GMDSS现代化与E-Navigation战略的关系

李建民, 王满博, 张瑞恒, 黄加伟, 王 喆

(大连海事大学 航海学院， 辽宁 大连 116026)

伴随航运市场的高速发展，船舶大型化、智能化和专业化发展趋势明显，船舶现有通信设备业务能力已无法适应航行安全保障技术的需求。为此，日本等国在2005年向国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)提交MSC 81-23-10提案，提出通过实施E-Navigation战略为海上航行船舶提供内容更丰富的航行安全保障技术。该战略需要海上移动通信系统予以足够的技术支撑。目前,国内外针对全球海上遇险与安全系统(Global Maritime Distress and Safety System,GMDSS)现代化开展大量研究，但是研究内容所提及的现代化还只是GMDSS现代化的初级阶段，难以完全具备E-Navigation战略所需要的通信能力。因此，有必要打破传统的GMDSS框架，融入更多的先进技术，实现海上通信技术的现代化，行之有效地推进E-Navigation战略发展。

1 IMO对GMDSS现代化与E-Navigation战略关系的描述

国际航标协会(The Intern Authorities,IALA)最早提出了E-Navigation概念，指出“E-Navigation是通过电子的方式在船舶和岸上协调收集、整合、交换、显示和分析海事信息，以增强船舶从泊位至泊位之间的导航及相关服务，实现海上安全和保护海洋环境的目的”。[1]E-Navigation战略发展中通信技术发展是其不可或缺的重要组成部分，船舶只有具有完善的海上通信业务能力，E-Navigation战略实施才具有支点和可操作性。GMDSS是目前海事移动通信的重要组成部分,IMO极力推进的GMDSS现代化正在向数字化、信息化、网络化通信的方向发展，为海上通信现代化的发展奠定坚实基础。IMO对GMDSS现代化与E-Navigation战略之间关系的描述见表1。

表1 GMDSS现代化与E-Navigation的战略关系

由表1可知：E-Navigation的发展离不开GMDSS现代化的支持；E-Navigation与GMDSS现代化中交叉成分有很多，在相同的大方向下需要保持相对独立，而不是相互掣肘。总的来说，GMDSS现代化在完成自身建设的同时，应能对E-Navigation提供足够的通信支撑。

2 E-Navigation战略需求

E-Navigation战略自提出以来进展并不顺利，主要原因是通信问题没有解决。E-Navigation战略旨在发展海上信息的一体化，船舶可获取海上更多有价值的信息。船舶可通过外界广域网获取卫星播发的信息、陆地传输的信息和附近船舶播发的感知信息，同时船舶还可通过使用自身装配的设备感知自身及环境信息，并以局域网的形式在本船内部分发。为使船舶获得实时的船舶及水文气象资料信息，应从获取信息的方式入手，即提升卫星通信速度(带宽)、降低卫星通信价格、更新岸基设施和海上在航船舶的通信系统以及提高船舶感知能力，从而保障航行安全和保护海洋环境。E-Navigation战略发展需要通信技术予以整体贯通见图1。

通信内容包括文本、语音和视频信息等形式，其中对通信带宽要求最高的一般是视频信息。海上视频通信可为船舶提供更丰富的航行安全信息，为岸基提供更直观有效的安全监管手段。在现有海上通信低带宽的背景下，要实现海上移动视频通信，最大程度地压缩视频文件显得尤为重要。H.265(高效视频编码)是国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)最新通过的视频编码标准，可在有限的带宽下传输更高质量的网络视频。H.265可实现利用1～2 Mbit/s传输速度传输720 P普通高清音视频传送，基本满足目前海上对于视频传输的需求。

因此,实现E-Navigation的前瞻性目标在于高速、无缝的网络，带宽应能达到最低标准1 Mbit/s以上，且保证价格低廉、接入率可靠。

3 目前GMDSS对E-Navigation战略的支持

根据目前NCSR 4-29分委会向MSC委员会提交的GMDSS现代化计划，GMDSS已具备初级的数字通信能力。例如：NAV 58-INF.17提出的NAVDAT系统和ITU的WRC-12次会议提出的甚高频数据交换系统(VDES)，均在GMDSS现代化草案中有所体现。尽管这些新技术提升了水上数据通信的能力，但甚高频数据交换系统(VHF Data Exchange System,VDES)与船岸间与安全安保相关的信息数据广播(Navigational Data for Broadcasting Maritime Safety and Security Related Information from Shore-to-Ship,NAVDAT)的带宽以及所能提供的服务却难以完全满足上述所提及的E-Navigation战略对通信技术的需求。虽然GMDSS提供的卫星通信能力仍在不断发展，但众所周知卫星通信价格昂贵，并且由于传输距离远、卫星功率受限等因素的影响，导致卫星通信速率仍然偏低。

