虚拟航标及其发展方向

文/ 天津海事局大连航标处 穆 琦

虚拟航标及其发展方向

文/ 天津海事局大连航标处 穆 琦

虚拟航标技术是一门广泛应用于现代船舶助航服务的高新技术，它综合运用了计算机技术、AIS技术、卫星导航定位技术和电子海图技术，具有设置速度快、成本低、不受环境影响等优点。介绍虚拟航标的定义、分类，同时分析虚拟航标在应用过程中遇到的一些问题及其未来的发展方向。

虚拟航标；AIS；助航

航标是为帮助船舶安全、经济和便利航行而设置的视觉的、音响的和无线电的有信息服务作用的设施。航标系统是海上交通安全保障体系和助航体系中的重要组成部分。近年来，随着AIS技术的发展和逐步完善，以AIS为基础的虚拟航标技术得到了一定程度的应用。我国于2005年5月率先在辽宁海域使用了虚拟航标，名为“XIAN JIAO ISOLATED DANGER”，天津海事局大连航标处老铁山、黄白嘴AIS基站每分钟向用户播发助航信息，并经天津海事局监控中心以及相关局VTS中心、船台确认。自此，上海航标处、宁波航标处等相关单位陆续使用虚拟航标作为危险警示，为船舶的安全航行提供了有力的保障。

一、虚拟航标及其分类

虚拟航标是基于AIS技术而设立的，基于AIS的虚拟航标是指在航标上安装AIS设备，其工作模式和商船上安装的AIS类似，即采用了“点对点”的工作方式，如图1所示。当行驶于AIS覆盖区域的商船发出信号后，船舶依靠各自的系统将彼此的信息显示在终端，以达到安全航行的目的。虚拟航标类似于行驶在大海上的商船，只是虚拟航标是设置在规定的位置，通过数据传输使船舶准确及时地获取其周围航标信息以达到助航作用，确保航行安全。虚拟航标是综合运用了计算机技术、AIS技术、电子海图技术和卫星导航定位技术等现代高新技术发展而成的，通过基站、发射机等设备可以在电子海图上清晰地显示各类助航标志，它的应用推广使航海人员改变了原来按照纸制海图上的标示及目视观察航标航行的状况[1]。

基于AIS的虚拟航标通常可以分为两种：

1. 有实体的虚拟航标

航标本身真实存在，发射航标信息的AIS基站可以在航标附近也可以在远离航标的地方。有实体的虚拟航标一般由处理器、GPS接收机和全球移动通信系统（GSM）组成。数据按照国际电信联盟（ITU）规定的AIS航标数据格式进行变换，由AIS岸站或AIS航标站重播，就如同由航标上的AIS设备发射的信息一样，该信息被船载AIS设备接收后将在电子海图上显示，即电子海图上将显示航行区域内每个航标的实际位置和当前工作状态信息[2]。

2. 无实体的虚拟航标

航标本身并不真实存在，航标信息通过岸基台站或航标AIS站播发， AIS信息显示屏上产生一个虚拟的物理上并不存在的航标。这种情况下，航标符号通过软件的编辑可以出现在船舶显示屏实际航标并不存在的位置。无实体的虚拟航标通常在紧急情况下或者特定区域使用，例如在沉船位置或者用虚拟航标临时划分通航航道等，这些对于保障航标安全都是非常有益的。

二、虚拟航标的优点

（1）虚拟航标虽然不是实体航标，但和实体航标一样有着良好的助航功能。

（2）虚拟航标的设置、更改和取消都可通过软件实现，成本非常低。

（3）虚拟航标设置、更改和取消的速度非常快，尤其是在突发事故需要快速设置航标的时候，这个优点更加突出。例如当某海域发生海难沉船的时候，可以立即利用AIS网络系统设置一座沉船航标，提醒过往船舶注意。

