综合助航信息系统的实现

张杏谷，周世波

(集美大学 航海学院，福建 厦门 361021)

0 引言

近年来，随着海上用户对助导航信息需求的不断增加，国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)、国际航标协会(International Association of Lighthouse Authorities，IALA)等组织积极促进新型助导航技术的研究与开发，航运发达国家积极响应，不断提高航海安全保障水平，增强海上交通的安全和效率.特别是近年来IMO 正在推进的e-Navigation 战略，对交换、集成、显示和分析相关助导航信息，改善海上交通安全起到积极的作用.［1］

IALA 提出新型电子助航服务体系，即将航标遥测、信息处理、信息播发、接收和显示整合到一起，推动助航服务信息化、网络化.其主导思想是借助船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)基站、互联网网络资源，综合各种海事信息系统，建立一体化的、广泛共享的航标助航信息服务新体系，增强航海安全保障.［2］

新型航标助航服务体系是现代信息技术和计算机网络技术的综合应用，是IMO和IALA 提出的e-Navigation 战略的重要组成部分，建设航标助航新体系已成为国际航标领域发展的主要趋势.

1 助航新体系的内涵及结构

1.1 内涵

对于现代航海而言，助导航服务已经由以往的为单船航行服务为主向为单船航行和多船交通协调服务演化.这个变化意味着助导航的服务载体和服务对象都已发生重大变化，服务载体由单个向系统发展，服务对象由航行向交通协调发展.海上用户对助航信息的需求在不断增加，传统的航标助航服务已经无法满足用户的需求，必须建立与现代航海相适应的综合助航新体系［3］.

新型综合助航体系，应以服务为核心.从过程看，它是发生在航海用户与海事部门间的一种需求与解决过程的互动，其目的是为了满足航海用户特定的需求.一个完整的助导航服务过程总是由航海用户的选择/请求/需求开始，海事部门检查确认，执行特定的功能或任务，按照预定的方式结束，满足航海用户的需求.从功能角度分析，助航服务的内涵和外延随着航海用户的需求变化而不断扩展，从单一系统向多个系统再向多系统融合扩展.从关系上分析，航海用户既是接受方也是发起方，助航服务因航海用户需要而存在，航海用户的需要决定助航服务的内容.

航标助航新体系应以提供完善的助航服务为目标，其内涵是:以提供完善的助导航服务为目标，以先进的技术为支撑，全面提升航海保障综合服务能力.

1.2 结构

作为海上主通道和港口主枢纽安全支撑系统的重要组成部分，航标助航系统为船舶航行安全提供有力保障.［4］目前，其主要类型有视觉航标、无线电航标、卫星导航系统、AIS和船舶交通服务(Vessel Traffic Services，VTS)系统等，不同类型的助航系统其助航手段、功能和信息播发形式也不尽相同.

航标助航新体系应适应e-Navigation 战略发展，以船舶助导航实际需求为基本要求，适度考虑前瞻性，布局科学合理、定位精度高、功能完善、冗余性好，向用户提供全方位、全时段助航信息服务.航标助航新体系结构应由视觉航标、无线电航标、VTS 系统、卫星无线电导航系统、AIS 等组成，见图1.

图1 综合助航体系架构示意图

2 综合助航信息服务系统

助航信息是船舶安全航行的重要保障.近年来，国际社会对航海安全要求日益提高，不断强调提高助航信息服务水平，以增强海上交通的安全和效率.目前，航海人员关心的信息和数据远远超出助导航设施本身，几乎扩大到与航行安全和助导航有关的各种因素，这就需要将一系列有助于航行安全的信息通过一个平台进行管理并提供给船舶，从而提高航海安全保障的服务水平［5］.

电子、通信、计算机等技术被广泛应用于助导航领域，为实现新型的综合助航信息服务系统提供技术基础.综合助航信息服务系统的主要服务功能包括航标监测、航标数据查询、AIS 船舶动态信息查询、航标动态信息发布和安全助航信息播发等.［6］

本研究开发的综合助航信息服务系统以Web-ECDIS 平台为基础，整合航标遥测数据、AIS 数据，通过AIS 网络和互联网向海区船舶发布航标动态信息及相关安全信息以保证船舶航行安全.

2.1 系统组成

系统物理结构包括航标遥测遥控子系统、Web-ECDIS 助航信息平台以及AIS 助航信息发布子系统，系统组成见图2.

