浅析E—航海框架下的船舶引航技术
张智超
摘要：随着航运业不断发展，如何实现船舶引航的智能化、更好地将E-引航纳入E-航海框架，是当下的研究课题。本文以洋山E-航海示范工程为例，对智能导航仪、引航操作系统等引航项目产品进行介绍，并对其进一步的优化进行了分析。
关键词： E-航海 船舶引航 智能导航仪 引航操作系统
随着船舶向大型化、专业化、高速化方向发展，引航手段的智能化已经逐渐成为船舶引航的实际需求。科学引航、智慧引航与E-航海理念一脉相承，因此，实现智慧引航的关键就是将E-引航纳入E-航海框架体系，把有关信息系统整合到统一平台，实现信息资源的高度共享。
1 E-航海与船舶引航状况概述
1.1 E-航海概念
E-航海是通过电子的方式，在船上和岸上，收集综合和显示海事信息，以增强船舶泊位到泊位的全程航行能力、相应的海上服务安全能力以及海洋环境保护能力。E-航海是信息的集成，实质是将海事相关信息进行协调、收集、整合、交换及显示的一个过程。
E-航海系统架构建设以用户需求为导向，主要组成包括船端系统、岸基系统以及导航与通信基础设施。船端系统以船载导航系统为核心，包括高度完好的电子定位、电子海图和减少人为错误的分析与预警能力；岸基系统集成所有可用的岸基船舶交通管理和相关服务系统，以便于岸基操作人员理解和使用的方式提供各种信息数据、导航与通信基础设施可以增强管理部门和船舶之间信息的无缝传输。
E-航海系统的功能是多方面的，对于船舶引航来说，它可以提供船舶辅助引航服务。通过提供精确定位、精密船舶位置预测、船舶操作协调工具、航道物标的精确感知等手段，以及船岸之间助航信息实时通信，为船舶引航提供服务，从而提高航道通航尺度，保障船舶安全。
1.2 船舶引航发展现状及引航服务需求
长期以来引航员一直采用目视瞭望助航標志等传统引航方式来确定船舶是否航行在航道中，但传统方式往往受天气状况和能见度等条件影响，使得引航方式受到很大限制。科学进步和技术发展为船舶引航提供了更好的解决方法，引航方式的现代化、智能化是船舶安全驾驶的迫切需求和技术进步的必然趋势，也是船舶引航管理工作的方向。
目前，船舶自主进港和引航进港存在的问题，是缺乏能及时获取全面助航信息智能化的助航系统。E-航海用户需求分析表明，船舶港口引航用户希望能够提供智能综合船舶导助航辅助手段，为船舶提供智能引航服务。
2 洋山港E-航海实践中船舶引航项目应用
上海国际航运中心和上海自贸区建设纳入国家发展战略，依托洋山港的港口和航运经济发展成为深化国家战略的重要支撑。提高和改善洋山港区在能见度不良条件下大型集装箱船舶航行和离靠泊的助航安全保障条件，为引航员提供助航保障支持，尤为急迫和重要。
洋山E-航海示范平台作为中国首个E-Navigation示范平台，在船舶引航相关技术产品研发方面做了大量工作。目前，研发、推广的智能导航仪和引航操作系统，提升了保障大型集装箱船舶能见度不良天气条件下进出上海洋山港通航安全的航海保障技术支持能力，可以为实船航行和靠泊过程中操作基于GIS的航海保障应用软件和通信、定位硬件提供益于航行安全的各类助导航服务的信息。
2.1 大型船舶的引航靠泊辅助系统——船舶智能导航仪
船舶智能导航仪是基于北斗CORS系统的船舶智能导航仪，深度结合网络VRS、AIS技术、现代无线通信和互联网等技术而提出的一种先进的适用于大型船舶的引航靠泊辅助系统，集船舶航行服务模式和精准靠泊模式为一体，旨在提高和改善在能见度不良条件下大型集装箱船舶航行和离靠泊的助航安全保障条件。
该设备由引航员携带至船上，放置在船舶的左、右舷，并设置本船的相应参数就能自动快速计算船舶移动数据，为引航员靠离泊操纵时提供厘米级高精度的船位信息、船舶移动速度和船首、船尾与码头的距离等辅助靠泊信息，并将这些数据通过Wi-Fi发送到手持便携式终端，从而有效提高了船舶靠港的工作效率和作业安全性。
