聚焦智慧航海，助力产业升级——以e-航海信息服务系统为例

◎ 中国运载火箭技术研究院 曹建文 许 昶 于翀熠

随着IMO（国际海事组织）提出的“e-航海”战略进入实施阶段，船舶航行领域正在不断更新完善并陆续推出国际标准体系，船舶电子领域的产品即将按照新的国际标准实现升级换代，以进一步提升船舶航行领域的信息化水平，提高船舶运行安全水平和监管效率。未来5～10年，船舶电子信息技术领域将完成新一轮产业升级，此次产业升级在带来巨大市场商机的同时，也给我国航海领域电子技术发展及实现“弯道超车”提供了难得的历史机遇。

针对我国海上电子信息产业智能化、自主化的发展需求，2015年底，中国运载火箭技术研究院（以下简称“火箭院”）联合大连海事大学（以下简称“大连海大”），围绕IMO提出的 e-Navigation（e - 航 海/电子航海）方向开展了技术研发及产业化应用研究。为加快产业孵化工作，2017年5月，由火箭院和大连海大联合组建的船舶电子信息技术研发中心（大连）（以下简称“大连中心”）正式运行。大连中心立足于融合航天航海技术，研究开发符合国际标准的船舶电子信息系统和满足不同用户需求的海上大数据应用服务系统，力求为船舶航行提供天海一体的信息支持解决方案，同时，推动我国船舶电子信息技术领域转型升级，维护我国海事领域的信息安全，引领制定国际海事标准。

目前，大连中心主要围绕e-航海方向，完成了遨海通甚高频数据交换系统（VHF Data Exchange System，VDES）、遨海云海事信息服务系统（Maritime Information Service System，MISS）及遨海桥船舶综合导航系统（Integrated Navigation System，INS）这3类产品的核心技术攻关，构建了“云—网—桥”一体的e-航海信息服务系统，并开展了相关试验系统部署及推广应用工作，相关产品技术达到国内领先水平。

▲e-航海信息服务系统总体概念

遨海通VDES

VDES是针对水上移动业务领域自动识别系统（Automatic Identif i cation System，AIS）进行加强和升级的一种新型数字通信系统，该系统是e-航海的关键核心通信系统，包含AIS、ASM和VDE三项数据交换业务。AIS作为第一代海上数字通信系统，不足以支撑现有海上数字通信业务需求，而VDES具有自组织接入和海上宽带数据交换的优势（通信速率由9.6×103bit/s提升至307.2×103bit/s，可容纳超过1000个移动节点），可承担未来海上船舶航行安全的各类信息交换工作，是目前常用的海上通信（海上数字通信、商业陆地数字通信、商业卫星通信等）中唯一一种用于船-船之间的广播式数字通信系统，将是智能船舶和无人驾驶船舶间交通环境感知及信息交换的基本通信方式。同时，该系统的核心技术可广泛应用于遇险搜救、灾难救助、偏远区域作业及特种应用等领域，具有十分广阔的市场前景。

大连中心以国际电信联盟（ITU）相关标准为技术框架，设计研发了具有自主知识产权的VDES岸站设备、VDES船站设备和VDES管理中心，并持续跟踪VDES卫星载荷的国际标准进展，后续将适时启动VDES卫星载荷的研制。

我国幅员辽阔，海岸线长，各海区分区管理，多数船舶通信需要跨区域进行数据交换，为此建设了数百座通信基站。为适应我国市场需求，在吸纳国际研究成果和需求基础上，大连中心全面设计了“船—岸—星”一体化的VDES岸基核心交换网络架构，保证了VDES管理中心在设计初期就能满足未来我国复杂的市场应用和国际市场需求。该系统在我国应用成熟后，可将其核心技术成果作为基础，推进国际航标协会（IALA）等国际组织制定VDES核心网国际标准。

遨海通VDES采用自组织联网通信技术，可实现各终端设备间的高速数据通信，为海上船舶之间的避碰、救助、遇险通信等提供了基础通信方式；为各类岸基用户（如海事管理、船东、货主、海关、边检、港口、保险等）和船舶提供了自主、智能的端到端直接通信和数据交换服务；为全面改善现有海上通信需要人工寻址岸站的问题，提供了有效的解决方案。

截至目前，遨海通VDES已完成样机研制及测试工作，并在大连和深圳海域建设了两套试验系统，全面验证遨海通VDES设备的各项性能指标，并以此为基础，提出8项技术内容写入正在制定的VDES技术标准中。2018年以来，大连中心在积极验证完善VDES各项技术性能的基础上，开展了小型化、多用途VDES产品的系列化设计。预计2019年下半年，遨海通VDES产品将具备全面推向市场的能力。

▲遨海通VDES系统组成

▲遨海通VDES管理中心

▲遨海通VDES的试验系统

遨海桥INS

为保障船舶航行安全，船舶上安装了大量的电子导助航及通信系统设备。然而，随着船岸电子信息技术的推广应用，这些设备在保障船舶航行安全的同时，也给船舶驾驶人员增加了工作负担；此外，各系统之间的信息孤岛严重，亟需将各类不同来源信息进行有机融合。

