浅析AIS虚拟航标在复杂航道中的应用

陈玉立 田亮

摘 要：我国AIS系统建设日趋完善标志着我国航海虚拟航标技术的应用价值得到了全面的凸显，其中应用于港珠澳大桥的AIS系统将会发挥重要作用。本文将以我国现已建成投入使用的AIS系统作为研究重点，讨论现代航海技术当中虚拟航标的应用方法，并结合复杂航道下虚拟航标应用技术，构建现代化的AIS系统应用场景。

关键词：航海 AIS系统 虚拟航标 复杂航道

AIS虚拟航标技术是基于岸基和船载两个方面的系统进行虚拟通讯，其中AIS基站通过发送无物理实体信息，进行助航标识信息的传递。船载系统则根据电子海图进行信息现实，从而完成航行导航。相较于以往所采用的GPS卫星定位，AIS虚拟航标技术摆脱了对于卫星的依赖，可以不受空间、时间以及气候的影响，同时浮标发射避免了差分校正，位置更加精确。

1.AIS虚拟航标的制定

1.1传统AIS虚拟航标的应用情况

南海航海保障中心在近年来的AIS系统建设当中取得了突出的成绩。

港珠澳大桥开工建设以来，南海航海保障中心主动服务，AIS虚拟航标也开启了保障港珠澳大桥施工船舶安全的服务之旅。所有参与施工的船舶和交通船舶全部安装了AIS设备，港珠澳大桥建设指挥部免费获得所有施工水运船舶第一手的AIS相关数据，通过利用虚拟航标在AIS电子海图上对施工轴线相关水域设定大桥建设管理区，将内伶仃岛至桂山岛之间南北向长约10海里的水域进行AIS自动化动态监控。除了大桥施工方对船舶的动态监控，AIS虚拟航标也为沉管浮运提供了帮助。每次沉管浮运前、后，航道的航标都要动一次。沉管的宽度，加上两边拖轮，占据了整个航宽，原来的实体航标反而成了碍航物。每到这时，AIS虚拟航标就代替实体航标在电子海图上进行标识，保障船舶安全航行。

1.2新时期的虚拟航标设置方法

2011年国际海图章规出版了关于AIS航标的新规定，在规定当中明确了AIS航标所采用的固定航标标记方式应当为紫色圆圈与“AIS”字样，其中紫色圆圈中心所出现的黑色小圆圈，则可以表示实际的航标位置。为了能够使航标规范与现代航海要求下的虚拟航标设置相互结合，现代统一规范化AIS航标可以结合航标对象特点进行图形重绘，以此实现航标信息表示内容容量的有效提升。例如在航标表示当中，不同的工作状态和实时位置可以借助ECDIS系统进行获取，因此通过固定航标和浮动航标两种航标类型，就可以模拟航行线路当中不同灯桩、灯船的实时状态。

2.复杂航道环境对于虚拟航标设计提出的要求

2.1识别困难

相比于传统实体航标，虚拟航标在航行过程中并不具备与航道内部环境相互对应的实体，因此在识别方面，AIS虚拟航标需要采用与之相配套的ECDIS系统设备进行内容识别。由于部分小型航船并没有配备这一系统设备，导致其在航行过程中容易因无法识别目标导致其难以进入到指定航行位置，最终影响正常航行。

2.2岸基影响

在复杂航道当中航行时，船舶的AIS系统则需要完全依赖岸基网络完成航行指挥，因此一旦岸基网络出现波动，就会造成航船无法明确航行道路，进而引发严重后果。例如在2017年年初，上海海事局管理站的管理人员在巡查过程中发现，长江口航标管理当中，存在两台虚拟航标位置播发错误，这一错误问题直接造成对于航船航行过程的误导，最终可能导致航船失去航标指示，发生严重危难。

