建立综合助航体系可行性研究
摘要：海洋覆盖了地球表面的71%，是全球生命支持系统的一个基本组成部分，也是资源的宝库，环境的重要调节器，人类社会的发展必然会越来越多地依赖海洋。而航标对海洋经济和航运事业的发展、海洋环境的保护、国防建设和国家主权的捍卫都起着重要的作用，如何满足航海者需求，创造更加安全、畅通、高效的助航保障环境，让航海者在任何时候、任何地点均可享受到全面、及时、可靠、优质的助航服务，到2020年基本建成全方位覆盖、全天候运行、快速反应的现代化水上交通安全保障体系，是航海保障工作的努力宗旨，也是我们建立综合助航体系的目的。本文主要就AIS系统、DGPS系统、视频监控系统、航标遥测遥控系统、港域环境监测系统等可融入综合助航体系的子系统做论述，由于水平所限，不当之处，敬请指正。
关键词：AIS系统 DGPS系统 航标遥测遥控系统 港域环境监测系统
一、AIS系统
（一）船舶自动识别系统（Automatic Identification System， 简称AIS系统）由岸基（基站）设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。
船舶自动识别系统（AIS）由舰船飞机之敌我识别器发展而成，配合全球定位系统（GPS）将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频（VHF）频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶之动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，对船舶安全有很大帮助。
（二）AIS的目的（IALA助航指南）
在IALA助航指南中对建立AIS的目的是这样描述的：
1.识别船舶；
2.帮助跟踪目标；
3.简化和促进信息交换；为避免碰撞提供辅助信息；
4.减少口头的强制船舶报告 。相通话协调，采取必要避让行动，对船舶安全有很大帮助。
（二）AIS的目的（IALA助航指南）
在
IALA助航指南中对建立AIS的目的是这样描述的：
（三）建设AIS系统的意义：
1.将减少VTS 和VHF-DSC建设的投资；
2.AIS的社会效益是避免船舶碰撞、减少人命和财产损失；
3.解决了船岸信息传输这个大难题，实现船岸 信息联网、船舶信息共享；
4.推动交通运输信息化工程。
（四）AIS的主要功能
1.船舶避碰：安装AIS船台航行于长江口水域的船舶能自动识别和信息交流。
2.海事管理：对船舶航行的静态和动态信息进行连续的监视和管理。
3.增强VTS功能：AIS信息接入VTS系统，提高船舶的识别精度和信息量，延伸长江口船舶的交通管理范围。
（五）AIS 系统服务内容
为船舶提供的服务；水域交通动态和交通指引；航行警告、航行通告和交通管制信息；影响船舶航行的因素，气象、水文、航标等信息；应答船台对岸台的求助。为海事部门提供的服务船舶动态、静态信息；相对于航道的位置；周围船舶的位置和意图；发布航行警告、航行通告、交通管制信息。
社会信息服务。它通过C/S和B/S模式，为船舶、船公司、航运部门、政府、港口、生态、救援、海洋和大气、研究和统计、公共访问、VTS、反恐等提供服务。
（六）AIS实施以后对航行警告航行通告的影响
现行的部分航行警告航行通告的内容，如超大型船舶的长距离拖带、沉船等将会被全新的AIS系统的船舶告知方法所取代。目前超大型船舶的长距离拖带，除了航行许可的审批外，还需要对超大型船舶长距离拖带的特殊性和何时出发，何时到达（经过）某地等可能需要他船进行协助避让的事项发布航行警告，以便接收到该航行警告的船舶可估计相遇时间从而主动协助避让。AIS实施以后，超大型船舶的长距离拖带的航行警告将被AIS标识有超大型船舶特殊信号的显示界面所取代，根据需要，这种超大型船舶特殊信号接近到一定的距离时可被设置为报警，提醒操纵者重视，其效果要远比现行发布航行警告要好许多。像大风警报，抢险救助等方面的航行警告，肯定会于现行的做法有较大的区别，其结果会大大提高工作效率和便于用户。
（七）将AIS纳入综合助航体系的可行性
AIS是一种典型的具有自动控制功能的新技术，将AIS纳入综合助航体系从技术讲是完全可行的，实际意义刚可归纳为可有效减轻航海者的工作负荷。首先VHF语音通信量减少，AIS技术的用途之一是预测他船航路，它可使相互接近的船舶提前30～9OS精确地预测目标船舶的计划航种。其次可避免盲目地语言会话，在会遇局面复杂的水域航行时，盲目的呼叫令人不安，此外，为避免紧急情况而必须通信时，航海者不得不标绘精神的GPS船位，可通过相对已知灯塔的具体距离方位来识别目标船，然后试着利用各种方法呼叫目标船，这种过程大大增加了航海者的工作负荷和疲劳。第三还可协助航海者认清局面。根据IMO决议A.917（22），AIS的目的就是提供附加信息，以协助航海者认清局面。
