虚拟航标的作用与应用前景

江苏海事职业技术学院航海技术系 陈金福

传统航标的作用是供船舶进行定位、导航和避险，是船舶安全航行不可或缺的助航设施。然而在航海实际中，传统意义上的航标也显露出一些不足，主要表现在使用维护成本高、占用航道、航标设置上的困难等方面。

随着电子技术的发展，特别是自动识别系统（Automatic Identification System , AIS） 和 电 子海图和信息显示系统（Electronic Chart Display and Information System，ECDIS）在船上的广泛使用，虚拟航标逐渐进入航海者的视野。

一、虚拟航标的产生背景

为了更有效地防止船舶之间的碰撞和加强水上交通安全管理，早在2000年AIS就被应用在船上，其强大的信息显示功能极大地提高了船舶避碰效果和交通管理效率，因此，国际海事组织(IMO)已经决定自2002年7月1日起至2008年7月1日止，从事国际航行的300总吨及以上和从事国内航行的500总吨及以上的船舶应分段陆续强制安装船载自动识别系统[1]。

AIS是在VHF（甚高频）海上移动频段采用时分多址接入（Time Division Multiple Access，TDMA）技术，自动广播和接收船舶静态信息、动态信息、航次信息和安全消息，实现船舶识别、监视和通信的系统[1]。这是一种双向自主识别系统。后来，这种技术逐渐被应用于航标，这就是在灯塔、灯船等大型航标上加装带有卫星定位系统的AIS设备。加装此设备以后，大大加强了航标功能，主要表现在：一是便于航标管理，例如监测航标设备的工作性能、遥控换泡机工作、控制航标灯的工作等；二是有利于对航标的识别与监控，由于AIS信号的全天候和即时性，与雷达相比，使得船舶更容易识别航标的位置、编号、类型等信息，对于浮动标志而言，一旦发生漂移、灭失，马上就能被岸站所发现，便可及时告知周围船舶和航标管理部门。还有，可以通过设定警戒圈或安全距离的方法，提醒船舶与航标保持一定的安全距离等等。

然而，在所有的航标上安装AIS设备，既不可能也不现实。如同雷达一样，实体航标即使并未被视觉所看到，但其回波信号也可以清楚地显示在雷达屏幕或电子海图上，实现船舶定位与导航。对AIS而言，通过其网络系统，产生一个虚拟航标信号，同样可以显示在电子海图上，尽管人们的视觉并未看到真正的航标。这就是所谓的虚拟航标。

二、虚拟航标的特点

上述的将AIS信号加装在航标系统，此类航标统称为AIS航标，通常将AIS航标分为以下三类[1-2]：

(一) AIS真实航标

此类航标是在原来的实体航标上加装AIS设备的航标。

(二) AIS仿真航标

此类航标具有航标实体，但其上并没有装有AIS设备，其在电子海图上显示的信号是通过附近的AIS站台发出的。此类航标分为两种，即监控仿真航标和预报仿真航标。监控仿真航标与AIS站之间有通信链路，通过航标与AIS站台之间的通信链路确定航标的位置与状态信息；预报仿真航标与AIS站台没有联系，显示的信息是固定的，航标不受监控，其位置与状态得不到确认。目前，浮标一般采用监控仿真航标。

(三) AIS虚拟航标

此类就是通常所说的虚拟航标，不具有航标实体，只是在显示器上规定的位置显示AIS航标信息，实际位置没有实体航标，相关信息也会清楚地标识出这种航标。

虚拟航标具有以下一些功能和特点：

1.设置简单快捷

在需要时可以快速设置虚拟航标，避免由于实体航标没有及时设置而给船舶航行带来困难，并导致安全事故。

2.降低航标成本

由于不存在实体航标，虚拟航标几乎不需要什么成本。这样就大大降低了航标的使用维护成本。

3.航标稳定性高

虚拟航标基本不受外界因素的影响，如碰撞、水文气象、人为破坏等，全天候向船舶提供航标准确信息。

4.适应性强

虚拟航标的设置不受地理环境的影响，故凡是实体航标设置起来有困难的重要水域都可以设置虚拟航标。

5.节能环保

实体航标需要消耗大量的能源，同时又会产生大量的废旧电池等，造成环境污染，虚拟航标就可以完全避免。

当然，虚拟航标也并非十全十美，其缺陷主要表现为：

（1）虚拟航标可靠性、稳定性主要取决与AIS和ECDIS。所以要求整个网络系统安全可靠。

（2）船舶必须都安装有AIS和ECDIS，而且必须在正常工作状态下，否则虚拟航标就失去意义。

（3）视觉导航方面的问题。船舶驾驶员一旦离开AIS和ECDIS，虚拟航标的定位导航功能就无法发挥作用，影响到船舶的航行安全。特别在一些复杂水域和陌生环境，更容易出现安全事故。还有，由于没有实体航标，可能造成驾驶员视觉上的误差而导致船舶偏离航道。对于那些非AIS用户，实体航标又不可或缺。

