船舶引航中相关信息化技术的实践与思考

项德强

（上海港引航站，上海 200082）

信息化技术的应用为船舶航运事业做出前所未有的贡献，受到我国航海领域的高度关注。我国航运虽然应用信息化技术时间较短，但经过不断的更新完善，在使用效果、执行架构中已具备先进水准。航运事业的发展使我国船舶航行频率、航运密度实现扩大，但也导致了船舶海损现象的频发。为了解决这些问题，保障船舶在航行中的安全性，就要使用信息化技术制定自动化的监控系统，实现水上交通管理。有效提高船舶监控能力的同时，还可以实现海上运输中心管理，提高遇险自救能力。

1 船舶领航信息自动化技术核心

船舶领航信息自动化技术通过无线通信网络、卫星数据网络、数字蜂窝移动网络等技术，确保数据传播能够实现精准，解决以往在传播中出现的信息不同步或信息孤岛问题。在GPS 技术的支持下，满足航运高密度的要求，使航运路线具备高精准性、高安全性。在船舶定位监控系统中，实现动态管理。此外，考虑船舶在航行中出现的潜在隐患以及必须重点关注的细节，信息化技术还可以完成动态监管。如分析定位调度，保障船舶常规管理得到优化，提高航行效率。对于航运领域，之所以大量应用信息化技术替代以往常规的工作流程，皆源于信息化技术具备自动化优势。与GPS定位系统融合，结构简单，毋须申请专用频点，减少资金投入[1]。

此外，对于人员而言，虽然信息化技术使工作环节操作简单，但精准性不受任何影响，反而有极高优势。解决以往船舶引航对于工作人员经验要求较高的局限，覆盖面广泛、容量较大[2]。

信息化技术涵盖多种技术以及设备，并非单纯的指某一种技术。因此，从硬件组成分析，以GPS 为例，其监控系统融合了卫星定位技术以及无线数据传播技术。在船舶引航中，对于即将行驶的水域进行安全判定。如对该区域进行扫描，通过返回的数据构建分析模型，了解其中是否包含潜在隐患。如系统判定该区域有可能出现相关问题，就会及时发出预警，避免后续危险来临。服务覆盖面极广，传输速率极高，为船舶领航工作提供便捷性。基于GPS 船舶定位监控系统的原理，其最终目标便是保障船载终端可以GPS 模块接收定位器信号，通过中央处理器计算后能够获取准确的位置信息。这种信息传递机制经过调试优化，提前布置完毕。服务器结合数据库实现高速处理，在数据打包、上传、接收时，可以实现信息自动化指令的执行。包含紧急功能、行驶功能、管理功能等，完成优化。信息化技术应用监控中心及硬件设施较多，不仅包含相关的服务器，同时也包含了数据信息处理中心、数据库服务器等。主要完成航行数据的分析、储存、筛选，保障船舶领航调度符合要求[3]。基于英特尔专线输出关键的数据指标，以高传输速度保障预警机制发挥作用。船舶航行时受到自然因素影响，自然环境分析极为重要。数据要求最快传输回指挥中心，在遇紧急灾情或不可控自然气候时，可以制定紧急救援方案，降低船舶在航行中遇到风险的几率[4]。

2 船舶引航中相关信息化技术的实践

2.1 应用AIS 识别分析系统

应用AIS 识别分析系统，主要包含两项要素：1.完善现有的调度平台；2.结合AIS 系统实现船舶领航精准化提升。

在船舶调度平台完善环节，要保障信息化技术应用发挥最大优势，使用工作软件提高工作速度，实现工作架构的更新调整。此外，实现信息化软件升级，还能够通过软件终端生成各项处理方案。在进行软件优化时，任何时间、任何地点都可以保障船员获取港口的最新动态情况。包含最重要的气象条件以及水文地质条件，收集历年船舶事故高发地点，并制定预警机制。在船舶行驶至该地点时，便会生成建议方案，规避风险，提高船舶港口领航的安全性[5]。

AIS 广播信息分类两种，即VDM 和VDO。其中，VDM 是本船收到的其它船舶的信息，而VDO 是船舶自身的广播信息。VDM 消息和VDO 消息的格式完全相同。VDM 消息可以分解为多条发送。因为VDM 消息的语句长度是有限制的，最大不超过82 个字节。如果压缩的通讯消息长度太长，那么，VDM 消息必须分解为多条子消息来发送。

分解为多条发送的方法是，将通讯消息拆开到多条语句中。并且将每条消息中的“消息分解总条数”都设置为拆分成的总条数（不超过9 个）。然后依照顺序为每条子消息编号，这个编号记录到“语句序号”中。并且用“连续消息鉴别码”来指定该条拆分消息的鉴别号。这个鉴别号依照顺序从0 到9 循环。

应用AIS 系统，实现基站设施以及船载设备组成的要求。AIS 系统又被称之为船舶自动识别系统，融合了网络技术、电子信息显示技术、数据通讯技术等。此外，该技术还包含了全球定位功能，能够在领航的过程中对该船只位置、行驶方向、速度等实现精准判断，了解港口的水域情况。这些信息通过自动收集系统收集完毕后，实现传播、分享。AIS 识别分析系统最关键的技术包含了通信、定位以及融合，使船员能够了解船舶附近的动态问题，分析潜在隐患。从定位技术分析，应用全球定位技术能够提高船舶领航系统的工作效率，还可以降低船员在工作中出现的错误判断，使航行系统实现信息通讯以及数据的高速传播（如图1所示）。

