浅谈基于通信网络GPS监控在内河船舶监管中的应用前景

盛黎

摘 要：目前，内河船舶监管主要有VTS监控、AIS监控及基于通信网络GPS监控三种主要方式，前者为主动探测船舶目标，连续跟踪船舶运行动态，后两者皆通过船载终端上传定位信息到中心来实现船舶监控。本文主要对后两种方式的组成原理进行剖析，并通过其通信协议、系统建设、使用成本、通讯网络、推广难易及适用性六个方面的比较，说明在内河航运，基于通信网络GPS监控比AIS监控更具有优势，未来的应用前景更为广阔。

关键词：GPS监控；内河；船舶监管；应用

近年来，随着我国低碳交通体系的逐步建立，内河水运得到快速发展，船舶数量增加，大型化日益加剧，船舶航行安全、航行效率以及通航秩序显得尤为重要，对于船舶的监控管理就十分迫切。同时，通信技术迅速发展，特别是交通水运信息化的推进为船舶的监控提供了必要的技术支撑。目前，内河航运的船舶监控主要有VTS监控、AIS监控和基于通信网络GPS监控（以下简称GPS监控），后两者实现方式相类似，下文就这两种方式进行详细介绍和深入比较。

1 AIS监控

AIS是自动识别系统（Automatic Identification System） 英文首字母缩写词。它通过甚高频（VHF）数字通信以广播方式不断地向附近的船舶和岸台播发自己的身份识别标志、船舶类型、载货情况、航线、目的港、当前船位与速度等信息，同时接收来自岸台的查询和附近船舶的AIS信息，并把有关信息以图形和电文方式显示在自己设备的屏幕上，使船舶、船岸间能够共享信息，以实现船舶的自动识别和监视。

AIS设备一般分为A、B、C、S、N5级，其中A、B类用于船舶，C类用于基站。按照SOLAS公约强制要求，国际航行300总吨及国内航行500总吨以上的船舶均要求安装AIS，目前国内内河航运符合条件的船舶安装的是为B类AIS设备。根据系统VHF数据链路接入协议的不同，B类AIS设备分为采用SOTDMA（自组织时分多址）接入协议的“SO”和采用CSTDMA（载波侦听时分多址）协议的“CS”两种，目前国内大部分AIS选用的是后者。它借助GPS/DGPS（差分GPS）接收机精确定位和测速功能，采用载波侦听时分多址联接（CSTDMA）数据通信技术，通过VHF发射/接收机实现船船和船岸的数据交换①。

AIS监控系统由船载AIS终端和监控中心两部分组成，岸站接收到的船载AIS信息（NMEA语句）并通过RS-232接口发送到通信服务器，通信服务器把解析后的数据存储到数据库，监控中心通过应用服务器调用数据库数据并在电子航道图上展现来实现其监管的功能。

2 GPS监控

基于通信网络GPS监控系统主要由船载GPS终端、通信网络和监控中心组成。通信一般采用中国移动GPRS或者中国电信CDMA网络，基于3G网络的目前尚不多见，下以GPRS为例。GPRS（General packet radio service）是通用分组无线业务的简称，它采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构，能够提供比现有GSM更高的数据率，是一种采用分组交换和传输技术的高速、低速数据及信令的高效率数据传输方式。

GPS船舶监控依托于移动通信运营商的网络覆盖，终端首先通过通讯模块拨入Internet或专网与通信服务器建立TCP连接，定期从GPS接收机中接收船舶经纬度、速度等信息，然后对这些数据进行处理，按照协议打包，并将数据包上传到通信服务器，通信服务器把接收到的数据按照对应协议解析，存储数据并推送到监控中心服务端口，监控中心不断从通信服务器获得最新数据，将其展现在电子航道图上来实现其船舶监管的功能，同时也能从数据库中调出实现船舶历史定位查询和轨迹回放。

3 两者比较

3.1 通信协议

AIS监控协议是国际统一标准，其数据格式采用NMEA语句符合IEC61162-1和ITU1371-1协议，因此，AIS通用性很强，不存在兼容性问题。船舶安装了AIS设备，无论用哪个AIS系统，只要在岸站覆盖范围内，都能够被监控，同时也便于以后系统间整合和数据交互。

GPS监控系统其数据格式、封包方法等通信协议一般是由建设单位根据需求自行制定，国家没有统一标准。因此，GPS监控系统只能是某个单位或某个行业内部的监控系统，各个监控系统之间互不兼容，所以其应用范围相当狭窄，无法打破单位或行业之间的限制。但随着相关规范和标准的制定和实施，如长三角地区运输船舶GPS数据交换标准，不同的GPS监控系统间也可以实现数据交换。

3.2 系统建设

AIS设备最初用于沿海VTS监控，海船的船位通过岸基AIS基站获取的，在开阔无遮挡的情况下其覆盖范围仅限于离海岸50海里以内，而内河水道弯曲遮挡物多，要想实现整段水域全覆盖就必须建设很多基站，这样系统建设难度很大，后期维护成本也很高。而GPS监控利用移动通信运营商的网络，很好地解决终端信号覆盖的问题，因此其系统建设和后期维护费用要低得多，而且实施起来相比较为容易。

