现代信息技术在船舶通信导航系统中的运用

2022-09-03尹鹏鹏

船舶物资与市场 2022年8期

尹鹏鹏

（交通运输部烟台打捞局，山东烟台 264012）

0 引言

现代信息技术运行过程中，利用微电子学来对计算机技术和通信技术进行结合与优化，实现对不同类型信号的收集、处理和传输应用。相比其他信息手段，现代信息技术的应用效果更为优异，能够对不同类型的信号进行准确识别和传输，降低信号丢失或误差等情况的发生概率，充分保障信号的准确性。在船舶航行的过程中，通过利用现代信息技术对通讯导航系统进行合理优化，进一步提高系统的实际使用效果，以及航行的安全性。

1 船舶通信系统概述

船舶通信导航系统是由船舶通信系统与导航系统组合而成，通过组合系统满足船舶不同方面的需求。在运行过程中对船舶上的相关信息进行收集并处理，得到船舶的相关信息，并上传完成相应的航行任务。以往的船舶通信导航系统在组合过程中，需要搭载不同的信息传输设备，系统的整体性不强，导致实际的应用效果不理想，无法发挥出组合系统的实际功能效果。因此，应通过系统升级来提高实际的驾驶效果，降低碰撞故障等发生的概率，并提高导航的精准度，保证通讯系统正常运行。新时代发展下，为提高船舶导航信息系统的实际运行效果，应结合现代信息技术对传统的导航机器技术进行优化，确保其符合现代化使用要求，降低风险发生概率，提高工程建设质量，从而为船舶航行保驾护航。

2 船舶通信导航技术发展现状

导航与通信系统对于船舶的运输形式具有重要的意义，为提高实际的导航和通信效果，需要通过结合不同通讯方式来获取相应的导航信息，从而有效地判断真实的地理位置和导航结果，确保船舶的正常运行。目前船舶通信与导航系统的主要研究内容包括：

1）GPS卫星导航系统。该技术通过利用高轨卫星来实现定位和信息的传输，通过发射信号，对目标的距离变化情况以及与目标区域的位置距离变化进行计算，得到准确的定位信息，便于导航系统进行判断。

2）GIS地理信息系统，该系统在运行过程中，主要通过构建空间信息系统的方式，对地球表面的空间地理信息进行收集和处理，形成较为稳定的程序结构[1]。船舶在进行导航和信息传输的过程中，与地理信息系统进行交互从而得到具体的地理位置信息，以便系统给予正确的导航指引。

3）雷达系统，通过雷达实现信息的传输，能够有效提高信息传递的稳定性。同时在航行的过程中，可以利用雷达来对周围环境进行检测，准确识别周围的障碍物，对航行进行调整。

4）AIS船载自动识别系统，该技术为新型船舶助航技术，在使用过程中能够与其他船舶进行信息交互，同时与岸上基地之间实现有效的信息传输，进一步保障数据的传输效率，提高导航的精准性，同时该技术具有自动识别效果，整体智能化水平较高，因此在操控的过程中较为便捷。

3 通信网络运行过程中常见技术

3.1 通信网络信息去噪技术

在船舶运行过程中，为提高通信真实性和有效性，应对信息进行合理的处理，通过降噪的方式减少其他因素对信息造成的干扰情况，从而有效提高信息的准确性，优化信息采集效果[2]。在船舶通信导航过程中，利用传感器收集信息，受到环境中噪声等因素的影响，对传感器产生较强的干扰，导致收集的信息质量相对较低，难以满足实际需求。因此，通过现代信息技术构建通信网络信息去噪的方法，不断加强噪声处理效果，从而提高数据获取质量，优化通信效果，保障船舶通讯与导航能力。

3.2 信息传输管理技术

船舶通信导航系统中应用现代化通信技术，其最明显的优势是能够有效提高信息传输的稳定性和真实性。在信息传递的过程中，通过信息域编码以及最大信息似然值解码等方式对信息进行转换，避免信息出现丢失和传输错误等情况。以最大信息似然值解码为例进行分析。该技术在信息预编码的基础上对纯属信息进行再次加工处理，确保信息具有较为良好的导航能力，同时能够有效提高船舶中不同设备之间的连接效果，从而提高信息传输的真实性和有效性，提高不同系统的实际运行效果。在技术实施过程中，设置解码条件，并对其他环境因素进行控制，提高该系数的实值水平，发现其中的信息似然值解码的数值增大。在此基础上，得到船舶通信过程中最大信息似然值解码条件公式：

式中：I为非应用标准下的解码条件；△E为在单位时间内信息似然值变化量；p1和pn分别为第1个和第n个信息似然值解码过程中的匹配参量；R为既定的解码系数。

4 现代信息技术在船舶通信导航中的实际应用

4.1 VAST卫星通信技术

现代信息技术主要通过利用卫星来实现信息的传输与发送，在船舶通信与导航过程中，利用VAST卫星通信技术能够有效提高船舶信息发送与接收效果，同时极大地控制信息传输过程中的成本消耗。VAST卫星通信技术能够传输不同类型的信息，如文字、影像或音频等，由于其天线口径相对较小，使得其在进行信息传输的过程中，可靠性更高，成本更低，整体更为便捷。由于VAST卫星通信技术在使用时，不受地形和距离等因素的影响，因此可将其应用在船舶与船舶之间以及船舶与海岸之间的通信中。VAST卫星通信信息发送过程中主要利用路由器和卫星实现信号传输，能够避免占线和延迟等故障，提高信息传递的及时性和准确性。VAST通信系统的接口小，支持多分支和大量信息的传输，直接在船舶中安装路由器，与相邻卫星之间进行连接，巩固有效VAST互联网，提高整体的信息传输效率。