二、DGPS系统
（一）系统简介
1. GPS，即全球定位系统（Global Position System），是一种以空间卫星为基础的无线电导航定位系统，它借助于24颗（外加3颗备用）工作卫星（均匀分布在6个倾角为55°的轨道平面上，每个轨道上有4颗卫星），能为世界上任何地方包括空中、陆上、海上、甚至于外层空间的用户提供全天候、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，是当今世界上最完备的一种无线电导航系统。
2. DGPS，即差分全球定位系统，实际上是把一台GPS接收机放在位置已精确测定的点上，组成基准台。基准台接收机通过接收GPS卫星信号，测得并计算出到卫星的伪距，将伪距和已知的精确距离相比较，求得该点在GPS系统中的伪距测量误差，再将这些误差作为修正值以标准数据格式通过播发台向周围空间播发。附近的DGPS用户接收到来自基准台的误差修正信息，以此来修正自身的GPS测量值，从而大大提高其定位精度。
3. RBN/DGPS 即无线电指向标/差分全球定位系统（Radio Beacon Differential Global Position System），是一种利用无线电指向标播发台播发DGPS修正信息，向用户提供高精度服务的助航系统。该系统主要由基准台、播发台、完善性监控制台和监控中心组成。
（二）将RBN/DGPS纳入综合助航体系的可行性
中国RBN/DGPS采用的国际国内标准
为使无线电指向标-差分全球定位系统国际标准化，我国RBN/DGPS采用的国际国内标准包括：
（1） 美国航海无线电技术委员会104特委会（Radio Technical Commission For Maritime Service Special Committee No.104）（RTCM SC-104）于1990年颁布的《适用于差分卫星导航系统数据格式和接收机接口的推荐标准（2.0版）》，1994年该委员会公布的2.1版，增设了一些新的格式内容以支持实时动态（RTK）应用。
（2） 美国航海无线电技术委员会104特委会（RTCM SC-104）1996年公布的《适用于差分GPS基准站和完善性监测站（RSIM）的推荐标准（1.0版）》。
（3） 1993年美国海岸警卫队公布的《DGPS导航服务播发标准》。
（4） 1994年国际航标协会（IALA）发布的《关于差分全球导航卫星系统规划的通函》。
（5） 1994年国际电联无线电通讯研究组第八小组提出的《关于在283.5～315kHz（1区）和285-325kHz（2和3区）频段的航海无线电指向标全球导航卫星系统差分发射的技术特性》的建议（ITU-R M.823-2建议）。
为检验RBN/DGPS系统性能，考核定点和动态定位精度、信号覆盖范围、可靠性等指标，1996-2000年，中国海事局先后组织了三次RBN/DGPS系统综合性能测试：
1996年6-10月，第一次RBN/DGPS综合性能测试，分别在南海、东海及北方海区对一期建成的6座台站进行海上和陆地定位精度、覆盖范围、稳定性等指标测试；
1998年11月-1999年7月，第二次RBN/DGPS综合性能测试，分别在南海、东海对二期建成的7座台站进行了测试；
2000年7月-2000年12月，第三次RBN/DGPS综合性能测试，分别在北方、东海和南海对全部20个台站组成的沿海RBN/ DGPS系统（重点是三期建成的7座台站）进行了全面综合测试。
三次性能测试结果表明：
（1）中国沿海RBN/DGPS系统单站信号基本覆盖范围为海上300公里；
（2） 在信号覆盖范围内，亚米级导航型接收机的定位精度优于5米（2drms，95%）；
（3） RBN/DGPS系统信号完全覆盖我国沿海海域，台站信号之间交叉重叠，绝大部分地区已经实现两重交叉覆盖，主要港口、重要水域和狭窄水道达到了多重覆盖，其中渤海海峡五重覆盖，渤海湾、琼州海峡四重覆盖，长江口、台湾海峡三重覆盖，珠江口二重覆盖（含香港），从而保证RBN/DGPS系统的可靠性。
（三）将RBN/DGPS系统纳入综合助航体系的意义
