长江电子航道图虚拟航标的类别与显示研究

邓良爱 王当利 陈璐

摘 要：近年来，随着电子技术的发展，电子海图以及信息显示系统（Electronic Chart Display and Information System，ECDIS）和长江电子航道图的广泛应用，虚拟航标技术取得了突破性进展。本文主要介绍了长江电子航道图虚拟航标的概念和类别，探讨了长江电子航道图虚拟航标和实体航标的优势和劣势， 并参照了目前两大类虚拟航标显示符号方案，结合我国虚拟航标显示方法和长江电子航道图自身特征，提出一套长江电子航道图虚拟航标符号显示方案。

关键词：虚拟航标;数字航道;长江电子航道图;显示符号

1 前言

航标是一种在船舶外部设置和运行的设备或系统，能为船舶航行安全提供帮助并在一定程度上提高了船舶交通效率。在传统的视觉航标系统中，尤其以灯浮、灯塔和灯船等设施实现对航海者的帮助[1]。但是，由于视线、天气、障碍物、航标故障等因素，航标的助航功能会受到影响。因此，随着航运的快速发展，我们对航标的助航功能和管理的要求也越来越高。虚拟航标的出现极大地推动了航海技术领域的发展，为船舶导航提供了新的方式。

由于虚拟AIS航标直接在软件设置，位置精准度高，不需要占用实际航道位置，给驾驶员以辅助信息提示，从而确保船舶顺利通往航道水域，取到了较好的导助航效果[2]。目前，虚拟AIS航标已在我国沿海大连、天津、青岛等海域及长江口得到了广泛应用，仅东海海区的虚拟 AIS航标数目已经达到 130多个。我国内河虚拟航标仍处于探索研究阶段，为发挥虚拟航标优势，在我国内河船舶逐步配置AIS收发及显示设备以及电子航道图技术不断发展的基础上，内河虚拟航标的应用条件已初步具备，相关研究应用需加快开展。

从理论上而言，我们可以将长江干线航道目前存在的虚拟航标分为三种：AIS虚拟航标、基于长江数字航道的虚拟航标——长江电子航道图虚拟航标和基于长江电子航道图APP的虚拟航标——电子围栏。AIS虚拟航标主要用于12.5米深水航道[3]，电子围栏城陵矶至武汉河段深水推荐航道试运行期间用过，使用较多且最有可能推广应用的是长江电子航道图虚拟航标。它是指在电子航道图中用规定符号标示的、通过电子航道图数据更新向特定用户（安装了该电子航道图应用终端的用户）发布的物理上不存在的航标。该虚拟航标以电子航道图为基础，相比AIS虚拟航标设置更简单。2003年，长江航道局启动了长江电子航道图的研发工作，至今长江电子航道图已从1.0版发展到3.0版。根据长江航道局2014年6月发布的《长江电子航道图系统运行条件下航道维护技术规范》，基于长江电子航道图的虚拟航标主要适用以下三种情况：

①航道条件发生变化、电子航道图更新周期内变化的区域;

②进港航道、码头前沿等无法布设的实体航标的区域;

③航道内突发事故，不能及时通过实体航标标示的区域。

随着长江电子航道图的不断升级，长江电子航道图虚拟航标也在逐步投入应用，但目前仍无一个统一的长江电子航道图虚拟航标分类和显示规范，加强这方面的研究无疑将有利于其在整个长江干线航道的推广应用。

2 虚拟航标的概念及特点

2.1虚拟航标的概念

根据国际航标协会（IALA）的定义，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。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。IALA于2010年3月颁布了虚拟航标实施指南（IALA Guideline No.1081），通过对虚拟航标技术的分析，旨在使航海者正确理解虚拟航标技术特性，这为基于长江电子航道图的虚拟航标的应用提供了重要的理论和实践依据。