此外，利用VAST卫星通信技术，能够提高船舶对气象情况的了解，更准确的构建海图，帮助船舶加强对海域情况的观察与了解，并根据实际的气象情况对航行方向以及路线进行调整和优化，保障船舶航行的安全性。在以往船舶航行过程中，获取和接收最新气象图时，容易受到传输距离以及太阳黑子等不同因素的影响，极易造成信号的丢失情况，导致行驶的船舶无法实时接收最新气象图，管理人员无法根据实际情况来对航行线路等进行决策，影响行驶安全性。在VAST卫星通信技术的帮助下，通过利用VAST网络的方式实现信息的快速传播，提高气象信息获取的稳定性，从而便于船舶结合实际情况进行航行线路的调整与优化，保障船舶行驶的安全性[3]。

在构建VAST卫星通信系统的过程中，应明确其主要的构成部分。VAST卫星通信系统主要分为：1）空间部分，主要构件为卫星，负责支持VAST通信的卫星一般为静止卫星。2）地面通信设备、主站以及用户，利用信号传输能够构建相应的网络，从而实现对VAST通信的控制，便于结合船舶航行情况进行合理设置，提高整体网络连接效果，加强信息传输质量。

4.2 VAST网络应用技术

随着现代信息技术的不断发展，通过构建VAST网络，能够在船舶航行过程中提供网页浏览以及视频会议等功能，满足驾驶人员和乘客的实际需求[4]。为使通信和导航系统的运行需求得到满足，应充分利用VAST卫星通信技术构建相应的网络。在搭建的过程中应按照VAST网络整体结构进行合理的划分，按照标准方式安装主站以及用户路由器等设备。由于船舶航行距离相对较远，且移动速度相对较快，针对该情况可以利用VAST卫星小数据站与船舶直接进行连接，不借助地面的线路，不受地形和地面通信条件的制约，且及时获取船舶相关信息，提高信号传输的实际效果，降低电磁等环境因素的影响，保障船舶上用户对网络的应用。同时为了提高局域网的实际作用效果，应提高构建密度，每隔一定距离设置相应的用户路由器连接点，确保船舶内部的VAST网络搭建更加稳定，从而为信息的传输以及船舶导航等功能提供良好的保障效果。一般情况下，船舶在VAST网络搭建过程中不需要使用连接设备，直接借助卫星信号传输即可完成信号的传递。

在江汽渡船运行过程中，为保障通信安全，利用VAST网络系统对船只进行监控和管理。在监管过程中，每条船上搭载12～20路摄像头视频，并与航线两岸距离在8 km以上，为使监控视频能够顺利的传输，避免环境因素的影响，需要构建VAST网络，有效避免电磁影响，同时提高对环境影响因素的防护效果，保证船舶的视频传输质量，如图1所示。

图1 江汽渡船网络连接设备

4.3 信息导航数据管理技术

船舶航行过程中，由专门的设备对航行过程中的相关数据进行收集和储存，在船舶运行过程中，对其动态和静态的核心数据进行全面收集，以便进行分析和应用。如在船舶遇到危险情况时，可以通过对航行数据的分析，了解实际情况，进行救援管理，船舶航行数据的重要性不言而喻。在以往的数据管理过程中，受到技术水平制约，可能存在数据丢失泄露或恶意篡改等现象，影响实际的数据管理质量。在现代信息技术中，通过构建专业的信息管理体系，能够对数据进行收集整理和应用，进一步为船舶航行提供真实数据，提高船舶航行的安全性。

由于船舶航行数据的管理规则较多，并且内容较为复杂，整体管理难度较大。因此在进行管理的过程中应基于GPS系统相关数据，创建健全的数据管理体系。以美国GPS系统为例， 1964年投入使用，利用卫星定位船舶的具体位置，对数据进行收集和储存。系统应用过程中，利用信息技术对航海数据进行全面的分析，结合数据支持船舶导航和救援等工作，从而保障船舶航行的安全，如图2所示。

图2 船舶GPS数据管理体系

船舶中数据管理主要对3方面数据进行收集、处理和储存。1）静态数据，主要指不随船只运行而发生变化的数据，利用数据管理体系对船舶静态数据进行管理的过程中，主要对其航行过程中可控的数据进行统一管理；2）动态数据，主要指船舶行驶过程中发生变化的数据，对该类型数据进行管理的过程中，需要利用数据管理体系对航行过程数据进行主动的收集和储存，通过对动态数据的计算和分析能够指导船舶安全运行；3）作业及功能数据，该数据的主要内容为船舶运行过程中，各组成部分的运行状况即运维管理相关数据，通过对该类型的管理，能够了解船舶的实际情况。在实际的管理过程中利用现代信息技术对相关数据进行管理和识别，及时发现异常数据并进行明确标记，以便管理人员进行分析和处理从而保证船舶的正常运行。

4.4 船舶一体化通信导航管理技术

随着现代信息技术的不断发展，船舶通信导航技术也在不断提升，通过将通信导航网络与智能化管理技术和数字宽带网络等技术进行有机结合，构建船舶一体化通信导航网络管理系统，有利于提高船舶通信技术水平，保障导航的安全性。一方面利用光纤通信技术和数字化技术构建先进的宽带网络，使船舶局域网质量得到提升，同时扩大网络覆盖面积，进一步加强船舶之间以及船舶与岸边基地之间的信息交互，提高船舶导航的真实性。另一方面，通过一体化设计，提高网络智能控制水平。在运行过程中，选择更加优质清晰的网络路径进行连接，为使用者提供更加良好的服务，有效保障信息通信效果。