“智能导航仪”由主机、副机和IPAD软件系统显示终端三部分组成。主要功能包括：
（1）兼容北斗、GPS两种定位模式，本船实时高精度定位；
（2）实时它船动态监控（兼容AIS船载终端、北斗船载终端和固态雷达小物标数据）；
（3）多种通信链路获取实时水文气象信息和特殊天气预报预警；
（4）多种通信链路获取航道通航安全和港口生产管理信息；
（5）电子海图数据下载更新；
（6）直观的航行服务和精准靠泊模式软件系统，提供更人性化应用显示界面。
船舶智能导航仪充分利用北斗CORS系统厘米级的高精度定位的优势，为夜航、雾航情况下的船舶提供高精度定位、导航和安全靠泊的技术支持，保障船舶始终航行在安全可航水域，有力地推动大型集装箱船舶在洋山深水港区域内实现全天候、全天时安全快速进出港及靠离泊，对提高洋山港的港口运营水平、提高货物吞吐量、提升服务能级具有重要意义。
2.2 综合信息管理平台——引航操作系统
引航操作系统是基于上海港引航站对上海洋山港能见度不良大型集装箱船舶航海保障建设需求开发的操作系统，包括航行服务和精准靠泊模式、助航服务信息推送、航行计划及预警信息。
引航操作系统软件当前已实现的主要功能：
（1）智能导航仪航行服务及精准靠泊模式所有信息显示。含多种辅助功能应用，如：多窗口显示、罗经圈、固定距标圈、EBL、测距和昼夜模式等；
（2）电子海图（含洋山港深水航道和码头大比例尺电子海图）显示，支持3种海图显示模式和2种符号标准；
（3）S-57电子海图在线下载更新；
（4）洋山港深水航道和港区重要航段或转向点气象和水文潮流及能见度实时数据显示；
（5）北斗船载终端渔船位置信息显示服务；
（6）接收AIS岸基站播发差分GPS船舶定位服务；
（7）接收显示码头指泊仪位置和显示AIS航标位置信息；
（8）进出洋山港深水航道和长江口深水航道的各类大型船舶航行计划预告信息显示；
（9）进入上海洋山港警戒区各類船舶交汇预告信息显示；
（10）基于4G/3G无线网络的船端与岸端即时通信服务，可接收上海港引航站（洋山分站）调度室发送的指令和提醒，或反馈船端响应信息；
（11）预留可扩展北斗CORS高精度定位数据应用接口。
3 E-航海框架下船舶引航项目的优化
3.1 智能导航仪的完善改进
智能导航仪是洋山港E-航海项目重要产品之一，目前仍处于试验阶段，用户了解较少。与船载多普勒靠泊仪相比：“智能导航仪”能够提供航行服务模式和精准靠泊模式及其他加载助航信息显示服务；软件系统界面除可显示本船靠泊移动速度以外，还增加实时显示船头、船尾距离码头泊位的垂直距离，方便引航员靠泊作业时直观评估；可以图形化直观地、实时选择地显示本船及周围船舶的各类安全助航服务信息，实现电子海图数据在线实时更新，提高海图数据应用效率；可由引航员随身携带，现场快速调试安装。
根据对实船应用测试结果的分析，智能导航仪后续实施中将逐步完成：软件系统可在精准靠泊模式中添加部分语音提示报警，增加电子海图数据实时更新和各类助航服务信息实时推送等功能；软件系统显示终端与引航操作系统进行功能整合；定制相应的主副机和锂电池组携带包，方便引航员携带；编制软件系统操作使用手册，开展设备应用专业技能培训，提高软件和设备使用效率。
3.2 引航操作系统的完善改进
根据对实船应用测试结果的分析，引航操作系统后续实施中将逐步完成：AIS船舶的船型进一步优化，Class A和Class B以不同船型显示，并可以颜色区分不同船舶类型；优化AIS的他船船位在海图上的叠加显示方式；优化船舶静态电文快速更新信息显示；优化精准靠泊模式算法，进一步核算出船尾距离码头泊位的距离；实现通过AIS将流速流向接入引航操作系统。
在E-航海框架下，围绕引航作业保障需求，加强引航项目产品的研发、推广、应用，为船舶在港口各航道水域航行提供智能引航服务，是船舶引航的发展方向。