INS作为船上实施船舶导航的系统，通过集中获取传感器信息、各种控制命令，执行各种操纵控制，将有关导航、驾控、避碰和监视等分散设备的功能从信息融合及人机工程角度进行集成，构建了一个集导航、驾控、避碰和航行管理于一体的高度信息化、自动化的集成系统，实现了船舶的自动化航行，提高了驾驶人员管理船舶的安全性和效率。

从20世纪80年代开始，随着电子技术的发展，以欧美、日本为首的传统航海强国开始了INS系统的研制工作，目前世界上先进国家已研制推出了第三代、第四代新的INS。进入21世纪，我国的船舶工业技术得到了快速发展，但我国造船业的自动化技术相对落后，本土化船用设备装船率较低，这些都是制约我国成为世界造船强国的瓶颈问题。近年来，国内部分大学与科研院所在该领域开展了一系列的技术研发工作，取得了一些成果。但从整体来看，与国外差距较大。

遨海桥INS作为新一代船舶导航系统，应用综合定位导航授时（PNT）技术，实现对各类导航信息的综合处理、评估，形成了统一、可靠的定位、导航和时间信息，大幅降低了选择和使用多源信息的复杂度。系统可按照最优路线或最经济的方式实现航线自主规划，通过与航行控制系统配合，可以实现船舶自动航行，减轻船员驾驶负担。系统采用基于标准模式、可配置的人机界面设计，让操作更简单、维护更便捷。系统完全满足国际海事组织规范及标准要求。

▲遨海桥INS系统结构图

▲遨海桥INS系统人机交互界面

针对综合导航系统数据源种类多、数据内容和格式庞杂、业务应用需求多、功能复杂且交叉耦合的特点，遨海桥INS系统总体采用分层架构设计，各层级间采用统一协调的数据交换格式和交互模式。各层级内部采用模块化设计，各功能模块能够灵活配置、便于扩展和替换。层级式和模块化的架构能够较好地支持综合导航系统实现各类用户业务需求，同时具有良好的可扩充性。

目前该系统已在深圳远洋运输股份有限公司所属六万吨级“鹏德”轮上开展试运行，经过近一年的测试，系统运行稳定。

基于模块化、信息化、智能化的遨海桥综合导航系统，结合了新一代船岸通信技术，以信息融合和智能航行控制为依托，可广泛应用于船舶的智能化航行。

遨海云MISS

遨海云是为满足航海保障、船舶管理及海事监管等需求而构建的综合性信息服务系统。它由海事互通平台和多项海事业务服务组成，基于船舶航线、船舶位置、安全信息、港口管理、水文气象等信息，能够为航海保障机关、海事管理机构、航运相关用户等海事/航运活动参与者提供端到端的信息交互、行业监管、业务支持等海上信息服务系统解决方案。

其中，海事互通平台（MCP）以国际海事组织提出的海事领域通用岸基系统架构（CSSA）为系统框架，以S-100数据模型为数据交换体系框架，在所有授权海事活动参与者（含船舶）和授权服务之间，智能地按需完成路由控制，并建立动态连接和通信链路，提供无感知的端到端服务，确保用户与服务间数据的可靠交互。海事互通平台具有以下特点：（1）松耦合、模块化、开放性、标准化的体系架构； （2）信息交换高效、安全、可靠、无缝； （3）可按需配置用户对服务的访问；（4）业务扩展灵活。

▲“鹏德”轮随航测试的遨海桥INS

▲遨海云MISS系统的体系结构

▲海事互通平台的系统架构

海事业务服务以国际航标协会（IALA）提出的海事服务集（MS）规范为基础，为海事/航运用户提供“高内聚”的业务功能支持服务，满足各类不同用户的服务需求。服务包括：（1）海上安全信息播发服务：按照IMO Circ.289报告要求，提供船舶安全相关信息发送服务；（2）船舶进出港报告服务：提供船舶进出港申报、港口泊位申请、引航申请、进出港报告和管理，以及船舶在港口内的移泊、离泊等业务服务；（3）航线规划服务：以大数据分析为基础，结合实时航道情况（航行警告），给出泊位到泊位的船舶航线规划，辅助船舶航行；（4）地基VDES信道服务：依托自主研发的VDES岸站，为不同用户提供信息播发、信息采集、信息监测等服务。

▲基于海事互通平台的海事业务服务概念

海事互通平台及航线规划服务目前已在东海航海保障中心的长江口e-航海建设工程中得到应用，该工程主要为满足在长江口深水航道利用边坡航道进行超宽船舶交汇通航，以提高通航效率的需求而建设。其中，海事互通平台为工程所涉及的航标服务、航路规划服务和智能导航终端、综合信息服务系统提供了用户注册、服务注册、服务获取等业务支持。航路服务为工程涉及的深水航道中超宽船舶的交互通航提供了交汇点预测、交汇信息发布、流量监控等功能。

结束语

综上，e-航海信息服务系统可以通过建立符合e-航海战略的高速宽带通信网络及信息服务系统，支撑我国海洋、海事、渔业等领域的信息化发展，为后续无人船舶、海上大数据、下一代海事基础通信标准的技术研究及行业发展提供全面的研制保障服务，支撑我国海上智慧交通、人工智能的发展需求。同时，该系统的可扩展性强，能够广泛应用于海上、港口、岛礁等特殊区域，具有为我国海权保护、航道安全、岛礁建设等提供体系化信息服务的能力。