我国沿海多采用AIS发布虚拟航标，应用AIS虚拟航标的目的在于通过下述措施提升助航服务，加强航行安全和提高航运效率：

（1）提供一种在AIS和船用雷达显示器（与AIS连接）上辨识航标的可靠与全天候的方法;

（2）补充航标现有信号;

（3）发射浮标准确位置;

（4）指示浮标位移;

（5）为船用雷达提供基准点;

（6）为雷达提供补充服务;

（7）标记或勾画航迹、航路;

（8）标注近海建筑物;

（9）提供气象、航道路况等数据;

（10）监视航标状态;跟踪移位航标;辨识碰撞航标的船舶;实时收集航标状况;遥控改变航标参数等。

2.2长江电子航道图虚拟航标与实体航标特点

随着长江电子航道图的应用，长江电子航道图虚拟航标已应用在长江干线中下游重点航段。

其应用范围主要在以下2个方面：

（1）作为常设标志使用，如锚泊区、警戒区、安全水域等专用标志、通航分道划分标志以及作为航行标志用于某些不适于设置实体航标的狭窄水域。

（2）作为临时标志使用，如发生水上交通事故时临时标示沉船等危险点或避险水域等。

实体航标是指物理上存在，以特定的标志、灯光、声响或无线电信号等，供船舶确定船位、航向，避离危险，使船舶沿航道或预订航线安全航行的助航設施。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。虚拟航标和实体航标都可用来指示航道、供船舶定位、标示危险区、供特殊需要。

虚拟航标与实体航标优劣势分析如表1 所示。

虚拟航标的应用具有绿色环保、经济、快捷、可靠、导航精度高和构成实体航标的有效补充等优点。在标示航行条件频繁变化的动态区域以及设置实体航标不可行或不可能的情况下，虚拟航标作用尤其明显。例如，在布设常设虚拟航标前，可临时设置虚拟航标标示航行危险物，及时提醒附近来往船舶。此外，虚拟航标可用于标示航行条件频繁变化的区域，这些区域需要动态标识。

3 长江电子航道图虚拟航标种类及其显示研究

3.1虚拟航标类别

结合虚拟航标在应急标识、界限标识和重要水域等领域的适用性和长江干线航道实际应用需求，根据长江干线航道虚拟航标种类选取原则对现行各类标志逐一分析，提出长江电子航道图虚拟航标类别，如表2所示。

3.2长江电子航道图虚拟航标显示规范分析

3.2.1虚拟航标显示符号

根据国内外研究现状分析可知，目前国内外虚拟航标的显示符号还没有统一标准，但总体而言海区范围的虚拟航标显示符号可分为IHO S-4标准推行的“圆形+圆内顶标符号”和国际海事组织（IMO） 243号指导文件推行的“菱形+菱形外顶标符号”两大类，其中IMO推行的显示符号被国际电工委员会（IEC）发布的相关文件采纳，而国际水道组织（IHO）推行的显示符号在型式上与中国、美国、日本等国家提出的显示方案类似。虽然包围形状或线条格式不同，但国内外虚拟航标显示符号都具有以下特征：

3.2.1.1不同类别的虚拟航标显示符号中都包含对应实体航标的典型特征表现符号

不同国家或组织提出的显示方案中，各类虚拟航标显示符号中都包含对应实体航标中的典型特征符号——顶标符号，通过沿用实体航标典型特征符号，虚拟航标类别和作用更易被理解和掌握。

3.2.1.2虚拟航标以典型特征符号为基础，增加包围线条

不同显示方案中，除丹麦提出在实体航标旁边加注“V”外，其他方案都认同在航标典型特征符号的基础上，增加圆形或菱形包围线条，包围线条或以典型特征符号为中心，或将典型特征符号置于菱形顶点，或还纳入航标标体型式（如日本），外围线条型式、位置有所不同。