3.3 使用成本

AIS使用自己VHF通信网络，无运营商，无任何使用费用，但是对设备本身要求较高，且需通过中国船级社的认证，价格昂贵。而普通GPS终端对处理能力要求不高，其设备费用低廉，通常只有AIS设备的1/4甚至更低，船岸通信依托于运营商无线网络，因此使用GPS监控设备会产生一定的费用，按照数据流量收费，但随着通信资费越来越便宜，正常情况设备使用的流量套餐费用目前也仅为5-10元/月，其综合使用成本要远小于AIS设备。

3.4 通讯网络

AIS使用2个VHF频道进行通讯，属于专网通讯，不受公网的影响，通信的质量有保证，同一基站覆盖范围内能够同时容纳几百艘船舶的通信，但其带宽较窄且受基站影响覆盖范围有限。GPS终端容易在接入基站繁忙或通讯信号较弱时产生信道阻塞，造成信息的延时、丢包甚至终端掉线，但其组网灵活，接入带宽可随监控系统规模的增大容易被扩容，同时GPS终端使用范围不受地理条件影响，只要在运营商信号覆盖范围内即可。

3.5 推广难易程度

AIS是船检规范规定必须安装的设备，内河航行500总吨以上的船舶均要求配备AIS终端，监控部门只需建设AIS接收基站即可获得船舶监控数据。而GPS终端它不是规范要求安装的设备，强制推广安装易引发船员抵触，船舶监管部门通过GPS监控与行业应用相结合，以提升服务能力为出发点，如苏北运河“一票通”服务，把GPS监控与传统过闸业务相结合，通过流程再造，实现了安装GPS终端的船舶在苏北运河“一次登记、全程服务”快速过闸业务，既提升了服务水平，又达到了行业监管的目的，同时也得到了船员的认可，都主动申请安装，其设备使用率、在线率也远高于同类系统。

3.6 内河适用性

AIS作用是避免船舶碰撞、保障生命安全、减少财产损失，解决了船岸信息传输这个大难题，实现船岸信息联网、船舶信息共享，但由于海运与内河水运的基础条件不同，AIS在内河应用存在局限性。海上船舶航行只需确定航线，水面开阔定点转向即可，车、舵设定后可以几小时不变，与他船会让少且距离远；内河航道弯、浅、窄，且变化多，支叉、边滩、浅滩及各类水上设施多，再加之不同水位期的变化，航道条件极为复杂，内河船舶之间近距离航行、近距离会让避碰操纵极为平常，船距都是以米为单位计，特别在繁忙航道、港区等船舶密集区，AIS避碰提示过多就会干扰驾驶员操纵船舶，因此AIS在内河航道特别是二级及以下航道仅仅只起到船岸联网和信息共享的作用。其次，AIS设计初衷是服务于海运需求，工作频率选用了162MHZ左右的2个频点，收发同频，带宽25KHZ，属于视距传播无线电，对于遮挡比较敏感，因此将其应用于内河，受带状曲折水域和建筑、树木遮挡的影响，距离将远小于海上应用。一般来说，在内河航道，正常天气情况下，标准B类船台2W发射功率，极限距离为13-14海里，因而其岸站密度要高于海运。同时其传输带宽很窄，很难扩展其他业务应用。第三，AIS门槛要求很高，尽管内河使用的B类设备比A类要简单，无需外接外置GPS、罗经，双路供电等要求，但相比其他电子设备，其需求有限，配套的无线通信、基带处理等都没有成型的模块方案可以采用，加上它较为特殊的调试方案，符合标准的AIS设备成本一直居高不下，对于大量内河航运的船舶来说，动辄上万元的价格也难起承受。同时设备对使用人员也有较高的要求，目前内河船员文化层次和海员相比还有很大的差距。第四，随着我国北斗卫星导航系统的建成和推广使用，今后越来越多的终端将使用北斗卫星导航系统，由于AIS采用的是国际统一标准，因此很难兼容北斗导航，而GPS监控仅需要把GPS模块更换成北斗模块，甚至可以实现两者并存。

4 结束语

综上所述，鉴于内河水运的复杂性，相对于AIS监控而言，基于通信网络GPS监控在实现成本、功能扩展、内河适用性等方面具有明显优势，也更能体现内河船舶管理与服务一体化的需求。随着今后GPS监控行业规范的制定以及地区间平台传输标准出台，同时把这种GPS监控与行业应用相结合，通过功能拓展逐步提升服务能力，其生命力是不言而喻的。

[参考文献]

[1]梅燕（上海海事局）.《AIS在海事管理中的应用》.

[3]李宇（青岛远洋船员学院）.《AIS在航海中的应用及展望》.

[3]熊志辉（岳阳海事局）.《浅谈提升AIS内河安装率、在线率》.

①B级AIS设备数据交换发送的静态信息如MMSI、船名、船舶类型、船长船宽等，动态信息如经纬度、航速、航向等。