基于电子航道图的虚拟航标系统架构

林海

摘 要：本文依托长江电子航道图和虚拟航标的技术发展，结合长江航道现状和维护管理实际，提出适合于长江的虚拟航标应用技术方案和系统架构，并在数字航道系统中，探索实现基于电子航道图的长江虚拟航标的维护管理和实施步骤。

关键词：电子航道图 虚拟航标 系统架构

随着长江黄金水道建设的不断深入，对沿江经济的促进和支撑作用进一步显现。现代化技术在长江航道的发展和应用，已给越来越多的港行企事业单位和航运船舶提供了先进的信息沟通和导航服务。目前，长江航道局在积极推进长江干线电子航道图系统以及长江干线数字航道建设工程，并结合虚拟航标技术开始开展长江电子航道图3.0系统正式运行后取消部分实体航标的可行性研究，推进内河虚拟航标的研究和应用。

虚拟航标发展现状

虚拟航标是指物理上不存在，由经授权的助航服务提供部门发布能在导航系统中显示的数字信息物标（IALA定义）。它是继视觉航标、音响航标、无线电航标之后国际航标学会认可的，旨在提升和增强航标管理机关的航标助航服务能力的现代化技术手段。

目前，国际上尚无统一标准标识虚拟航标。但是，AIS航标的快速发展引起了IALA、IEC、IMO和IHO有关组织等相关国际组织的重视，它们分别从各自的专业领域制定了各类关于虚拟航标显示和应用规则。虚拟航标的应用主要是借助AIS无线电通信技术来扩展传统航标助航体系，实现并提升航标管理机关的服务能力。IALA A-1062关于AIS航标设置指南中明确描述虚拟AIS航标使用标准。虚拟AIS航标可被用在实际上不可能设置实体航标的地方，例如描述临时性的冰况，快速标记沉船和其它危险物方面等，或者需要额外的航标来提高航行安全的地方。虚拟航标将来也可能代替一些主要的浮动的助航标志或者浮标，及满足特殊船舶的需要。但是，虚拟航标设置需求应当基于对航行区域的安全评估。这个安全评估涉及物理状况的航行价值，典型的区域是用于SOLAS公约船舶的深水航标。

在国内，AIS航标已在沿海大连、天津、青岛等海域及长江口得到了广泛应用，东海海区的虚拟 AIS航标数目已经达到 80多个，并且在长江下游内河航道也得到试点应用。长江口深水航道（12.5米）延伸段，该航道采用了双向复式通航分道设计，其中深水航道边界全部使用虚拟航标标识。通过虚拟航道的设置，便于船舶航行时摆正船位、把握航行规则，突出深水航道重要性的同时，又便于船舶充分利用其两侧的自然航道航行和避让，避免设置实体航标对船舶操纵带来影响，提高了航道的通航效率，减少了船舶碰撞航标的几率。

基于电子航道图的虚拟航标系统架构

纵观国际和国内对虚拟航标的使用和理解，虚拟航标技术已经把传统航标的概念拓展到一个全新的领域，已经成为现代化助航体系的重要组成部分。而随着长江数字航道的建设和长江电子航道图系统的建成和使用，为长江虚拟航标的设置与电子航道图生产相结合，使之成为长江电子航道图制图体系的有效成分提供了完备的技术手段。虚拟航标可以作为电子海图数据类型，定义并作为航道基本要素的重要组成部分。长江电子航道图3.0系统的建成为长江航标定义标准提供了扩展的平台，同时为长江虚拟航标的运行提供了一种技术手段，长江虚拟航标也应该作为长江电子航道图显示标准（CJ-52）的一部分，如同社会普遍认同中国内河航标标识体系、中国海图标识体系一样，被内河航运界认同。

1、虚拟航标作用范围

基于对长江虚拟航标应用需求分析，长江虚拟航标的设置不仅要继承长江航标体系，还应该充分尊重虚拟航标技术特性，满足新时期长江航道的扩展需求，以突出解决航道维护管理的实际问题以及社会服务的实际需求。

凸显现有重要航标。对现有重点航标（例如事故率比较高的浮标、对航行安全及其重要的浮标），利用虚拟航标技术进一步扩展航标功能，增强长江航标助航的精确性和实效性。

快速标注新的或临时目标 。虚拟航标特别适用于标注海图上还未及标绘的新的或临时性目标，或者用于凸显激活的临时性目标。应急沉船标注，构成障碍物的损毁航标以及漂浮垃圾等新的危险物都可以用虚拟航标快速标注。