因此，目前的GMDSS现代化还只是初级的现代化，尚不足以完整支撑E-Navigation战略需求。

4 现代通信技术可能为E-Navigation战略提供的技术支撑

为满足E-Navigation战略的通信需求，将GMDSS的通信能力提升到全新高度迫在眉睫。目前众多的先进移动通信技术于陆地应用已经相对成熟，但在海上应用不广，部分技术在海上移动业务领域仅处于起步阶段。这些技术都具备着极大的发展前景，可有效弥补目前E-Navigation战略实施过程中通信技术能力的欠缺。

4.1 近距离船舶通信

4.1.1船间通信

目前商船船间的数据链主要是依赖AIS技术，所提供的带宽仅为9.6 Kbit/s，另据目前研究进展报告，正在处于研发阶段的VDES理论带宽也仅为370.2 Kbit/s，这些难以为E-Navigation战略提供足够的技术支撑。而目前舰船识别数据链技术已经相对成熟，可为舰船间提供兆级以上带宽，作用距离可达到6 n mile以上，满足船间避碰操作对距离的要求，并可用于近距离船舶之间的信息交互。

4.1.2船岸通信

目前包括3G/4G/5G在内的陆上移动通信技术应用广泛。3G的通信速率一般约为2 Mbit/s，而4G/5G的传输速率更优于3G技术。如果3G/4G/5G移动通信技术能够在近岸条件下的船岸通信中得以应用，将极大地提高数据传输速率，使近岸船舶获得实时航行安全信息成为可能。

4.2 远距离船舶通信

远洋航行的船舶只能通过卫星通信技术获得岸基支持。目前海事移动通信技术中Inmarsat系统处于优势,但是根据IMO A.1001(25) 号大会决议案及MSC.1/Circ.1414通函对未来加入GMDSS的卫星系统的一般要求，越来越多的卫星通信系统将有机会被纳入GMDSS为海上通信提供服务。目前全球卫星通信服务网络运营商中占比最大的是Inmarsat、铱星和舒拉亚等3家公司，这3大运营商通信服务的总收入占整个产业链的90%。

4.2.1Inmarsat系统

国际移动通信卫星系统(Inmarsat)的第4代卫星(I-4)可提供FBB(FleetBroadband)业务，其中速度最快的FBB 500船站带宽可达432 Kbit/s。根据最新有关Inmarsat FBB加入GMDSS系统的评估报告NCSR 5-14-1显示，经过国际海事卫星组织(International Maritime Sateline Organization,IMSO)的技术与运行评估，Inmarsat FBB已经完全满足A.1001(25)的要求，这预示着2020年FBB船站加入GMDSS服务中的原计划将可能实现。

此外Inmarsat公司还宣布，将动用12亿美元投资建设Inmarsat第5代星(I-5)。Inmarsat I-5卫星采用波音公司成熟的702HP卫星平台，星上有89个Ka转发器，支持Inmarsat公司即将组建的全球快讯(Global Xpress)移动业务。Global Xpress将是首个完成全球覆盖的Ka频段系统，可提供全球覆盖、无缝的通信服务，最大通信速度可达50 Mbit/s，且用户终端大小仅有24.2 cm×19.0 cm×1.0 cm。[19]

4.2.2铱星系统

铱星系统可提供语音、数据和短消息业务。目前，铱星公司正在开发第2代“铱星”星座(Iridium-NEXT)，该项目已于2015年启动。新一代“铱星”包括66颗在轨卫星，6～9颗备份卫星，可提供L频段1.5 Mbit/s和Ka频段8 Mbit/s的高速服务。[20]铱星系统单星采用48个L频段相控阵阵列天线，覆盖地球表面直径达4 700 km。

截至目前，IMO有关铱星系统的最新报告NCSR 5-14-2中提交IMSO针对铱星系统的第2轮技术及运行评估工作结果，结果显示铱星已经满足A.1001(25)中规定的除资费以外的全部要求，而铱星公司也发表声明将遵守对于资费的相关规定。因此，铱星系统同样具有按照原计划于2020年纳入GMDSS的可能性，但这一阶段的铱星系统只能提供第1代星所能提供的业务。

