基于多种技术的海上应急电子示位标系统的研究

隋永举 肖悦 交通运输部南海航海保障中心广州航标处

1.引言

电子示位标系统主要用于远海浮动障碍物的跟踪和监控，保障船舶航行安全。在缺乏相关水文资料时，模拟沉船、集装箱等障碍物在水中状态下的漂流，通过北斗通讯和AMRD（海上自主无线电台)技术可以让现场监管力量跟踪并得出漂流位置，后台利用电子围栏系统及电子海图系统，预警过往船舶，避让危险水域，并为下一步打捞工作提供可靠的科学依据。

2020年9月29日“亿瑞3286”轮在阳江海陵岛以南水域沉没，沉船严重影响了水域航行安全，在设置沉船示位标后。10月2日早上，发现“亿瑞3286”沉船发生漂移，由于水文条件复杂，对正移位的“亿瑞3286”沉船漂流方向及路径难以实时掌握，对船舶航行安全以及后面的扫测、打捞等工作带来一定的困难。针对这些问题，促使开发一款前端基于AMRD和北斗通信技术的海上应急电子示位标系统，通过当前我国已经成功建立的北斗全球高精度定位系统，利用北斗卫星系统的短报文通讯能力，实现海洋上洋流漂浮轨迹追踪，通过近距离的海上自主无线电台实时跟踪，最终将数据通过电子围栏系统实时对外发布，预警过往船舶。

2.电子示位标系统设计

电子示位标系统由电子示位标、海事局指挥中心的专用监控系统组成。

2.1 电子示位标

电子示位标主要内容概括为构建一个基于北斗和AIS设备的海上障碍物应急跟踪网络，通过设计一款集北斗和AIS功能于一体的电子示位标，并通过该示位标发送位置信息到后台的北斗接收机以及AIS系统。

电子示位标主要包括漂流标浮筒载体、AIS模块、北斗通信定位模块、电源模块、电池模块以及灯器模块等；电子示位标主要设计采用小型化浮筒作为漂流标的基础结构，通过在电子示位标上安装北斗+AIS一体化的追踪模块，采用低功耗设计，发射漂流标位置信息到海事局指挥中心，追踪模块主要包括数字基带系统、高频调制器、功率放大器及电源管理系统，数字基带系统与北斗天线连接，并通过高频调制器、功率放大器与AIS天线连接，电池通过电源管理模块分别为数字基带系统、高频调制器和功率放大器供电；电子示位标通过蓄电池进行供电，设计连续工作时间不低于10天；同时设备还会设计安装一个灯器，在夜晚的时候可以发射白光，方便用户近距离寻找电子示位标。

电子示位标设计一个具有远距离漂移能力的海上浮动漂流示位标，通过特有的系碇系统固定在浮动障碍物上，然后以电子示位标为基础，设计专门的北斗定位、上报模块和AIS系统模块，通过在远距离向海事局指挥中心自动定时发送北斗短报文，报文主要内容为标准AIS语句当中的航标报文21号报文，通过解析后可以实时存储保存电子示位标的浮动轨迹以及电子示位标的电压电流状态等信息，实现设备的远程监控能力。当设备的电压电流状态开始下降的时候，海上监管船舶可以及时靠近漂流标，通过船舶自身的AIS设备来搜寻到电子示位标，并靠近回收目标漂流标，电子示位标安装的AIS模块发射功率可保证5海里内被船舶AIS探测到，并且漂流标设计有灯具，在夜晚更容易被目标船舶识别到，具有全天候可搜寻的能力。

2.2 海事局指挥中心的专用监控系统

海事局指挥中心的专用监控系统主要包括北斗短报文接收终端、电子围栏系统及电子海图加显示控制终端、VHF基站等。

通过在海事局指挥中心的电子围栏系统及配套电子海图软件，用来解析电子示位标发出的北斗短信，通过解析短信内容将示位标的位置信息存储到配套电子海图系统中去，并通过电子海图软件进行位置轨迹的回放显示，方便用户远距离查看目标位置以及漂移轨迹等信息，并对船舶信息进行实时分析，分析浮动障碍物的可能运行轨迹进行预判，然后通过系统进行VHF语音文本内容的自动加工，接着由网络传输给VHF基站设备进行发射，对附近的船舶进行语音广播，通知船舶驶离监控水域。

海事局指挥中心专用监控系统主要包括两部分内容，其一是显示漂流标轨迹信息专用的解析存储加显示系统，通过解析北斗报文，存储漂流标的位置信息，形成轨迹后通过显示系统进行显示，方便用户查看漂流标实时状态；其二是安装一台北斗接收机设备，通过固定的北斗SIM卡来接收漂流标发送的北斗短报文，并将接收到的报文信息发送给解析终端。系统同时还会利用现有的船舶AIS系统来接收设备发出的AIS信息，通过实时解析AIS信息并利用船舶现有的ECDIS等系统进行实时展示，方便船舶快速查找目标漂流标；其三是有VHF基站将系统解析后信息进行VHF语音文本内容的自动加工，接着由网络传输给VHF基站设备进行发射，对附近的船舶进行语音广播，通知船舶驶离监控水域。

图1 电子示位标系统

图2 系统通讯结构图

3.系统通信原理

通过接入北斗定位模块，获取基点定位浮标和漂流标自身实时经纬度信息后，按照AIS报文MSG 21编码格式，对定位信息如经纬度坐标、漂移速度和方向以及浮标本身的信息如搜寻基点、漂流开始时间等同打包成为AIS报文，首先将报文系统通过北斗短报文的形式实时向海事局指挥中心的北斗接收设备上报，同时通过AIS所在VHF频段广播AIS报文。系统通讯结构见图2。

4.结束语

随着交通强国战略的实施，海上航行安全保障工作就显得尤为重要，本文基于北斗和AIS技术设计了一种电子示位标，满足海上浮动障碍物监管的需要，并且研究的内容具有非常广阔的应用前景。采用成熟的北斗以及AIS技术，设备更加稳定，解决在未知海域浮动障碍物实时监管的难题，降低了成本，海上监管能具有更强的方向性以及目的性。