参照国内外海区虚拟航标显示符号特征，确定长江电子航道图虚拟航标显示符号制定原则如下：

须包含对应类别实体航标显示符号的典型特征符号

可采用虚线圆形或菱形与特征符号进行组合

尺寸颜色等要求以长江电子航道图显示标准为准，兼顾国际、国内海区航标相关要求

根据以上原则，参照目前两大类虚拟航标显示符号方案，结合我国虚拟航标显示方法和长江电子航道图自身特征，提出一套长江电子航道图虚拟航标符号显示方案。

3.2.2 长江电子航道图虚拟航标符号显示方案

本方案参照IHO S-4标准推行的“圆形+圆内顶标符号”显示方法，沿用我国海区虚拟航标虚线圆形包围圈型式，采用虚线圆形与原有实体航标显示符号相组合的显示方法。本方案通过相似表达形式可有效衔接我国海区和内河虚拟航标，有利于江海直达船舶的理解。本方案显示要求具体有：

（1）长江电子航道图虚拟航标符号由外围圆、虚拟航标类型标识以及应用设置方法标识组成。外围圆符号颜色采用品红色，类型标识符号与实物航标符号颜色一致。

（2）长江电子航道图虚拟航标符号外围圆中心位置为原实体航标类型标识外接矩形的中心，外围圆半径为6mm;

（3）长江电子航道图虚拟航标类型标识与对应类型实体航标符号标识型式、尺寸相同，虚拟航标类型标识位于外围圆内部;

（4）如果需进一步强调该航标为虚拟航标，可以在外围圆旁边加以文字性说明。目前推荐使用“V”来加以说明，V表示虚拟（Virtual）。

（5）关于长江电子航道图虚拟航标的所有标注的文字方向都应是直体的。

各类长江电子航道图虚拟航标推荐显示符号如表3所示。

这种方案提出的虚拟航标显示符号参照IHO、美国等组织和国家的虚拟航标显示符号，采用圆形和现有实体航标显示符号组合的方式。方案保留了原有实体航标显示符号，只是增加虚线圆圈和说明文字突出其为虚拟航标，较易被内河船员认知。同时采用虚线圆标示虚拟航标也与我国海区虚拟航标标示方法类似，有利于江海直达船舶用户理解。

4 结束语

虚拟航标技术作为一门综合多种信息技术手段的新型航标应用技术，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[4]。目前虚拟航标的应用十分广泛，虚拟航标大大地降低了实体航标的使用以及维护成本，减少了传统航标的能源消耗，减少或避免了各种情况的环境污染。虚拟航标并不是为了取代实体航标，也不可能全面取代传统航标，未来的趋势应该是由少到多，逐渐占据优势[5]。

为了推动虚拟航标技术更好地应用于长江干线航道，在保障船舶航行安全的前提下，实现航标的遥测遥控，既可以体现绿色节能的环保精神，又能发挥降低航标建设和维护成本的优势，应尽快完善虚拟指标的适用范围、显示规范、操作流程等，并出台相关制度和法规标准。随着船舶电子电气设备水平的不断提高以及大量智能航行船舶的出现，最终将形成虚拟航标为主，实体航标为辅的发展趋势。综合、系统、全面地开展长江干线虚拟航标的研究可为如何充分发挥长江干线各类航标助航效能，保障船舶航行安全，提供科学的技术支撑。

参考文献：

[1]王英志译.国际航标协会助航指南[M].大連海事大学出版社，2003.

[2]林芳.AIS航标的应用及存在问题的探讨.珠江水运.2018年（22）：59-60.

[3]李术元.AIS虚拟航标在长江12.5m深水航道中的应用探讨[J].中国水运.航道科技，2016（03）：20-23.

[4]林海.基于电子航道图的虚拟航标系统架构[J].中国水运，2014（03）：46-47.

[5]张鹏.AIS虚拟航标应用探讨[A].中国航海学会航标专业委员会沿海航标学组、无线电导航学组、内河导航学组年会暨学术交流会论文集[C].2009，2.