航海保障技术的发展和应用

    王鹤荀

    摘 要：21世纪是海洋世纪，世界各国未来的竞争也将在海洋上竞争。充分开发和综合利用海洋资源是世界各国进一步发展的必然要求，航海保障领域的技术发展成为国家海洋战略的关键一环。本文介绍了目前航海保障国际国内情况，分析了差距，也介绍了国际发展趋势以及目前国内航海保障在技术领域的发展情况。

    关键词：电子化；e-Navigation；应用

    中图分类号：U698 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2016）12-0010-02

    人类社会的生存和发展离不开海洋，尤其航海。人类文明史，一定程度上就是一部航海史，实际上就是一张海图的不断变化的历史。而航海离不开保障，航海保障的目标就是找位置，规避风险，提高效率。

    1 航海保障现状

    广义的航海保障是人、船、环境、管理的总和。狭义的航海保障主要包括导航、海图、通信等方面。导航即指船舶的定位，自己及周边环境情况。海图的作用是详细了解海底的状况。通信则指与相关方的联络。

    航海保障方面的国际国际组织主要有国际航标协会（IALA），国际海道测量组织（IHO），国际电信联盟（ITU），国际海事卫星组织（INMARSAT）。

    目前世界上有四大全球卫星定位系统：一是美国全球定位系统（GPS）。二是俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）系统。三是欧洲“伽利略”（GALILEO）系统。四是中国“北斗”系统。目前国内船舶与岸上的联系情况如图1所示。

    2 國内保障技术与国际水平的差距

    国内航海保障与国际水平的差距主要有一下六点，第一，装备落后。第二是分析能力弱，主要是船海保障从业人员专业素养的差距。第三是服务能力弱。体现在数据发行覆盖、气象导航等方面。第四是没有精细的海图。第五是专业力量分散。第六是，体制机制导致指挥协调能力弱，不容易形成合力。

    而目前船舶正逐步向智能化、绿色化发展，主要体现在船舶大型化、专业化、高速化、自动化、导航定位电子化、 避碰自动化、 海图电子化、 航海资料数字化、 通信高速化数字化广域化、航行记录自动化等10个方面，这也对航海保障部门提出了更高的技术要求。

    3 e-Navigation

    e-Navigation（电子航海）是目前国际上航海保障发展方向，指通过电子的方式，在船上和岸上，收集、综合、交换、显示和分析海事信息，以增强船舶泊位到泊位的全程航行能力，增强相应的海上服务、安全和保安能力，以及海洋环境保护的能力。IMO的e-Navigation最终将很可能不是一个系统，而是一些标准、规章、指南、培训要求和数据格式，IMO成员使用这些成果，建成一个集成化的海上助航信息环境。

    e-Navigation的实施战略在通信与导航技术方面主要是落实和制定多项产品技术标准，如500kHz频率的数字通信（NAVDAT）技术； 基于 VHF的数据交换系统（VDES）通信技术；卫星通信技术；全球导航卫星技术（包括中国BDS技术）；船舶综合PNT（定位、导航、授时）。该方面技术的落实和实施为e-Navigation战略系统落地提供了基础支撑，是整个e-Navigation战略的经脉和眼睛。

    e-Navigation战略下的研究内容主要有三个方面，一是船载设备开发与升级改造，例如综合导航系统（INS）的升级改造、ECDIS的智能化、新型通信设备等。二是岸基支持系统，如水文气象信息、港口信息、VTS信息、海图改正、海上搜救等海事服务集等。三是船岸通信优化技术，如卫星通信系统、NAVDAT、VDES、3G/4G/5G信道优化控制技术。

    在e-Navigation战略中，以技术架构为骨架的基础上，其真正实施的肌肉是各类针对不同用户需求的海上服务集（MSP）。每个服务都针对特定的用户需求或底层数据服务，如AIS数据采集服务、船舶进出港口统计分析服务、水上交通管理服务、航海保障系列服务等等。这些服务构成了e-Navigation的核心，是e-Navigation“按需服务”宗旨的体现。

    在e-Navigation战略中，各类海上服务之间进行着数据的交换和传输。特定数据在交换中应具有一定的标准模型，同时还需要标准的交换协议。 因此，基于S-100标准的数据模型和数据传输标准是e-Navigation战略落地的血液，使各类海上服务集之间，能够无缝进行数据共享和业务信息交换，从而实现e-Navigation战略各部分之间的“互连互通”。

