基于E-Navigation的船舶智能航线服务系统设计研究

鲁亚东

摘 要：船舶智能航线服务是E-Navigation战略计划的重要内容。遵循IALA相关数据标准，借鉴航空智能服务管理思路，对船舶智能航线服务系统进行了设计，使之为船舶航行提供最优计划航线、海上安全信息、航程助航与监控、船舶避碰等智能服务。该系统不仅具有较强的实践价值，而且将会给相关利益主体带来更多直接效益。

关键词：智能航线服务;系统设计;船舶;E-Navigation

E-Navigation是由国际航标协会（IALA）实施的“以用户需求为驱动、以服务用户为宗旨”的战略计划，其目的在于通过以电子方式收集和分析海事信息，为增强船舶海上航行、安全、安保提供相关服务与技术支持[1]。其总体框架包括船上环境、岸上环境及物理链路构成（见图1）。

船舶智能航线服务，是指建立具有前瞻性的、交换与共享的航线服务体系，为船舶安全航行提供智能助导航服务，包括流量预测、安全报警、交通组织等。而这也正是E-Navigation战略计划的重要内容[2]。基于E-Navigation框架，对船舶智能航线服务系统进行设计，以期为船舶高效与安全航行提供参考与借鉴。

1 基本思路与功能设计

1.1基本思路

船舶智能航线服务系统设计，在总体思路上，一方面借鉴航空智能服务管理思路（目前，国内外航空交通控制体系已广泛运用智能航线服务系统，即对所有航班航线进行预设，相关机构实施信息共享，共同对其监视和管理），使所有相关机构、参与人员共享船舶航行计划，增强海上交通管理系统的可预测性、可控性;综合分析海况、成本、效率等要素，为船舶提供最优计划航线;促进船舶间信息共享，彼此提前知晓航行计划，强化船舶避碰操作。另一方面，遵循IALA相关数据标准，采用开放式服务接口，为船端导航系统、岸基系统接入使用提供方便，形成功能融合、信息共享的船舶智能航线服务体系。

1.2 功能设计

基于E-Navigation框架和船舶航線服务需求，我们可将船舶智能航线服务系统设计构建最优计划航线、海上安全信息服务、航程助航与航程监控、船舶避碰等服务功能（见表1）。

2 运作模式与系统流程

2.1 运作模式

该服务系统是以服务接口的形式而存在，通过AIS、海事卫星等多种通信网络，接入船舶ECS、ECDIS等导航系统，岸基则可集成至VTMIS或VTS，从而实现船-岸、船-船之间的信息共享与交换[3]。其运用模式主要分为以下4种：其一，船端模式。该模式的功能主要有航程规划、航行监控。在航程规划上，驾驶员可从船舶智能航线服务系统获得最佳计划航线、航行资料，并据此规划航程;在航行监控上，值班船员可实时监控船舶航行状况，确保其按照计划航线航行。其二，岸基模式。即由岸上监管和服务人员对辖区内船舶的计划航线、实时航线进行监控。其三，船-船模式。该模式采用多种通信方式，促进相邻船舶间的航线信息交换与共享，其内容包括：在船舶ECS、ECDIS导航系统中显示其他船舶计划航线;结合AIS、雷达系统，获取避碰获救及助航服务等。其四，船-岸模式。即岸上监管和服务人员获取船舶计划航线，强化对海上交通的监控。

2.2 系统流程

系统船舶导航系统、AIS系该服务针对用户的主要接口。在本次设计中，服务接口的目标支持各种类型的ECS船舶导航系统。其工作流程如图2所示。

2.3 工作方案

该服务系统运行的方案主要是：其一，拟制计划航线。在准备阶段，工作人员应更新船舶信息，输入船舶目的港、预计到达时间等数据。ECS可根据输入数据，自动构建推荐的计划航线。其构建既可以采取离线方式，即依据ECS本地存储的信息和数据，结合本船舶的类型、载货、吃水等信息，自动分析出最佳计划航线;也可以采取在线方式，即ECS借助数字VHF链路或移动互联网链接系统中心，系统中心通过分析本地存储的信息和数据，或者类似船舶的AIS历史轨迹数据等，自动给出最佳推荐航线。在此基础上，工作人员可对该系统推荐的航线做进一步的修订，并在船长确认后，通过数字VHF等通信方式提交至系统中心。其二，推送航行资料。系统中心在收到航行计划后，将自动检索船舶航行所经过水域的相关资料，并将航行指引、航行规则等资料推送至船舶的ECS导航系统。其三，提供导航助航服务。船舶在沿着计划航线的航行过程中，可通过AIS与同一水域其他安装有该系统的船舶，交换和共享计划航线，实现智能避碰。其四，实时监控船舶。船舶交通管理信息服务系统可从智能航线服务系统获取计划航线，对其航行实施智能监控。在此过程中，智能航线服务系统不仅可以显示或提示船舶航行中将遇冲突的位置、航线的偏离，而且能够预判相关水域的船舶流量，为及时化解风险和交通调度提供服务或建议。

3 设计价值与效益分析

该服务系统的设计，具有较强的实践价值，其运用将会产生诸多效益，直接惠及相关部门和主体。对船舶而言，该系统不仅能够对具体的船舶提供最佳航线，而且会精准预估其到达目的港的具体时间。对船舶驾驶员而言，该系统可以帮助驾驶员获取更多的有价值的信息，及时获取智能提示或指示，有效规避可能出现的偏离航线、碰撞等风险，并减轻其工作负荷。就船舶公司而言，可以通过该系统，全面了解和掌握整个船队的情况，及时获得相关警示;依据该系统提供的最优计划航线、海上安全信息服务等，可以科学计划船舶航行，节约能耗与成本;能够精准估算到达目的港时间，为其安排下一航程提供依据。对港口而言，可以提前获知船舶到达时间，为其安排港口作业提供准备空间。对海上交通管理部门而言，该系统的智能服务，可以节减人力资本的投入，降低工作人员的负荷，提高海上交通管理的效率与效益。

4 结语

船舶智能航线服务是E-Navigation战略计划的重要内容。借鉴航空智能服务管理思路、遵循IALA相关数据标准，以服务接口各类ECS船舶导航系统为目标，对船舶智能航线服务系统进行了设计，使之为船舶航行提供最优计划航线、海上安全信息、航程助航与监控、船舶避碰等智能服务，努力实现船舶航行安全化、效率最优化、效益最大化。

参考文献：

[1]薛一东.E-Navigation战略下的船舶引航发展[J].中国航海，2017（1）：93-96.

[2]唐庆友，宋妍成，杨弘曧.智能时代船舶驾驶对航海保障的需求[J].上海船舶运输科学研究所学报，2019（2）：23-27.

[3]李瑞杰，张新宇，黄文伟，等. E-Navigation下的海事服务集[J].水运管理，2017（5）：27-29.