海上险情处置可视化通信研究

张凯皓，王高峰，李 徽（北海航海保障中心天津通信中心，天津 300456）

一、研究背景

我国是世界航运大国、国际海事组织A类常任理事国，也是国际海上人命安全公约（SOLAS公约）的缔约国之一，履行和遵守相关国际规定和决议是缔约国的基本义务。同时，按照e航海目标定位，未来岸基系统将为船舶提供全面、及时和有效的信息保障，为海上安全、应急响应、环境保护和船岸信息交互提供支持。

国务院办公厅于2019年11月8日发布《关于加强水上搜救工作的通知》，强调要注重装备研发配备和技术应用，推动人工智能、新一代信息技术、卫星通信等在水上搜救工作中的应用。近年来，我国的海上搜救工作成效明显。据统计，2021年全年组织协调搜救行动1 990次，成功搜救中外遇险船舶1 171艘、中外遇险人员13 928人，搜救成功率95.5%。

作为卫星通信的重要技术手段，甚小孔径终端（VSAT）终端站通信设备结构紧凑牢固、全固态化、尺寸小、功耗低、安装方便，主站可方便地接入陆地通信网络，支持多种通信方式，组网灵活、通信容量大、传输距离远、经济实用等诸多特点，特别适用于有较大信息量和所辖边远分支机构较多的部门。基于VSAT、长期演进（LTE）的海上宽带通信系统可以为海事监管、海上搜救等业务提供可视化通信方案，实现语音、图像、视频等的实时传输，有助于各海事部门提高远海区域应急通信保障水平。当发生海难事故时，能够实时掌握海上搜救现场情况，并可通过使用LTE CPE客户前置设备、MESH自组网（舰队网状连接）等方式，进一步扩大通信范围，为海上险情处置提供更强大的通信支持，为快速、高效的搜救指挥工作提供强有力的保障。

二、海上融合通信系统

海上融合通信系统能够将各类通信调度系统进行统一接入，如将视频监控、视频会议、集群对讲、一键报警终端、基于公共交换电话网络（PSTN）的接警系统等进行统一接入，在此基础上进一步实现音视频媒体及数据的统一汇聚，实现单一操作台对多种音视频通信终端的统一调度操作，同时，视频监控摄像头、电话、手机、视频会议等各类终端的实时音频和视频图像可以汇入同一会场中实现多媒体融合会商。融合调度平台还将提供标准的SDK（Software Development Kit，软件开发工具包），使信息发布、应急管理、大屏展示等业务系统快速获取各种通信调度能力，使海事的指挥调度系统具备“叫得应”“看得清”“连得上”“能会商”“智能化”的特点。

三、海上险情处置可视化设计思路

（一）接入设计

根据船只所处的位置和周边信号覆盖能力，设计分为无线微波信号、4G LTE专网信号、4G/5G LTE公网定向回传信号和VSAT信号。多种链路根据可用程度、经济程度和覆盖程度自动或者手动选择。

根据不同的场景可以自动或者手动选择信号接入（见表1）：

表1 通信接口一览表

（二）无线微波网络可视化回传设计

近岸30 n mile内实时通信是海事、海测、航标等航海保障过程中实现船岸信息交互的通信需求，既可以保障船只在海上航行时不脱离岸端控制中心的管理，同时在出现紧急状况时，岸端指挥中心人员可以依靠通信网络对船只进行视频监控和指令下达。由此可见，构建稳定、可靠的通信网络是至关重要的。无线微波网络的发展是源于海上通信环境的局限性，海上无法建立起可靠的有线设置，因此作为主流近岸通信技术的无线微波通信就成为了可视化回传网络重要的组成部分。

无线微波通信网络一般设计为对等网络，分为岸端和船端2个部分。岸端分为无线微波设备和网络部分，船端分为无线微波设备和网络选择设备（NSD）后端网络设备。岸端部分和船端部分根据传输空间内有无干扰源或大型障碍物，可以判断船岸两端是否能实现通信。

由于使用对等网络模式，因此岸端和船端均使用配套的天线和控制系统，也同时需要满足设备外壳具有防水、防盐雾、防腐蚀等功能，主要应用于高带宽远距离无线传输场景，有固定点传输，也有移动点传输。采用固定点传输时，具有传输距离远、传输速率高、绕射能力强等优点，可应用于海上石油平台等超远距离主干线大数据传输，实现点-点平台之间的高速远程通信系统。移动点传输机动性较强，适用于海事监管船舶与陆地岸边或海洋大小平台之间的高速移动通信。