    4 中国航海保障取得的成果

    中国航海保障人近几年在技术领域取得了初步成果，例如，首次出版中文版北极航行指南、出版中文版南极海图（14幅）；也首次采用专业海洋测量船舶对极地海域实施精密海道测量（锚地）；首次应用兼容北斗、GPS和AIS的极地科考综合导助航系统等等（导航及人站互动）；还发现了罗斯海难言岛附近适宜锚泊的锚地。

    东海航海保障中心在e-Navigation框架下实施的技术主要有：①定位增强技术。如无线电指向标-差分北斗卫星导航系统，海上北斗连续运行参考站系统（BD-CORS）。②水上数字通信技术，水上安全信息数字广播系统（NAVDAT），宽带VHF数据通信系统，海上区域性WIFI，卫星覆盖。③助航信息集成和服务技术。如电子海图服务云平台-海e行，洋山港e-Navigation示范区建设（雾中导航），全球航海安全信息系统。

    无线电指向标-差分北斗卫星导航系统（RBN-DBDS ）的具体应用有：东海航海保障中心完成首个了具有完全自主知识产权的沿海差分卫星导航系统，为航海用户提供1-2米定位精度的定位导航服务；大戢山RBN-DGNSS（DBDS+DGPS）台站于2014年1月1日起正式运行；GB17424《差分全球导航卫星系统（DGNSS）技术要求》的修订也已纳入2015-2017年交通运输部标准修订计划。

    在北斗CORS系统的具体应用有：长江口北斗CORS试验系统覆盖的2213平方公里核心区域内实现了水平精度3厘米、垂直精度5厘米的高精度定位，在系统覆盖的5812平方公里高精度区域实现了水平精度15厘米的实时定位，在周邊的12132平方公里区域实现了亚米级的实时定位。

    水上安全信息数字广播系统（NAVDAT）方面，做了NAVDAT电子海图发布试验，电子海图更新数据包大小91KB，数据传输用时仅37秒。

    洋山港e-Navigation示范工程目前正在进行中，它的建设目标是保障能见度不良情况下（500m～1000m）的大型集装箱船舶进出洋山港航行的安全。主要从5个方面入手，利用NAVDAT、VHF宽带、4G网络等手段，播发助航信息；基于BD-CORS系统，实现大型船舶的高精度靠泊；基于RBN-DGNSS和播发BDS/GPS差分信号，实现高精度导航；优化现有洋山港航标配布、提升性能，适应雾航需求；汇聚AIS、BDS、VTS等各类信息，提升监控能力。

    在全球航海安全信息系统信息系统方面，东海航海保障中心目前主要目标是先是开放公众平台，协同应用开发，提供航海数字服务业务。其次是建立一站式的航海信息服务平台，提供行业数据专题服务业务。比如可通过海图中心高集成的数据池获取所需数据，如渔业渔情数据、海洋资源数据、海洋生态数据，使各类型行业内外用户可以查询获取大部分的相关信息。

    5 结语

    海洋已成为人类第二大生存和发展空间，世界各国未来的竞争也将在海洋上竞争。作为中国的航海保障部门，必须展望未来，在安全、环保、效率的框架下，重点在新领域、新技术、新服务、新方式（大数据）等四个方面进行突破，在深海、远海、新通道范围内为船舶提供及时、准确、全面、便捷的服务，紧跟全球步伐，积极参与国际组织，努力赶超世界水平，为中国的海洋强国战略贡献自己的力量。

    本文节选十四期《交通安全讲堂（Transport Safety Forum）》作者演讲内容

    链接：《交通安全讲堂（Transport Safety Forum）》由国家水运安全工程技术研究中心、武汉理工大学和中国水运报社主办，交通安全信息应急技术国家工程实验室、国家道路交通管理工程技术研究中心、交通运输部内河智能航运协同创新平台、交通运输部长江航运技术研发中心、长江黄金水道绿色与安全协同创新中心、中国远洋运输（集团）总公司技术中心、长江海事研究中心协办。每月举办一次，邀请国内外在交通安全领域具有较高学术影响和管理水平的学者、管理专家作为演讲专家。