智能航运背景下航保船岸协同信息交互数字化与标准化途径的研究

王 宝，田为民，岳博文，王高峰

（交通运输部北海航海保障中心天津通信中心，天津 300456）

1 航保船岸协同信息交互的现状及发展分析

智能航运是e-航海的具体实现，智能航保是智能航运的重要布局之一，智能航运的实现需要依靠“船岸协同”的发展方式[1]。

1.1 无线通信系统的模拟化和数字化

水上 通信以无 线电为主，按照频率从低到高的顺序，目前海上在用的无线通信技术有DSC、SSB、NBDP、NAVTEX、AIS 等。当前船岸协同信息交互技术主要存在传输带宽低速率低的问题，其通信系统主要是模拟无线通信系统。如今的海上通信技术无法适应智能船舶对于大数据、高速率、低延时的需求，因此，开展高速、高带宽的海上通信业务是大势所趋。

当前，海上通信正向着数字化、带宽高、覆盖广、成本低等方向发展。新兴的海上通信 技术有VDES、NAVDAT、LEO 轨道卫星等，不管新兴通信技术，还是已部署实施的VSAT、3G、4G 技术，水上通信系统正由模拟化向数字化迈进，这也为航保船岸协同信息交互的标准化创造了基础环境。

1.2 信息交互数据的非数字化

航保船岸协同信息主要包括海上安全信息、交通组织信息、航线计划信息、水文气象信息和航行控制信息五大类，通过分析发现，当前航保船岸协同信息主要是非结构化的文字及语音信息。由于每个汉字占据2个字节，非结构化数据的传输会占据大量带宽，在当前窄带无线通信技术下会造成传输效率低下。

通过对这五大类信息的语义结构和内容进行分析，可以明确航保船岸协同信息的描述对象和具体要素，从而为交互信息的结构化奠定基础并最终实现数字化。

2 航保船岸协同信息交互的需求分析

2.1 航保船岸协同信息交互的数字化

通过对天津海岸电台海上安全通信业务的实际调研发现，当前发送的航保船岸协同信息以文字为主，船端接收到信息后，船员通过人工识别和判断进而安全航行。在智能航运背景下，自主船、无人船将长期共存，但无论是哪种船，都以尽可能减少人为操作和干扰为主要特征，这就要求船端可以通过机器智能识别航保船岸协同信息，通过自动识别、智能判断进而安全航行，而实现自动识别和智能判断的主要手段便是对航保船岸协同信息进行数字化，使其具备一定的结构和格式，这样既可提升船岸协同信息传输的效率，又可以将文本信息转换为机器语言，从而易于识别。

航保船岸协同信息交互的数字化就是从信息交互数据的结构化入手，通过明确各类信息的描述对象和要素实现结构化，继而对这些结构化的数据按照一定的规则进行编码，发送端和接收端的信息都是经过编码后的数字，通过这种方式将会极大地提高传输效率。

2.2 航保船岸协同信息交互的标准化

航海保障包括航标助航、海道测绘和水上安全通信三大业务，各单位都开发出了适应自身需求的业务系统，这些系统是在不同时期、由不同的单位使用不同的工具在不同的平台上开发出的，导致各业务系统难以进行数据传输和共享，以致不能建立跨业务的统一岸基系统平台。具体来说，这会导致不同应用系统和数据库间的数据交换效率低下，同时导致数据格式不兼容和数据结构不匹配等问题[2]。因此，寻找一种标准的数据存储和交换格式，提供异构数据的数据交换能力，成为实现航保船岸协同信息交互标准化首要解决的问题。

3 航保船岸协同信息交互数字化的实现途径

在五大类航保船岸协同信息中，海上安全信息报文格式参照了AIS 二进制报文使用的ITU-R M.1371-5定义的6号报文（二进制寻址报文）。报文格式由三部分组成：安全信息数据帧头、安全信息数据、安全信息数据帧尾。

安全信息数据部分参考了《中华人民共和国航行警告标准格式（GB 17577-2009）》，包含两个参数，分别是应用标识符和应用数据。应用标识符由DAC 和FI 组成，分别为地域编号和信息类型，根据IMO 规定，分配给中国区的DAC 为412、413、414。FI 是一个6 bit 的字段，标示二进制应用信息的类型。以海上拖带为例，其二进制编码规则如表1所示。

表1 海上拖带编码规则

其余航保船岸协同信息交互数字化的实现详见 《面向船舶智能航行的数据标准指南（草案）》，在此不再赘述。

4 航保船岸协同信息交互标准化的实现途径

2010 年，IMO 确认采用IHO 的S-100 作为e-航海的CMDS，并推荐利用XML 扩展标记语言进行不同接口间的技术交换和模型描述[3]。基于此，航保船岸协同信息交互标准化的实现采用XML 扩展标记语言进行数据的存储及传输。

4.1 XML 技术实现船岸协同信息异构数据集成的框架

XML 是一种可扩展标记语言，它独立于平台和应用，将其作为数据集成的中间件，可以有效解决异构数据的数据交互及共享问题，实现框架如图1所示。

图1 数据集成框架

各层功能如表2所示。

表2 XML数据集成框架功能

4.2 基于XML 的航保船岸协同信息交互标准化的实现

基于XML 的航保船岸协同信息包括航标信息、碍航物、水上水下活动、军事活动、船舶遇险、划定区域（圆形、矩形）、划定区域（不规则）、海洋气象预报、海洋环境预报、海洋气象预警、水文气象预报、气象信息采集、特殊船舶航行交通组织信息、特殊情况交通组织信息及日常航行计划组织信息。[4]，[5]以海洋气象预报为例，其元素结构如图2所示。

图2 海洋气象预报元素结构

其余航保船岸协同信息交互标准化的实现及XSD描述文件详见《面向船舶智能航行的数据标准指南（草案）》，在此不再赘述。

5 结束语

本文首先对航保船岸协同信息交互的现状及发展做了分析，从传输通道及传输数据两方面介绍了航保船岸协同信息的模拟化和非数字化；继而结合实际，分析了智能航运背景下航保船岸协同信息交互的数字化及标准化需求，最后基于二进制信息实现了航保船岸协同信息交互的数字化、基于XML 实现了航保船岸协同信息交互的标准化。本文中基于XML 的标准化实现有待集成平台的测试及反馈，其中或多或少会存在一些不足。