（三）VSAT网络可视化回传设计

VSAT主站系统采用全球领先的卫星通信解决方案，可以在保证通信服务质量的基础上尽可能地提高使用率和业务速率，系统使用了动态网络接入技术，可以根据全网范围的业务需求统一分配带宽，自动适应传输环境的变化，自动响应实时流量需求。同时还可以按照用户需求和服务协议级别，为用户分配所有可用带宽，以确保随时使用所有容量，用来满足海上应急险情处置等临时场景的使用需求。系统主站可管理多个远端站（船站），充分满足多船出海协同作业、演习等业务需求，主站后端同时接入海事内网和互联网，海上用户可根据需要自行切换接入网络，同时满足船员工作和生活的需求。

（四）LTE网络可视化回传设计

在海上石油平台上建设基于LTE的公网或专网基站，实现对附近水域的宽带网络覆盖。TD-LTE系统由基站设备、终端设备、核心网设备组成。其中，基站设备由基带处理单元（BBU）和射频拉远单元（RRU）组成，BBU将安装于平台机房内，RRU将安装基站支架靠近天馈线安装。用户终端设备将采用客户前置设备（CPE），其接收来自TD-LTE系统的无线信号，并转换为WIFI及有线网络信号，通过WIFI或RJ45网口接入终端用户。用户端的CPE用于各类视频回传和数据上传下载，安装于船上或固定监控点无线覆盖范围内。

为配合AIS系统监管应用，LTE基站覆盖总体要求能够满足基站附近15 km范围海域，能够获得稳定、清晰的视频监控图像（D1格式）以及高带宽业务数据回传；基站附近30 km范围海域，能够与船舶开展船岸语音通话。

通过以上对VSAT和LTE的技术分析可以看出，充分融合VSAT和LTE各自的优势，以卫星通信为数据传输主线路，以LTE为海上区域性宽带通信网络基站，可以有效拓展宽带网络在海上的覆盖范围。LTE基站还可相互联网，形成大面积水域的无缝覆盖，从而高效地服务海上宽带通信需求。

四、应用场景

基于VSAT的海上险情处置可视化系统，可充分利用VSAT全球覆盖的特点，依托海上基础设施，搭建LTE基站，实现海上网络的覆盖，并有效支撑海上各类信息服务，为海事、航运、搜救、科研等工作提供通信网络支持。

（一）音视频数据回传。通过VSAT船载站、远端站将现场采集的音视频数据实时回传至控制应用中心，通过内网或公网接入，能在海上用户作业现场与所属部门之间建立高清视频会议。

（二）有无线语音通信。实现任意时间、任意地点VSAT远端站与控制应用中心（临时或固定）间船岸语音数据的互联互通；能够通过LTE基站或远程VHF基站，实现公网手机船岸通话以及VHF语音监听与电台调度，同时对外广播重要的水上安全信息。

（三）互联网接入服务。建立海上公网TD-LTE网络，用户利用移动通信等方式接入Internet，实现宽带上网、收发邮件和海事业务办理等。

（四）海上业务数据交互。利用海事部门业务系统，实现岸上管理部门实时掌握和发送航标、水文气象等动态信息。

（五）视频监控图像回传。利用海上CCTV视频监控系统，将所监控的目标水域交通动态视频数据回传至控制应用中心，再转发至相关管理部门，实现水上交通动态的监控。

（六）海上应急通信服务。针对海上用户的突发事件应急处置和调度指挥需求，系统可提供基于音视频、文本等多种数据类型的船岸通信服务。根据事件紧急程度，通过系统资源调度，可优先保障应急处置工作需要。

（七）其他信息服务。利用LTE或船载终端站设备开展北斗连续运行参考站（CORS）信息与矢量电子海图（ENC）、电子海图显示与信息系统（ECDIS）服务，根据服务需求将上述信息推送至相应智能导助航设备。

五、结语

本研究能够为今后建立海上全方位覆盖、全天候监控的水上立体监管、综合信息服务以及应急处置体系提供技术支撑。海上融合通信系统可实现公务船舶船岸视频通信、重点航路远程监控以及遇险船舶应急通信；可实现港区岸对船的安全监管、调度指挥和综合服务；可实现船舶智能助航等功能，为相关海事管理和航海保障业务的开展提供综合化、多元化手段。区别于传统近岸通信服务，融合了卫星通信的可视化系统能够为海事延伸服务范围、丰富服务内容奠定技术基础，为水上安全导助航、立体监管、快速应急处置等带来显著的社会经济效益。