港池航道通航水域虚拟AIS航标应用

谭丽丽，刘俊刚，吕英龙（天津航标处，天津300456）

一、引言

为提高航道资源利用率，释放码头泊位产能和运能，曹妃甸港区中区一港池计划配套建设与泊位等级相适应的20万吨级航道工程。由于20万吨级航道拓宽竣深大部分在港池内，港池内码头回旋水域范围和20万吨级航道边界航标设置位置存在交叉，需要对20万吨级航道航标配布开展综合研究，满足航道与港池水域通航安全保障的需求。

二、航道和码头概况

建设中的20万吨级航道是在现10万吨级航道的基础上进行拓宽竣深，航道设计总长10.5 km，共分为3段布置，分别为口门段航道、连接段航道、北段航道。

口门段航道自外海-18.9 m等深线起算，长度2 877.2 m，呈“喇叭口”形状。口门段航道设计底标高-18.9 m，口门位置处航道设计宽度365 m，航道起点位置处设计宽度853 m。

连接段航道主要连接口门段和北段航道，长度3 560.3 m，通航宽度最窄处795 m，设计底标高-18.9 m，存在较大的转向角度，考虑船舶通航的适宜性，将其加宽。

北段航道位于港池中心位置，航道长度4 054.5 m，20万吨级散货船单线航道通航宽度345 m，设计底标高-18.9 m。

曹妃甸港区中区一港池是曹妃甸港区海上交通流最密集的水域，建有煤炭、散杂、件杂、集装箱等各类深水泊位53个，其中唐山曹妃甸联运码头有限公司通用散货三期工程（3个泊位）水工结构为20万吨级，另有2个规划建设的码头工程结构等级按照20万吨级预留。

三、航标配布设计分析

曹妃甸港区中区一港池20万吨级航道工程将会改变现有航道的布置及航道走向，按照相关规范要求，应在航道边界和转向点设置航标标识。如不考虑航道附近码头水域，依据20万吨级航道总平面布置，需配布16座浮标，此次移位8座，新设2座，另备用1套。口门位置处4座浮标是对既有浮标位置进行调整，标识新设航道的起始点和航道口门位置的拐点；港池内部航道共布置2座浮标，用以标识航道拐点位置；通用散货泊位工程和煤码头三期工程间布置1座浮标，标识水深变化；在航道最末端设置2座浮标，用以标识航道的终点位置，浮标距离航道通航边线40 m。具体配布情况见图1。

图1 曹妃甸港区一港池航道规划图

其中8#、9-1#、10#浮标位置均在已见码头港池范围中，11#、13#浮标位置也在规划建设码头港池范围内，航道升级建设后的浮标和码头港池水域通航存在相互影响。由于一港池引导距离短，且不具备建设导标的陆域条件，保障20万吨级航道边界和转向点有效标识的方式只能在设置8#、9-1#、10#航标位置以虚拟AIS航标替代浮标。

四、虚拟AIS航标设置可行性分析

（一）标准符合性

《自动识别系统（AIS）航标应用导则》（JT/T 1193-2018）已颁布实施，其中4.3节明确了虚拟AIS航标的使用依据，“永久虚拟AIS航标可在不具备布设实体航标条件时使用，宜布设在深水区域或恶劣海况环境，以及随时间、洋流或天气影响而动态变化的区域”。适用于标识永久碍航物、标识航道界限、标识安全水域界限、标识特殊区域（比如锚地和遮蔽区）。

（二）使用案例

在长江口深水航道底宽边界线上设置了45座虚拟AIS航标，标别性质为航道侧面标，设标宽度与航道底宽相同，用虚拟AIS航标来标示深水航道底边界线，便于各类大型和深吃水船舶，对照接收到的虚拟AIS航标船舶导航显示器（ECDIS）电子海图，始终把控好自身船位，在航道内航行；宁波舟山港深水航路采用虚拟AIS航标来分割相反交通流，既有效地界定了通航分道、警戒区、环行道，又克服了实体航标碍航的缺点。