不收费等优点，其应用前景非常广阔。现已广泛应用于海洋测绘、航道测量、航道疏浚、船舶进出港及狭窄水道导航定位、海上交通安全管理、航标定位、海上石油勘探、海洋资源调查、海上救助捕捞、海洋渔业及其它海上作业。近年来，我们应用RBN/DGPS信号，实现了电子海图的迅速开发，完成了天津至香港的全程电子海图试行航；在船舶进出港引航中，对于特长、特大型船只，对于雾、雪、风等恶劣天气，RBN/DGPS结合电子海图已经成为一种崭新的引航手段，成为海上航行安全的有利武器，已经在天津、秦皇岛、黄骅等港口得到成功应用。
中国沿海RBN/DGPS台站的全面开通，标志着我国无线电导航手段已进入世界先进行列。从1995年-2000年，历时六年，建成了我国RBN/DGPS系统台链，形成从鸭绿江口到西沙群岛，覆盖（或多重覆盖）沿海港口、重要水域和狭窄水道的差分GPS导航服务网。该系统的建成，不仅使我国拥有了现代化的海上高精度导航定位系统，更加有效地保障了船舶航行安全，而且实现了对传统无线电导航技术的重大突破和变革，必将对我国航运事业和国民经济的发展产生深远的影响。
三、航标遥测遥控系统
（一）系统简介
航标遥测遥控系统是基于3S技术开发的一套可以实现对航标灯实时远距离在线监视、管理和控制操作的智能化解决方案。
系统能实时获得航标地理位置、航标工作状态、电源系统等各部分的工作参数、RTU（智能终端）的工作状态等信息，利用当前先进、成熟的无线通讯技术，将航标的各种终端与各级中心站连成一体，实现远距离遥测遥控及管理；系统提供终端代码升级，为现代化升级及维护提供了经济的手段；系统提供报警功能，对各种原因造成的航标灯故障、电源各种参数异常、RTU异常等，都可以实时报警；系统还具备任意唤醒等功能。
（二）航标遥测遥控建设的目标
（1）航标设备运行信息监测
系统定时采集航标设备运行信息，建立实时动态数据库和历史数据库，为航标管理部门全面掌握航标设备运行状态，评估设备状况，分析设备故障原因，提供基础信息。
（2）及时发现航标设备故障
系统自动依据航标设备运行参数的变化情况，及时发现航标故障，提示航标管理人员及时采取相关措施，进而提高航标应急反应能力和航标设备正常率。
（3）降低航标管理费用
实现航标设备远程遥控和设备运行自动化，从而实现航标无人值守、减少巡检次数，延长巡检周期，做到有针对性地对航标设备进行维护和检修，从而降低航标设备的运行管理费用。
（4）提高海事服务能力
与气象局气象服务系统、海洋局海况信息服务系统、海测大队验潮系统相联接，实时获取海域风力、风向、潮位、浪高、海流流向、雾情等海况信息，不仅为航标巡检与作业船只，准确掌握出航时机，提供辅助决策、海事事故分析提供服务，而且通过对外服务平台，为相关部门、企业及社会公众提供服务。
（三）将航标遥测遥控系统纳入综合助航体系的可行性
遥测遥控系统是一类控制与通信密切结合的综合信息系统，其工作原理涉及信息传输和信息提取，包括采样定理、编码理论、多路复用、调制技术、同步技术、信号检测和估计等方面。遥测遥控是自动化技术的重要分支，它是在自动控制、传感技术、微电子技术、计算机技术和现代通信技术的基础上不断完善的发展起来的，无论是从技术上还是从实际意义上讲，将航标遥测遥控系统纳入综合助航系统都是对航标管理手段的完善，必将全面提高航标“两率”，提升航标应急反应能力。
四、港域环境监测系统
（一）系统简介
港区海洋气象环境实时监测（传输）系统是一个建于港口，用于监测港域海洋环境因素（如水温、潮流、流向、水位等）、气象环境因素（温湿度、风速风向、能见度等），并为船舶进出港、离靠泊提供安全保障的监测服务信息网络。其核心是及时将海洋气象环境要素观测值予以传输和显示。
系统旨在提供有效可靠的海流的流速、流向、气象的温湿度、风速风向、能见度等实时数据，为港口海域的船舶航行安全、航标应急反应、航标中长期规划编制、航标方案编制、船舶驾引、海事监管、海上搜救、溢油应急反应、沉船动态等提供实时水文和气象监测数据。
（二）将港域环境监测系统纳入综合助航体系的可行性
港域环境监测系统多采用声学多普勒法测量海流和流速剖面，稳定的温湿度、风速风向、能见度等气象传感器，使用GPRS无线数据传输完成实时系统监控和数据传输，实现了远程现场数据查看、数据分析，因此将港域环境监测系统纳入综合助航体系，必将为航海者和港口作业者提供更为详尽的航海要素值，降低航行和作业风险，全面提高海事履约能力。
降低航行和作业风险，全面提高海事履约能力。五、综合助航体系的建立