4.2.3舒拉亚系统

文件COMSAR 15-3-4提及将舒拉亚(Thuraya)卫星系统列为未来GMDSS的区域性服务卫星。Thuraya系统具有覆盖全球2/3的能力，其所能提供的数据通信速度较低，并不能完全满足E-Navigation战略对通信的需求。但Thuraya系统的语音通话费用较低，按呼叫区域划分资费标准，最低可低于1美元/min。

随着海上卫星通信技术的发展，越来越多的卫星通信系统将融入其中，各卫星系统均具备各自独特的优势。不同卫星服务供应商之间通过降低通信资费、提高通信技术抢占市场的局势也将成为可能。与MSC 97-19-6提案中提到的GPS/GLONASS/BDS联合接收设备相类似，各种组合式卫星通信设备已经面世，包括铱星-Inmarsat GX等。操作者可根据不同需求选择所需业务及系统，并有效降低操作负担。

5 GMDSS现代化

根据前文所述E-Navigation战略对GMDSS现代化的需求，GMDSS现代化发展可分为以下3个阶段。

5.1 GMDSS初级现代化

GMDSS初级现代化阶段也是目前IMO正在推进的GMDSS现代化。该阶段在GMDSS原框架基础上，尽可能整合现存的、可靠的现代化海事移动通信技术。GMDSS现代化的宗旨是为E-Navigation战略提供支撑，而当前大力发展的诸多技术仍不能完全满足这一需求。可见，目前进程中的GMDSS现代化发展方向、目标不够清晰，信息化、网络化等特点不够突出。例如前文所提及的铱星系统第1代以及Inmarsat I-4卫星，尚未达到E-Navigation战略所需的带宽；同时，包括VDES和NAVDAT等在内的处于研发阶段的新系统，也不能满足E-Navigation战略对信息量的巨大需求。因此，目前正在实施的GMDSS现代化计划还只是一个初级阶段，是进一步实现海上通信现代化发展的积淀。

5.2 GMDSS准现代化

若将GMDSS初级现代化理解为以吸纳新技术作为主要工作任务，则可认为GMDSS准现代化是筛选及设立门槛的过程，应以面向未来开展通信需求研究为主要工作任务，即保留并发展能够支撑E-Navigation战略的先进技术，逐步摒除初级现代化阶段中与海事安全需求不符的技术。

目前陆上通信技术日新月异，3G/4G/5G技术、Iridium-NEXT和Inmarsat I-5等虽然还没有广泛运用到海事移动业务中，但是已具备支持E-Navigation战略的能力。GMDSS是通信技术发展在一定历史阶段的产物，强调高接入率，尤其是遇险报警的成功率，而E-Navigation战略追求的是稳定、低资费和大带宽的海事移动通信。如果说GMDSS初级阶段以牺牲E-Navigation战略需求为代价，准现代化则应该以尽可能满足战略需求为前提。例如，为船舶近岸、沿海及远洋航行提供不同的通信策略，打破传统“双套设备”的概念，利用多种措施保证遇险报警的接入率等。

总之，GMDSS准现代化就是在将第1阶段的落后技术淘汰的同时，继续吸引更多新的能够达到E-Navigation战略需求的新技术。

5.3 GMDSS终极现代化

GMDSS终极现代化阶段将是与现代化通信技术完全吻合的阶段，充分融合数字技术、宽带技术、可移动终端等现代化通信技术。达到准现代化的目标之后并不代表GMDSS停滞不前，通信技术在发展，GMDSS也应该一直向前跟进。GMDSS停滞的30 a已造成自身极大的损失，随着GMDSS准现代化的发展，GMDSS应保持对最先进通信技术的接纳状态,也就是达到与现代通信技术相吻合，并可持续发展时才是GMDSS现代化的终极目标。

6 结束语

在E-Navigation战略的支持下，人类的航海活动将从有限岸基支持下的单船行为转变为岸基、它船海量信息支持的船船协同行为，GMDSS现代化将是这一变化中最有力的技术支撑。GMDSS现代化与E-Navigation战略协调发展是大势所向。发展GMDSS现代化就需要经历3个阶段：初级阶段的现代化是应对当今海上局势并进一步发展海上通信现代化的重要基础；准现代化将为E-Navigation战略发展提供真正意义的通信支撑；终级现代化则是完全融合现代通信技术的海上通信现代化的终极目标。