摘要：随着航运业不断发展，如何实现船舶引航的智能化、更好地将E-引航纳入E-航海框架，是当下的研究课题。本文以洋山E-航海示范工程为例，对智能导航仪、引航操作系统等引航项目产品进行介绍，并对其进一步的优化进行了分析。
关键词： E-航海 船舶引航 智能导航仪 引航操作系统
随着船舶向大型化、专业化、高速化方向发展，引航手段的智能化已经逐渐成为船舶引航的实际需求。科学引航、智慧引航与E-航海理念一脉相承，因此，实现智慧引航的关键就是将E-引航纳入E-航海框架体系，把有关信息系统整合到统一平台，实现信息资源的高度共享。
1 E-航海与船舶引航状况概述
1.1 E-航海概念
E-航海是通过电子的方式，在船上和岸上，收集综合和显示海事信息，以增强船舶泊位到泊位的全程航行能力、相应的海上服务安全能力以及海洋环境保护能力。E-航海是信息的集成，实质是将海事相关信息进行协调、收集、整合、交换及显示的一个过程。
E-航海系统架构建设以用户需求为导向，主要组成包括船端系统、岸基系统以及导航与通信基础设施。船端系统以船载导航系统为核心，包括高度完好的电子定位、电子海图和减少人为错误的分析与预警能力；岸基系统集成所有可用的岸基船舶交通管理和相关服务系统，以便于岸基操作人员理解和使用的方式提供各种信息数据、导航与通信基础设施可以增强管理部门和船舶之间信息的无缝传输。
E-航海系统的功能是多方面的，对于船舶引航来说，它可以提供船舶辅助引航服务。通过提供精确定位、精密船舶位置预测、船舶操作协调工具、航道物标的精确感知等手段，以及船岸之间助航信息实时通信，为船舶引航提供服务，从而提高航道通航尺度，保障船舶安全。
1.2 船舶引航发展现状及引航服务需求
长期以来引航员一直采用目视瞭望助航標志等传统引航方式来确定船舶是否航行在航道中，但传统方式往往受天气状况和能见度等条件影响，使得引航方式受到很大限制。科学进步和技术发展为船舶引航提供了更好的解决方法，引航方式的现代化、智能化是船舶安全驾驶的迫切需求和技术进步的必然趋势，也是船舶引航管理工作的方向。
目前，船舶自主进港和引航进港存在的问题，是缺乏能及时获取全面助航信息智能化的助航系统。E-航海用户需求分析表明，船舶港口引航用户希望能够提供智能综合船舶导助航辅助手段，为船舶提供智能引航服务。
2 洋山港E-航海实践中船舶引航项目应用
上海国际航运中心和上海自贸区建设纳入国家发展战略，依托洋山港的港口和航运经济发展成为深化国家战略的重要支撑。提高和改善洋山港区在能见度不良条件下大型集装箱船舶航行和离靠泊的助航安全保障条件，为引航员提供助航保障支持，尤为急迫和重要。
洋山E-航海示范平台作为中国首个E-Navigation示范平台，在船舶引航相关技术产品研发方面做了大量工作。目前，研发、推广的智能导航仪和引航操作系统，提升了保障大型集装箱船舶能见度不良天气条件下进出上海洋山港通航安全的航海保障技术支持能力，可以为实船航行和靠泊过程中操作基于GIS的航海保障应用软件和通信、定位硬件提供益于航行安全的各类助导航服务的信息。
2.1 大型船舶的引航靠泊辅助系统——船舶智能导航仪
船舶智能导航仪是基于北斗CORS系统的船舶智能导航仪，深度结合网络VRS、AIS技术、现代无线通信和互联网等技术而提出的一种先进的适用于大型船舶的引航靠泊辅助系统，集船舶航行服务模式和精准靠泊模式为一体，旨在提高和改善在能见度不良条件下大型集装箱船舶航行和离靠泊的助航安全保障条件。
该设备由引航员携带至船上，放置在船舶的左、右舷，并设置本船的相应参数就能自动快速计算船舶移动数据，为引航员靠离泊操纵时提供厘米级高精度的船位信息、船舶移动速度和船首、船尾与码头的距离等辅助靠泊信息，并将这些数据通过Wi-Fi发送到手持便携式终端，从而有效提高了船舶靠港的工作效率和作业安全性。