什么是“航标”？仅仅指那些静静矗立在海岸河边的灯塔、灯桩，夜晚行船航道上整齐的灯光？如果你还这么想，那你已经远远落后于航标的发展现状了！在国际航标协会第十六届大会上，IALA提出，随着科技进步和航海技术的发展，航标不断更新换代，目前已从传统的灯塔、灯桩、立标、灯浮、导标等视觉航标系统，发展到雷应、差分定位系统、船舶自动识别系统（AI S）、船舶交通服务系统（VTS）等近、远程无线电导航、监控设施，以及将上述这些传统航标和无线电导航手段进行综合的一体化航标助导航系统。
笔者认为，“综合助航体系”的内涵就是将传统助航元素用数字化、信息化、虚拟化、可视化方式，在现在计算机可视环境中进行动态管理，使“摸不着看不见”和“看得见摸得着”的“信息”用数字的方式经由计算机系统加工、处理后，以可视化方式显示出来，为管理者和航海者以及使用者服务。从这一点讲，综合助航体系就是以真实航行、港口、航道以地理位置关系为基础而组成数字化的信息框架，在该框架内嵌入我们所能够提供不同的信息源跟踪矢量化数据、扫描栅格化数据、遥感栅格图象、AIS船舶自动识别信息及GMDSS和宽带网络，高分辨率传感器叠加构成全数字化、信息化、可视化、智能型助航体系。
“综合助航体系”建设理念，一是传统助航系统的数字化建设；二是在数字化、信息化的框架下的一体化建设，使原来相互独立的系统相互渗透、相互关链，形成一个基于“综合助航体系”概念的“网络化、信息化”的“新助航体系”。
可以预见，“综合助航体系”将会达到非凡的社会效益：更全面地提供了避免船舶碰撞的信息；更有效地减少人命和财产损失；解决了船-岸信息传输等重大难题；实现船-岸信息联网、船舶信息共享，推动交通运输信息化工程。
随着“综合助航体系”系统的建立、应用和发展，传统助航概念和交通安全管理发生二大变化：即船舶方通过“综合助航体系”将获取更多的助航信息，航行安全的自主作用更强。从管理角度来看船舶方将从以往被动式的接受监督管理上升到主动参与管理的格局；二是，海事部门将从以往的以监督管理为主的格局走向管理与服务并重的局面。
“综合助航体系”是“助航”走向现代化的必经之路和重要标志，必将创建一种崭新的助、导航服务概念，在知识经济时代到来之际，将成为我国海事航测经济管理重要的行为方式。在提高助、导航的经济效益和水运经济效益的同时，将改变传统的助航服务观念和运行方式，进入信息时代的行为方式。因此，“综合助航体系”的出现将改变传统航行和海事管理的思维定势。
六、结束语
为适应沿海水运经济的发展，一直以来，中国海事局以重点港口、水域为重点，以支持港口航运生产为核心，大力加强沿海航标系统的建设，以全面提高航标助航效能和构建航标统一管理机制为目标，接收改造地方标，使航标管理更加规范，航标配布更趋合理，保证了航标整体效能的稳定。对重点水域开展航标建设和改造，完善综合水上安全保障系统，为满足人民群众出行、促进经济发展和推进社会主义新农村建设发挥了积极作用。2007年，中国利用ISO9001质量管理体系标准的理念，参照IALA 1052指南及相关国际组织的建议，开始试运行航标质量管理体系。
在航标发展的定位问题上，中国与日本、澳大利亚等发达国家的航标相比，在LED灯器、遥测、AIS应用等方面具备较为明显的优势。在美国，还在使用普通白炽灯泡，而且数量占到所有灯器的一半，而中国各海区采用的冷光源灯器比例最少也在80%以上，可以说，在灯器方面中国已超过发达国家水平。
中国在遥测遥控上的科技含量相当高，得到了国外来访者高度评价，现在，我国主要采取GSM、AIS和北斗遥测遥控三种方式，航标巡检周期达到半年到 1年，浮标起吊周期达到了2～3年。中国的AIS岸基台站建设也形成了网络，在海事监管中得到了充分的应用。此外，海事部门还自主开发了船舶智能导航仪，实现了航行信息综合显示和智能辅助导航，为船舶航行安全增加了一种有效的辅助手段。中国在航标技术、质量、自动化、信息化等局部方面已不亚于发达国家水平。
鉴于现状，笔者认为，建立包括AIS、DGPS、航标遥测遥控、港域环境监测、视频监控等的综合助航体系，必将全面提高航标维护管理水平，为航海者和港口建设提供全面、及时、可靠、优质助航服务，提升服务效率和质量，基本形成畅通高效安全绿色的现代化航标管理体系，同时也是应对E-航海时代来临的一种尝试。
参考文献
[1]《国际航标信息》上海海事局航海图书印刷厂出版
[2]《航测技术》上海海事局航海图书印刷厂出版
[3]《现代通讯》 《现代通讯》杂志社出版
[4]《计算机与通讯》《计算机与通讯》编辑部出版
[5]《航标文化》人民交通出版社
[6]《计算机应用基础》 中国传媒大学出版社
[7]《国际航标学会》第十六次大会论文集