专用固态数字雷达与AIS基站组合系统在洋山E航海示范工程中的应用

杭德平　杨祥

【摘 要】 为保障上海港洋山深水港区海域船舶的航行安全，实现对通航密集水域未安装AIS船载终端设备的小型船舶和小目标的有效监控，东海航海保障中心创新实施E航海示范工程建设，将专用固态数字雷达与AIS基站组合应用，对由固态数字雷达探测发现的小型船舶或小目标进行筛选和识别，并将有效数据以虚拟AIS航标报文向周边船舶播发，以便其他船舶掌握相关信息。实践表明，该系统能有效保障航行安全，并为E航海技术在保障航海安全上的应用积累经验。

【关键词】 上海港洋山深水港区;E航海;固态雷达;AIS;船舶避碰

0 引 言

目前，上海港洋山深水港区（以下简称“洋山港区”）是世界最大的海岛型深水港，船舶流量日益密集且船舶大型化趋势明显，年集装箱吞吐量已占上海港年集装箱吞吐总量近1/2，对上海国际航运中心和上海自贸区建设起着重要作用。随着洋山港区四期自动化码头的投入使用，洋山港区货运吞吐量必将进一步增加，港区发展具有极大潜力。

洋山港区主航道位于浙江省北部岛礁海域，传统渔场密布，且处于沿海南北航路中心，大中型船舶和渔船、砂石料船等小型船舶在此聚集交汇航行或作业，通航环境复杂。

船舶自动识别系统（AIS）自推广应用以来，在保障船舶航行安全和提高通航效率方面发挥了重要的作用。目前我国仍有很多小型船舶（如渔船、砂石料船等）尚未按《国际海上人命安全公约》（《SOLAS公约》）规定配备AIS船载终端设备。这些小型船舶常常在沿海部分通航密集水域航行或作业，在能见度不良等情况下极易发生船舶碰撞事故。

为改善和提高洋山港区大中型船舶航行和靠离泊的助航安全保障条件，为驾引人员提供切实有效的助航服务支持，东海航海保障中心于2016年实施洋山E航海示范工程建设，依托AIS、VTS、北斗卫星导航系统、专用固态数字雷达、差分定位、物联网、互联网、云计算等先进技术和助航设备，加强船与船、船与岸及岸与岸之间海上航行相关业务及数据的互联互通和共享，利用信息技术重点为洋山港区大中型船舶航行安全提供技术支持服务。

1 洋山E航海示范工程简介

E航海示范工程的基本要素包括整体系统技术架构、定位导航授时（PNT）系统、通信方式和手段，数据模型，以及服务（业务）类型等分项建设，实现航行环境数据采集、PNT系统、船岸通信交互系统、E航海服务平台、E航海终端设备示范安装应用等5个重点方面的应用。其中航行环境数据采集是所有相关数据交换的基础。洋山港区深水航道所处海域的特殊性增大了航行安全风险，在能见度不良时需要进一步提高对航行或滞留在警戒区航道内未安装AIS设备的小型船舶实时探测和分辨筛选识别的能力，获取其动态数据，并能够通过现有AIS国际通用播发平台发送相应船舶动态信息，使大中型船舶AIS船载终端设备能够接收相关信息。这对保障船舶的正常航行、避碰和加强海事监管具有重要意义。

2 创新研发探测和播发组合系统的解决方案

2.1 技术方案

在通常情况下，VTS系统可通过雷达探测船舶目标，可与AIS功能实现优势互补。VTS系统雷达能对覆盖区内的相关目标进行自主探测、跟踪和动态数据采集，但不能对目标进行主动识别;而AIS虽然能对覆盖区内装有AIS船载终端设备的船舶进行主动识别、跟踪以及采集动态数据和静态数据，但无法获取覆盖区内未安装AIS船载终端设备小型船舶或小目标的动态。

洋山E航海示范工程建设项目创新研发一套探测与播发功能相结合的系统。在小洋山沈家湾客运码头楼顶上安装一套固态数字雷达系统和一套AIS专用基站系统，使用固态数字雷达探测洋山港区警戒区航道内船舶，筛选识别并跟踪航道内未安装AIS船载终端设备船舶的动向，并将雷达信号转换为AIS基站系统信号，以虚拟AIS航标报文播发，供航道内和周边海域大中型船舶船载接收机接收。图1为AIS工作示意图，组合系统主要具备以下功能：

（1）提高了在不良天气条件下对处于洋山港区警戒区航道内未安装AIS船载终端设备的小型船舶或小目标的识别与跟踪能力;

（2）对固态数字雷达探测发现的小型船舶或小目标进行筛选和识别，并将有效数据转化为AIS标准报文;

（3）将需要标识的小型船舶或小目标的数据，由AIS基站以虚拟AIS航标报文播发给在洋山港区警戒区航道内和周边海域的船舶，供船舶识别避让。

2.2 雷达技术参数

洋山E航海示范工程使用了TERMA Scanter 2200 Series型基于固态发射机技术的2D全相干脉冲压缩雷达，具有数字软件定义功能。雷达基本技术参数设置见表1。

经现场调试验证，雷达探测发现渔船、游艇和帆船等小型目标效果较好。从沈家湾客运码头往洋山港区主航道方向，雷达信号覆盖主航道、警戒区及周边海域，重点识别和跟踪在洋山港区警戒区内活动的小型船舶或小目标，特别是在特殊天气和能见度不良时能准确探测识别小型船舶和小目标，并将转换后的数据以虚拟AIS航标报文播发。

2.3 AIS播发策略

在通航环境复杂的洋山港區警戒区及警戒区外500 m区域内，活动船舶的信息被雷达探测录取后，数据经后台处理比对，无AIS船载信息的小型船舶或小目标将被识别为虚拟AIS目标，通过18号AIS报文（标准B类设备位置报告）向虚拟AIS目标周围船舶通报，帮助安装有AIS船载终端设备的大中型船舶及时发现和识别此类目标。

为了使大中型船舶在进入警戒区前及早获得小型船舶或小目标的动态信息，虚拟AIS目标信号的识别范围比固态数字雷达探测到的小型船舶或小目标的识别范围略大。AIS默认播发频率为，系统管理员可适当调整播发区域和播发频率。

图2为融合了固态数字雷达系统和专用AIS基站的组合系统――洋山E航海综合信息系统，可对小型船舶或小目标进行识别并融合显示。红圈内目标为未安装AIS船载终端设备的小型船舶，以虚拟AIS目标的形式在信息系统中显示。

为避免该水域内的航标被误探测识别，以航标为中心150 m范围内的固定小目标将不被识别。当固态数字雷达或专用AIS基站设备发生异常时，该组合系统也将停止向外播发小目标信息，以避免播发数据错误。

3 结 语

专用固态数字雷达与AIS基站组合系统在洋山E航海示范工程中的应用，为处于洋山港区警戒区航道内和周边海域的船舶安全航行和避碰预警提供了一种有效的解决方案。该系统也是E航海理念和技术在上海国际航运中心建设中的一次创新应用，将为E航海理念和技术应用于保障航海安全提供宝贵的实践经验和成功范例，为保障航海安全发挥了积极的作用。