（4）虚拟航标的设置和更改不受天气条件的限制。虚拟航标和实体的灯浮标设置完全不同，实体灯浮标需要有航标船进行抛标和撤出，在大风大浪等恶劣天气情况下根本无法实现，而虚拟航标的设置和更改是通过AIS无线数字通信技术实现的，不受天气条件的影响。与甚高频（VHF）相比，虚拟航标具有点对点、排他性、抗干扰、信息量大和更新实时等特点，这些特点使虚拟航标的设置和更改更具有安全性和稳定性[3]。

（5）虚拟航标不会出现标位漂移等问题，与实体航标相比有着更高的导航精确度。实体灯浮标由于受到天气、船舶碰撞等因素影响，经常会出现标位漂移等问题。虚拟航标通过软件设置实现助航功能，可以有效保证标位的准确性，为过往的船舶提供更加精确的导航助航服务。

三、虚拟航标使用中遇到的问题

（1）虚拟航标要求AIS网络系统有非常高的可靠性。AIS网络系统的可靠性是受诸多因素影响的，如电源系统、数据链路、设备质量、强电磁干扰等，这些问题无疑降低了虚拟航标的可靠度，同时增加了运行成本。

（2）虚拟航标要求船舶必须装有AIS设备以及电子海图显示和信息系统（ECDIS），否则不能正常显示。虚拟航标的设置和更改是基于AIS技术的，显示端则必须有ECDIS，这些都限制了虚拟航标的使用对象。

（3）使用虚拟航标缺乏相应的法律依据。现在负责设置虚拟航标的主要是海事航标部门，且在设置的过程中缺少相应的法律法规支持，这必然对其可信度和可依赖度造成影响。

（4）虚拟航标的设置现在没有统一的标准。这就导致航海者在经过不同国家不同海域时需要注意不同的虚拟航标标示。从长远的角度看，制作统一的标准更有利于保障航海安全。

（5）虚拟航标应该使用在哪没有明确的定义。现在的虚拟航标使用方式分为两种：一种作为永久性的标志，例如在狭窄的水路没有放置航标的传统，此时就可以在海图上标注或在电子海图上显示航标；另外一种是在非永久性的情况下使用，例如在紧急情况下标注沉船位置或避航区，或者在极点区域当浮冰影响船舶安全航行路线等时候使用。

（6）虚拟航标使用成功与否取决于航海者，而现在对航海者的培训却没有正式开始，这需要海事部门在培训、发证时对虚拟航标知识进行相应考察，确保航海者能够正确解读虚拟航标信息。

（7）现在我们已经认识到了使用虚拟航标对沉船等危险区域进行快速标示所带来的便利，但我们也必须清楚使用虚拟航标可能带来的信息过载，所以在应用虚拟航标的同时绝对不能降低对物理航标的依赖，同时还要对ECDIS、海图纠错等其他安全信息的使用进行统一协调。

四、虚拟航标的发展方向

随着计算机技术、AIS信息技术、卫星导航技术和电子海图的逐渐发展和成熟，现有的航海概念和模式也将发生改变，原有的助航、导航设备将继续发挥重要作用，而新兴的助航技术也将占据重要的位置。在这种背景下，虚拟航标未来的发展方向主要有：

（1）虚拟航标目前主要基于AIS技术，但其范围却限定在甚高频（VHF）范围之内。未来虚拟航标的使用范围将不仅仅局限于此。

（2）现在的虚拟航标是以AIS为基础设置和使用的，未来虚拟航标可能以一套全新的系统为基础，采取标准的通信媒介、标准的数据格式、标准的显示方式，而不仅仅局限于现有的航标标示。

（3）虚拟航标将与现有的航行警告系统更加紧密地联系起来，同时将更大程度地为电子航海服务。

[1]黄艳玉,张杏谷,魏武财.虚拟航标及其应用[J].航海技术,2009 (4):29-31.

[2]魏武财,张杏谷.基于AIS的虚拟航标信息系统[J].中国水运,2006 (11):126-127.

[3]方英豪,刘世江.AIS虚拟航标的可行性[J].中国水运,2007(6):46-47.