替代部分实体航标。在技术条件成熟时，航标设置和维护管理单位就能提供这类电子航标替代部分实体航标供有关船舶应用，船舶利用电子航道图等信息化技术手段就能显示虚拟航道。

在难于设置物理航标或设置成本昂贵的地方设置虚拟航标。在有些情况下，设置实体航标在具体实施上有困难（如水流和河床条件），或者成本过高而不能设置。在这种情况下，虚拟航标能发挥很好的作用，能使航行船舶更加安全和更高的效益成本比。

提供航路点。在提供建议航路点方面，虚拟标志可以帮助船员设计航线或操纵船舶。虚拟航路点甚至可以根据气象水文条件移动实际布设位置，为在急流或类似情况下操纵船舶发挥最新引导作用。

2、业务流程

基于长江电子航道图系统的长江虚拟航标业务流程可概述为：数据采集→数据处理及编辑→数据审核及发布→数据应用。

数据采集。该模块功能是根据航道实际应用需求负责长江虚拟航标的设置、撤销以及异动信息的采集和管理，根据实际需求的功能和性质准确描述虚拟航标的作用以及有效期等关键信息。并经过预处理后提交到数据处理编辑中心，形成长江虚拟航标原始数据库。

数据处理及编辑。该模块功能是根据长江电子航道图数据处理标准处理长江虚拟航标的原始数据，根据虚拟航标的作用和有效期定义长江虚拟航标的类别以及关键属性，确定长江虚拟航标的服务方式，管理并形成长江虚拟航标专题数据库。

数据审核及发布。该模块功能是根据其服务方式以及相应的质量检验标准审核长江虚拟航标专题数据，并按照长江虚拟航标服务方式发布相应的虚拟航标数据服务产品。

数据应用。该模块是按照在用户终端。根据长江虚拟航标的服务方式及其相应的通信协议正确解析长江虚拟航标数据，并按照长江虚拟航标内容以及显示规范显示长江虚拟航标，辅助船舶及其相关港行企事业单位正确使用虚拟航标助航信息。

3、系统架构

长江虚拟航标物标的定义实现是在长江电子电子航道图2.0系统中建设的电子航道图生产编辑系统中实现的。电子航道图生产编辑系统包括电子航道图数据库及其管理子系统、源数据生产编辑子系统、电子航道图生产子系统、纸质航道图生产子系统以及电子航道图产品数据第三方检测软件。

4、维护管理

虚拟航标的管理。在《长江航道局航道维护管理工作规定》中增加对虚拟航标物标类的描述。单独建立虚拟航标管理系统或扩展现行的《航标信息管理系统》，扩展助航设施原始数据，存储虚拟航标数据。

数据预处理。对虚拟航标数据预处理，实现：①规范专题数据源格式，以实现多源孤立数据的集成。②建立专题物标与CJ57物标的对应关系。③定制数据转换模型，实现专题物标向CJ57转换。④专题物标入库。按照《长江电子航道图生产系统数据库标准规范》，存储虚拟航标数据，为长江电子航道图生产提供基础数据源。

虚拟航标的生产编辑。按照《长江电子航道图生产、维护、更新和发布机制》扩展虚拟航标的维护更新机制，实现虚拟航标与电子航道图产品的对接。

5、实施步骤

虚拟航标的推广使用需要一个长期的过程，其发展和应用的阶段可以分为三个阶段：①制定长江虚拟航标相应标准及其规范，完善长江电子航道图虚拟航标出图体系、建立基于长江电子航道图系统的长江虚拟航标服务模式。②以电子航道图系统、终端设备等多种方式为载体，推广长江虚拟航标的应用与服务。③在网络环境和服务应用模式成熟的条件下，基于电子航道图系统，实现长江虚拟航标的实时更新，与未来开放的智能航道体系相结合。

结束语

作为一门综合多种信息技术手段的新兴航标应用技术，虚拟航标是对传统的视觉航标的有效补充，是现代化航标体系的重要组成部分，是人们对航标的助航效能和航标管理要求不断提高的必然产物。

在长江电子航道图系统以及长江数字航道等相关建设工程的推动下，虚拟航标技术与现有长江航标体系以及长江航道维护管理体系相结合，是新时期对长江航道助航体系的有效扩展，也是航道信息化的必然产物。虚拟航标技术与内河航标体系相结合，必将对内河航道维护管理及其服务体系带来深远影响，为长江航道走向数字航道和智能航道提供理论支撑和技术参考。

（作者单位：长江南京航道局）