图1 船舶引航——AIS 系统

2.2 对港口引航工作完成数据化管理

实现港口引航工作数据化，能够对以往在引航过程中的各项数据进行记录。比对历史、工作方案，总结引航工作中的关键因素，以弥补传统引航时出现的局限问题。例如，在引航过程中，船员可以结合信息化技术实现数据备份、筛选，以便数据能够在服务器中生成对比方案，随时查阅。此外，在建立模型时，还可以利用这些已储存数据建立可视化模型，具有动态反应的效果，优化引航工作。对船舶碰撞事故实现汇总分析，可以总结出导致碰撞事故的原因以及高发环节，制定规避措施。开展针对性的优化，减少地方出现船舶碰撞事故的几率。此外，合理的利用电子航海图，还可以实现船舶引航系统的完善。例如，电子航海图主要显示的为航海背景以及数据集成、分析效果。在传统的港口引航技术中，工作模式已经无法满足引航的安全需要。因此，在航行时采用电子航海图，可以反映船舶的所在位置以及最终停泊港口情况，实现图形的叠加应用以及数据锚点的显示。在抛锚地选择中，需要进行连续定位。以往通过雷达定位完成，但观测数据需要不断地实现调整，才能确定自身定位[6]。随后，根据船员的经验以及实际情况，完成抛锚角度、锚点的修订，以便控制抛锚。不仅耗费大量的时间，同时最终数据有一定的滞后性以及误差，给后续抛锚精准操作带来困难。使船舶无法一次性抛锚，经常需要调整抛锚位置。但应用电子航海图，可以借助自动化技术准确地完成抛锚地的扫描，并就数据实现调整。准确进入锚位进行抛锚，极大提高成功率。与以往70%成功率相比，应用电子航海图，抛锚成功率可高达95%以上（如图2）。

图2 船舶引航——抛锚

2.3 完善船舶引航的工作环节

完善船舶引航工作环节，最重要的便是船员个人技能掌握情况以及综合素养。作为基础条件，船员具备信息化操作技能，可以保障船舶信息化应用频率效果符合要求。例如，可定期开展专业的培训，保证工作人员的信息技能掌握，促进工作人员彼此相互学习，借鉴成功经验。吸收他人在工作中的闪光点，以弥补自身在工作中出现的各项不足，确保最终的工作效率以及安全性。开展人才引进计划，缓解目前船员数量不足以及人员素质较低的问题。还可以制定有约束性的工程规章制度，防止船员在工作中出现散慢、工作态度下降等问题。调节船员的工作积极性，添加完善的配套设施，保障港口引航工作发挥最大优势。例如，完善码头靠垫铺设，实现协调管理。制定引航方案，并定期就港口泊位的实际情况实现考察，分析该港口是否方便停泊，保障港口引航的安全性。

3 船舶引航中相关信息化技术的思考——以GPS 系统为例

以GPS 系统为例，分析信息化技术的使用。主要可包含登录、通信、监控、定位等。

如登录功能，当船舶在航行中偏离既定航线或停港时间超出标准时，终端信息管理系统都会及时对监控中心进行预警，实现精准调节。在未来，GPS 系统可以对船舶引航实现优化。例如，通过记录、行驶间隔以及船舶整体运行情况，实现个性化导航。配备导航软件以及电子地图，收集船舶的数据信息完成引导（如图3）。

图3 船舶引航自动化系统——GPS 技术

如通讯系统，GPS 船舶定位监控系统是数据传播中心，更是交通枢纽。在未来，要了解客户终端数据的采集、上传，以便控制最终命令。结合已有的通讯网关，在消息服务中心实现数据缓存。

当GPS 卫星正常工作时，会不断地用1 和0 二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS 系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A 码和军用的P(Y)码。C/A 码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1 微秒，相当于300m；P 码频率10.23MHz，重复周期266.4 天，码间距0.1 微秒，相当于30m。而Y 码是在P 码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中-{A|zh-cn:解调制;zh-tw:解调变}-出来，以50b/s-{A|zh-cn:调制;zh-tw:调变}-在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5 个子帧，每帧长6s。前三帧各10 个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3 数据块，其中最重要的则为星历数据。

如监控中心，包含了GPS 应用程序模块以及通信模块，二者配比，建立工作核心。GPS 模块承担数据的输入以及编辑，在查询以及显示功能中，连接监控服务器后可以实现指令的转发。最常见的便是定位功能、预警功能等。例如，在定位功能中，通讯模块有极为强大的查询便捷性，可以方便船舶实现智能化的调度。而查询功能则是以矢量图为标准，完成图形的查询，包含数据查询以及逻辑查询，便于后续指挥调度。如遇紧急危险情况，救援功能还可以部署一系列的应对措施。

如其他功能，包含了船舶在航行过程中的船况监听以及系统集中管理。完成到港预报，对船只的航行信息实现计算，并分析预计到港时间。随后，将二者进行对比，找出差异点，解决差异点。将最终处理的信息报送至港口码头，以便港口做好接航准备。

4 结束语

综上所述，结合我国航运领域的现状，我国目前应用信息化技术解决船舶引航出现的局限问题，在提高最终经济效益的同时，解决已知的安全风险。船舶引航与常规交通有所不同，船舶在海面航行，一旦出现安全风险，其影响极为巨大，甚至出现不可逆财产损失以及人员伤亡，对于企业的后续发展产生毁灭性打击。因此，船舶行业必须提高产品的集中度，进一步加大信息化的应用以及系统的更新。实现管理强化，最大程度地保障信息化技术推广应用。船舶信息化技术不仅能够强化造船企业的竞争力，还能够辅助完成我国的水面交通管理。为船舶的精准运行提供保障，优化已有的引航功能。在未来，可开展“自引自航”技术，为船舶引航事业的发展奠定基础，使我国船舶引航真正具备自动化、智能化、精准化的优势。