因此，从目前实际情况来看，虚拟航标并不能完全替代实体航标。

三、虚拟航标的作用

(一) 虚拟航标在应急方面的作用

由于虚拟航标设置的简单快捷的特点，可以弥补实体航标设置在时间上的延缓，特别是当航标发生碰撞、移位、灭失情况下，或者在发生沉船，需要马上设置应急沉船示位标的情况下，更体现出虚拟航标的价值。

2007年2月，前苏联的“维京”级潜艇，在拖带前往曼谷途中，因天气等原因，拖缆崩断而沉入丹麦沿海Jyske Rev附近水域，严重影响其他船舶正常航行，丹麦当局准备立即着手设置新危险物标[3]。无奈海面风大浪高，加上观测定位需要时间，设置起来难度较大。最后决定在沉船位置设置一名为“新沉船，深度未知”的虚拟航标，并通过AIS自动发布相应的航海警告，这次设置也是虚拟航标的一个突破。

事实证明，在随后的航行中，所有船舶都自觉地避开了这一水域，保持了船舶交通的安全畅通。

(二) 虚拟航标在复杂水域的作用

在船舶交通流量大、交通流复杂、水情复杂、水域范围小等复杂水域，实体航标的设置往往受到限制，由于虚拟航标不受水域环境的限制，设置虚拟航标有其明显的优越性。

2007年4月1日青岛港船舶定线制正式实施。定线制方案中要求在交通流特别复杂的团岛口附近设置以0.6 n mile为半径的圆弧形水域作为警戒区。同时，为了使船舶更好地遵守分道通航，需在第1警戒区内设置航标。但由于该处水域船舶流量大，交通流复杂，设实体航标会影响到船舶正常航行，最后经反复研究讨论，并经各方专家论证，决定在此设置虚拟航标。自定线制实施以来，通过VTS及AIS监控发现，过往船舶均能以虚拟航标为转向点按规定航法航行[4]。

(三) 在重要水域起警示作用

在一些重要的水域，可以直接将虚拟航标设置在航路点上，以提醒驾驶员转向或者报告，而且对航行不构成威胁。

图1 用虚拟航标设置航路点

如图1所示，设置航路点后，可以提醒西南方向过来的船舶驶经此处应转向偏北方向航行，避免因疏忽大意，未及时转向而驶向前方浅滩搁浅。

(四) 利用虚拟航标设置航道边界

在狭窄水域，设置实体航标可能导致碍航，可以利用虚拟航标来标示航道边界或分割线；也可以在航道外设置一定宽度的小型船通道，其外边界用虚拟航标来标示，实现大小船分流，这种情况比较适合内河水域，如图2所示。

图2 利用虚拟航标设置航道边界

中国的内河水运资源十分丰富，但是航道条件比较复杂，多数航道存在浅窄弯的特点，航标配布复杂，而且随着枯洪水位的变化，航标位置的变动频繁，如果利用虚拟航标，将大大简化航标配布的复杂性，而且航标位置的变动通过电脑就可操作。

当然，虚拟航标的作用不只以上几方面，例如临时性的设标、标与标间增设新标、引导标志等，虚拟航标都能发挥出其显著作用。

四、虚拟航标的应用前景

由于虚拟航标的高效、节能、环保，其作用将越来越受到业内人士的关注，未来具有广阔的发展空间。随着信息技术的不断发展，AIS和ECDIS的功能不断完善和普及应用，以及航海需求的不断提高，虚拟航标将发挥越来越大的作用。

2010年1月，国际航标协会（IALA）在IALA总部法国圣日耳曼举行了一个虚拟航标研讨会。与会者英国代表Nick Ward先生提到了虚拟航标甚至可以用于标示海上高速公路或海上电子高速公路[5]。也就是说海上的所有推荐航线都可以用虚拟航标表示出来，可以设想，未来的海上通道就可以类似于陆地交通，船舶可以根据需要自由选择最佳航线，在航行过程中，可以及时收看虚拟航标信息，根据信息及时修正船位航向等等，航行安全保障得以大大提高。

通过虚拟航标的覆盖，也大大有利于船舶的自动导航。

五、结语

虚拟航标的出现无疑对航标技术的发展与应用起到巨大推动作用，但也存在着一系列的问题，特别对虚拟航标的规范性、法律性问题，目前还处于探讨之中。未来，虚拟航标是否能够完全取代实体航标，虚拟航标与实体航标究竟以哪一类为主都有待于探讨。

[1]刘德新等. 航海学[M]，人民交通出版社，2012(5).

[2]黄艳玉等.虚拟航标及其应用[J].航海技术,2009(4).

[3]方英豪,刘世江.AIS虚拟航标的可行性[J].中国水运,2007(6).

[4] http://www.hydro.gov.cn.

[5]国际航标协会. 国际航标协会（IALA）海上浮标制度推荐标准，1980.11.