好船舶引航工作。

5 結(jié)束語

總而言之，要想充分滿足出口貿(mào)易的各類需求，應加快港口現(xiàn)代化建設腳步，合理運用更加先進的現(xiàn)代化技術，從多方面、多角度保證引航作業(yè)能夠順利開展。從另一層面而言，AIS 技術作為一種極其先進的技術，從事引航作業(yè)的相關人員應重視此項技術的作用價值，根據(jù)港口引航作業(yè)的實時情況，合理運用此項技術，確保引航人員能夠在第一時間內(nèi)了解并掌握船舶各類信息數(shù)據(jù)，并以各類信息數(shù)據(jù)為重要基準，創(chuàng)設出更加科學合理的避讓對策更加科學合理。