（三）虚拟AIS航标播发和显示

按照国际海上人命安全公约（SOLAS公约）2002年修正案要求，所有在2002年7月1日或以后建造的大于300总吨从事国际航运的船舶、大于500总吨不从事国际航运的货船和所有客船均须装配AIS设备；所有于2002年7月1日前建造的从事国际航运的各类船舶必须在2003年7月1日到2008年7月1日前装配AIS设备。目前，我国主管部门已建设了覆盖沿海的AIS岸基播发基站，通过21号报文泊位负荷标准的各种助航服务信息（如：位置、标别和界线区域等），AIS基站能够形成对该水域的连续覆盖，这为拓展AIS功能、为船舶提供高效的AIS助航服务奠定了基础，为虚拟AIS航标的应用提供了技术支撑。

（四）AIS岸基信道资源

目前，在曹妃甸及周边设置了曹妃甸AIS基站。通过对曹妃甸基站2020年10月至12月3个月覆盖范围内AIS通信信道占用情况统计，时隙占用率在10%~25%之间（见表1）。

表1 曹妃甸AIS基站时隙统计表

在基于AIS基站范围船舶数量不变的情况下，曹妃甸新设3座虚拟AIS航标，合理科学分配每一帧时隙（每一帧2250*2个时隙，虚拟航标每3分钟播发一次），将新增时隙占用率0.04%，对AIS通信信道影响不大。

按照《沿海船舶自动识别系统（AIS）基站技术要求》（GB/T 39620-2020）要求，基站时隙使用率应避免超过50%，否则链路时隙冲突率将提高，导致船舶AIS信号丢失的情况出现。可以看出在曹妃甸新设部分虚拟AIS航标，时隙占用率远未达到50%，不会导致链路时隙冲突率提高。

五、虚拟AIS航标应用中存在的问题

虚拟AIS航标的应用以信息网络和海上无线电收发为关键支撑，在实际应用中也存在一些典型的局限性：一是AIS岸基网络系统的可靠性易受电源系统、数据链路、设备质量、强电磁干扰等诸多不稳定因素影响。二是虚拟AIS航标的接收和显示要求船舶装有AIS船载设备及ECDIS显示终端，否则虚拟AIS航标不能正常显示。由于设备选型和软件版本等原因，并非所有船舶都装备有适用的显示终端，能够有效显示虚拟AIS航标。三是由于通信链路容量的限制，在同一区域，虚拟AIS航标设置数量或报告更新间隔受限。另外，船载AIS接收设备的处理能力也是有限的。

六、对策和建议

（一）加强北斗AIS技术研发

随着我国第三代北斗系统的研发应用，相关主管部门正在推进北斗AIS技术的开发，通过北斗卫星定位和短报文通信，提高AIS系统在PNT方面的坚韧性和持续性，利用AIS北斗短报文通信实现AIS信息的全球覆盖，并提供更精准的北斗AIS位置信息，提高船舶在使用虚拟AIS航标定位导航时的安全性和可靠性。

（二）开展VDES基站升级和应用

根据ITU和IALA工作计划，我国主管部门已于2021年开展了VDES基站升级和应用，通过扩展AIS、VDE、ASM功能，提高AIS系统的通信效率和保障，为虚拟AIS航标的大规模推广应用奠定了基础。

（三）推行S-100标准的电子海图

近年来，IHO和IMO始终致力于S-100标准海图的研究，在e航海框架下，推行基于S-100标准的电子海图是未来航运业的趋势，可进一步提高船载ECDIS和ENC设备对虚拟AIS航标的统一和有效识别，方便驾引人员的使用。

七、结语

虚拟AIS航标的使用可有效解决曹妃甸港区中区一港池20万吨级航道和类似工程的航标配布问题，但由于缺少详细的配布标准和使用规范作为依据，对虚拟AIS航标的设置和使用在保障航行安全的前提下，仍需维持相对谨慎的态度。同时，虚拟AIS航标设置后还需主管部门通过监测系统进行实时监管，合理利用基站资源，保证AIS航标信息的准确连续。