2.3预约时隙冲突问题严重

除了以上两个方面的问题，笔者还发现，在AIS虚拟航标的使用过程中，还存在较为严重的时隙冲突和时隙拥堵问题。以往国内所采用的AIS虚拟航标系统建设在通讯方面选用时分多址TDMA协议，这种协议能够保证信息传输的速率和真实性，但是协议本身仍然存在部分限制。在相对复杂的航道当中，航船密度的不断增加就会导致协议通信所采用的通道资源受到大量占用，此时时隙资源的不足就会产生严重的拥堵，最终造成数据丢失。在以往的海事管理事件当中，由于时隙冲突所引发的信息静态问题十分普遍。造成这一现象的原因除了笔者总结的通信协议无法实现高负载之外，也存在部分航船私自进行船台调整这一原因。笔者发现，在长江口的航船当中，部分航船私自安装了不规范船台classB，这种船台能够调高发射频率，进而产生严重的时隙冲突，引发通信不畅等问题。一些不进行预约的时隙广播集中出现在复杂航道当中，致使原本应用于航船上的AIS虚拟航标无法真实发挥作用。

3.基于复杂航道下的AIS虚拟航标系统构建策略

3.1组建新型虚拟航标网络框架

网络框架的重新建设和调整，能够帮助AIS系统在复杂航道当中仍然能够发挥作用，避免因系统识别能力不足所造成的航标缺失，影响航船在复杂航道当中的运行能力。本文在结合了以往AIS系统研究应用成果后，提出了基于岸基广播的架构调整，架构当中，需要重新设定航船船台，来保证ECDIS系统设备能够充分发挥识别作用，AIS船台则需要具备较强的解析能力，实现对于ECDIS信息的解读，帮助航船在复杂航道当中明确航标信息，确定航行线路。

与此同时，在当前物联网技术发展态势之下，传统ECDIS系統可以借助物联网技术优势进行重新的调整。传统的AIS岸基需要借助RFID以及视频监控技术，组建完善的物联网整体，再由移动网络，对航船信息、航道信息进行处理。移动网络技术能够避免原有传输协议下传输效率不高的问题，航标管理中心可以直接借助航船信息的解析，真实还原具体的航标底图，再由移动网络传递到航船船台ECDIS当中，最后由ECDIS对传来的地图进行与原图的对比分析，完成其在复杂航道下对于航标的准确判断。

3.2构建海图工作环境下的统一航标编码标准

统一化的航标标准是对于以往航标混乱使用的有效革新，同时也是提高A I S虚拟航标应用价值的重要举措。在经历过进十年的航标标准化改革之后，对于航标制定应当结合航船、海域以及航标编码等特点，进行统一的编制。笔者在对相关编制规范进行总结后提出基于微软平台推出的MicroStation海图平台进行编码设定的构想。在MicroStation海图平台当中，不同的虚拟航标符号可以借助六位编码的方式，将图形特点和其所代表的虚拟航标进行数据库储存。航船在进行复杂航道航行时，可以直接进入MicroStation海图平台的数据库调用，并通过对标准化的航标编码进行对比，确定虚拟航标信息，最终完成航标图形符号的准确应用。在设定当中，可以设定A IS虚拟专用标、A I S虚拟左侧标、AIS虚拟右侧标的六位编码信息，并且与其所代表的图形进行意义对应。例如AIS虚拟左侧标的虚拟航标图形为紫色圆圈与中央点和方块的组合，编码设定为579002，而AIS虚拟右侧标的虚拟航标图形则为紫色圆圈与中央点加向上箭头的组合，设定编码为579003。将其统一编写入虚拟航标管理站服务数据库当中，依托复杂航道的航行环境与航船需求进行调用，从而满足航船在复杂航道当中对于精准化虚拟航标的判定要求，提高航行准确性。

4.结论

综上所述，通过对于虚拟航标AIS系统框架的调整以及标准化航标编码的设置，能够保证AIS虚拟航标在使用当中的便捷性和统一性，从而弥补航船在复杂航道航行过程中存在的航标识别能力不足、岸基通信水平不理想等一系列问题。切实提高AIS系统应用价值。

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