图2 系统组成框图

航标遥测遥控系统包括采用GSM/GPRS 的航标测控系统和基于AIS 的航标监测系统.助航信息平台在网络电子海图基础上显示AIS 船舶及航标等助航信息.同时助航管理部门可利用该平台通过AIS 基站播发AIS 航标助航信息及航标动态信息.

2.2 系统功能

本系统实现航标实时动态信息、电子海图信息、AIS 船舶信息的显示(见图3);实现AIS 安全信息(电文12和14)、AIS 适用专用电文(电文6和8)及AIS 仿真航标、虚拟航标(电文21)的播发功能(见图4～6).用户可以通过互联网实现对该系统的访问.系统主要提供以下几类助航信息实时服务功能:(1)各种比例尺辖区电子海图信息服务;(2)动态航标信息服务;(3)港口水文气象、航行环境信息服务;(4)AIS 信息服务.

2.3 系统关键技术

2.3.1 航标助航信息WebGIS 平台

该平台的目标是:实现AIS 电文在线实时发送、审核;可监测实时AIS 船舶和实时水文信息，支持高并发、多用户同时在线的强大服务;具有高稳定性、安全性和健壮性的服务平台;能以基于Geobeans 的电子海图引擎为核心技术进行多种操作.平台由用户前台模块、后台管理终端模块、MS SQL SERVER数据库管理系统、IIS 的Web Application 服务器、信息平台中心主模块等组成，其框架见图7.

图7 平台框架

2.3.2 基于AIS 的助航信息服务技术

鉴于AIS 的助航应用需求，本项目研发AIS 基站前端通信机、综合服务器、AIS 信息中文显示终端、AIS 航标RTU，实现AIS 助航信息的播发、接收和显示及基于AIS 的航标监测等技术.

AIS 前端通信机接收、解析AIS 基站输出数据，并将其传送至综合服务器数据库，其通信方式为TCP/IP;同时对服务器传来的电文组包后发送到AIS 基站发射，其通信方式为串口或TCP/IP，协议采用国际电工委员会制定的海上导航及无线电通信设备与系统数字接口标准(IEC61162).［7］AIS 服务器提供数据库与AIS 前端通信机之间及与WebGIS平台的通信和数据传输服务.AIS 数据库实现AIS数据存储管理.

系统利用AIS 电文6，8，12，14，21 进行助航信息的播发(包括仿真航标、虚拟航标).发布的二进制电文6和8 及航标报告电文21 的信息见表1，其设计流程见图8.

图8 AIS 助航信息播发设计流程

表1 发布的二进制电文及航标报告电文信息种类

3 结束语

目前，国家海事部门已建立覆盖我国沿海海区和内河的AIS 基站系统，正在推进航标遥测遥控系统的建设，这都为新型航标助航体系建设奠定基础，但AIS 二进制电文的助航应用还未开展.本研究在e-Navigation战略技术框架下，依托AIS，ECDIS，互联网等现代信息技术，开发综合助航信息系统，对海上助航体系开展创新性研究工作，其成果将为海上新型助航体系建设及AIS 二进制电文的助航应用提供技术支持.今后还将根据IMO“AIS 二进制电文应用导则”(SN.1/Circ.289)［8］，进一步研究开发相关应用技术.

［1］IMO NAV 53/13.Report of correspondence group on e-Navigation strategy［S］.2007.7.

［2］IALA Recommendation A-126 the use of Automatic Identification System(AIS)in marine aids to navigation services［S］.4th ed.2008-12.

［3］杜志秀，张寿桂，彭国均，等.航标助航信息发布系统［J］.上海海事大学学报，2011，32(1):35-39.

［4］项鹭.一站式航标信息管理与服务在航标系统中的应用［J］.上海海事大学学报，2006，27(1):26-29.

［5］张杏谷，彭国均，魏武财.海上助航信息共享系统［J］.上海海事大学学报，2008，29(2):7-10.

［6］ZHANG Xinggu，XIANG Lu，PENG Guojun，et al.Researches on the new system of aids to navigation［C］// IEEE/ION PLANS.Indian Wells，CA，USA，2010:146-150.

［7］IEC61162 Maritime navigation and radio communication equipment and system digital interfaces［S］.1.1th ed.2010-11.

［8］IMO SN/Circ.289.Guidance of the application of AIS binary messages［S］.2010.