“智能导航仪”由主机、副机和IPAD软件系统显示终端三部分组成。主要功能包括：
（1）兼容北斗、GPS两种定位模式，本船实时高精度定位；
（2）实时它船动态监控（兼容AIS船载终端、北斗船载终端和固态雷达小物标数据）；
（3）多种通信链路获取实时水文气象信息和特殊天气预报预警；
（4）多种通信链路获取航道通航安全和港口生产管理信息；
（5）电子海图数据下载更新；
（6）直观的航行服务和精准靠泊模式软件系统，提供更人性化应用显示界面。
船舶智能导航仪充分利用北斗CORS系统厘米级的高精度定位的优势，为夜航、雾航情况下的船舶提供高精度定位、导航和安全靠泊的技术支持，保障船舶始终航行在安全可航水域，有力地推动大型集装箱船舶在洋山深水港区域内实现全天候、全天时安全快速进出港及靠离泊，对提高洋山港的港口运营水平、提高货物吞吐量、提升服务能级具有重要意义。
2.2 综合信息管理平台——引航操作系统
引航操作系统是基于上海港引航站对上海洋山港能见度不良大型集装箱船舶航海保障建设需求开发的操作系统，包括航行服务和精准靠泊模式、助航服务信息推送、航行计划及预警信息。
引航操作系统软件当前已实现的主要功能：
（1）智能导航仪航行服务及精准靠泊模式所有信息显示。含多种辅助功能应用，如：多窗口显示、罗经圈、固定距标圈、EBL、测距和昼夜模式等；
（2）电子海图（含洋山港深水航道和码头大比例尺电子海图）显示，支持3种海图显示模式和2种符号标准；
（3）S-57电子海图在线下载更新；
（4）洋山港深水航道和港区重要航段或转向点气象和水文潮流及能见度实时数据显示；
（5）北斗船载终端渔船位置信息显示服务；
（6）接收AIS岸基站播发差分GPS船舶定位服务；
（7）接收显示码头指泊仪位置和显示AIS航标位置信息；
（8）进出洋山港深水航道和长江口深水航道的各类大型船舶航行计划预告信息显示；
（9）进入上海洋山港警戒区各類船舶交汇预告信息显示；
（10）基于4G/3G无线网络的船端与岸端即时通信服务，可接收上海港引航站（洋山分站）调度室发送的指令和提醒，或反馈船端响应信息；
（11）预留可扩展北斗CORS高精度定位数据应用接口。
3 E-航海框架下船舶引航项目的优化
3.1 智能导航仪的完善改进
智能导航仪是洋山港E-航海项目重要产品之一，目前仍处于试验阶段，用户了解较少。与船载多普勒靠泊仪相比：“智能导航仪”能够提供航行服务模式和精准靠泊模式及其他加载助航信息显示服务；软件系统界面除可显示本船靠泊移动速度以外，还增加实时显示船头、船尾距离码头泊位的垂直距离，方便引航员靠泊作业时直观评估；可以图形化直观地、实时选择地显示本船及周围船舶的各类安全助航服务信息，实现电子海图数据在线实时更新，提高海图数据应用效率；可由引航员随身携带，现场快速调试安装。
根据对实船应用测试结果的分析，智能导航仪后续实施中将逐步完成：软件系统可在精准靠泊模式中添加部分语音提示报警，增加电子海图数据实时更新和各类助航服务信息实时推送等功能；软件系统显示终端与引航操作系统进行功能整合；定制相应的主副机和锂电池组携带包，方便引航员携带；编制软件系统操作使用手册，开展设备应用专业技能培训，提高软件和设备使用效率。
3.2 引航操作系统的完善改进
根据对实船应用测试结果的分析，引航操作系统后续实施中将逐步完成：AIS船舶的船型进一步优化，Class A和Class B以不同船型显示，并可以颜色区分不同船舶类型；优化AIS的他船船位在海图上的叠加显示方式；优化船舶静态电文快速更新信息显示；优化精准靠泊模式算法，进一步核算出船尾距离码头泊位的距离；实现通过AIS将流速流向接入引航操作系统。
在E-航海框架下，围绕引航作业保障需求，加强引航项目产品的研发、推广、应用，为船舶在港口各航道水域航行提供智能引航服务，是船舶引航的发展方向。
