淺談基于通信網(wǎng)絡(luò)GPS監(jiān)控在內(nèi)河船舶監(jiān)管中的應(yīng)用前景

盛黎

摘 要：目前，內(nèi)河船舶監(jiān)管主要有VTS監(jiān)控、AIS監(jiān)控及基于通信網(wǎng)絡(luò)GPS監(jiān)控三種主要方式，前者為主動(dòng)探測(cè)船舶目標(biāo)，連續(xù)跟蹤船舶運(yùn)行動(dòng)態(tài)，后兩者皆通過(guò)船載終端上傳定位信息到中心來(lái)實(shí)現(xiàn)船舶監(jiān)控。本文主要對(duì)后兩種方式的組成原理進(jìn)行剖析，并通過(guò)其通信協(xié)議、系統(tǒng)建設(shè)、使用成本、通訊網(wǎng)絡(luò)、推廣難易及適用性六個(gè)方面的比較，說(shuō)明在內(nèi)河航運(yùn)，基于通信網(wǎng)絡(luò)GPS監(jiān)控比AIS監(jiān)控更具有優(yōu)勢(shì)，未來(lái)的應(yīng)用前景更為廣闊。

關(guān)鍵詞：GPS監(jiān)控；內(nèi)河；船舶監(jiān)管；應(yīng)用

近年來(lái)，隨著我國(guó)低碳交通體系的逐步建立，內(nèi)河水運(yùn)得到快速發(fā)展，船舶數(shù)量增加，大型化日益加劇，船舶航行安全、航行效率以及通航秩序顯得尤為重要，對(duì)于船舶的監(jiān)控管理就十分迫切。同時(shí)，通信技術(shù)迅速發(fā)展，特別是交通水運(yùn)信息化的推進(jìn)為船舶的監(jiān)控提供了必要的技術(shù)支撐。目前，內(nèi)河航運(yùn)的船舶監(jiān)控主要有VTS監(jiān)控、AIS監(jiān)控和基于通信網(wǎng)絡(luò)GPS監(jiān)控（以下簡(jiǎn)稱GPS監(jiān)控），后兩者實(shí)現(xiàn)方式相類似，下文就這兩種方式進(jìn)行詳細(xì)介紹和深入比較。

1 AIS監(jiān)控

AIS是自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System） 英文首字母縮寫詞。它通過(guò)甚高頻（VHF）數(shù)字通信以廣播方式不斷地向附近的船舶和岸臺(tái)播發(fā)自己的身份識(shí)別標(biāo)志、船舶類型、載貨情況、航線、目的港、當(dāng)前船位與速度等信息，同時(shí)接收來(lái)自岸臺(tái)的查詢和附近船舶的AIS信息，并把有關(guān)信息以圖形和電文方式顯示在自己設(shè)備的屏幕上，使船舶、船岸間能夠共享信息，以實(shí)現(xiàn)船舶的自動(dòng)識(shí)別和監(jiān)視。

AIS設(shè)備一般分為A、B、C、S、N5級(jí)，其中A、B類用于船舶，C類用于基站。按照SOLAS公約強(qiáng)制要求，國(guó)際航行300總噸及國(guó)內(nèi)航行500總噸以上的船舶均要求安裝AIS，目前國(guó)內(nèi)內(nèi)河航運(yùn)符合條件的船舶安裝的是為B類AIS設(shè)備。根據(jù)系統(tǒng)VHF數(shù)據(jù)鏈路接入?yún)f(xié)議的不同，B類AIS設(shè)備分為采用SOTDMA（自組織時(shí)分多址）接入?yún)f(xié)議的“SO”和采用CSTDMA（載波偵聽時(shí)分多址）協(xié)議的“CS”兩種，目前國(guó)內(nèi)大部分AIS選用的是后者。它借助GPS/DGPS（差分GPS）接收機(jī)精確定位和測(cè)速功能，采用載波偵聽時(shí)分多址聯(lián)接（CSTDMA）數(shù)據(jù)通信技術(shù)，通過(guò)VHF發(fā)射/接收機(jī)實(shí)現(xiàn)船船和船岸的數(shù)據(jù)交換①。

AIS監(jiān)控系統(tǒng)由船載AIS終端和監(jiān)控中心兩部分組成，岸站接收到的船載AIS信息（NMEA語(yǔ)句）并通過(guò)RS-232接口發(fā)送到通信服務(wù)器，通信服務(wù)器把解析后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)控中心通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)并在電子航道圖上展現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)其監(jiān)管的功能。

2 GPS監(jiān)控

基于通信網(wǎng)絡(luò)GPS監(jiān)控系統(tǒng)主要由船載GPS終端、通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成。通信一般采用中國(guó)移動(dòng)GPRS或者中國(guó)電信CDMA網(wǎng)絡(luò)，基于3G網(wǎng)絡(luò)的目前尚不多見，下以GPRS為例。GPRS（General packet radio service）是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，它采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)，能夠提供比現(xiàn)有GSM更高的數(shù)據(jù)率，是一種采用分組交換和傳輸技術(shù)的高速、低速數(shù)據(jù)及信令的高效率數(shù)據(jù)傳輸方式。

GPS船舶監(jiān)控依托于移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，終端首先通過(guò)通訊模塊撥入Internet或?qū)＞W(wǎng)與通信服務(wù)器建立TCP連接，定期從GPS接收機(jī)中接收船舶經(jīng)緯度、速度等信息，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按照協(xié)議打包，并將數(shù)據(jù)包上傳到通信服務(wù)器，通信服務(wù)器把接收到的數(shù)據(jù)按照對(duì)應(yīng)協(xié)議解析，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并推送到監(jiān)控中心服務(wù)端口，監(jiān)控中心不斷從通信服務(wù)器獲得最新數(shù)據(jù)，將其展現(xiàn)在電子航道圖上來(lái)實(shí)現(xiàn)其船舶監(jiān)管的功能，同時(shí)也能從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出實(shí)現(xiàn)船舶歷史定位查詢和軌跡回放。

3 兩者比較

3.1 通信協(xié)議

AIS監(jiān)控協(xié)議是國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)格式采用NMEA語(yǔ)句符合IEC61162-1和ITU1371-1協(xié)議，因此，AIS通用性很強(qiáng)，不存在兼容性問(wèn)題。船舶安裝了AIS設(shè)備，無(wú)論用哪個(gè)AIS系統(tǒng)，只要在岸站覆蓋范圍內(nèi)，都能夠被監(jiān)控，同時(shí)也便于以后系統(tǒng)間整合和數(shù)據(jù)交互。

GPS監(jiān)控系統(tǒng)其數(shù)據(jù)格式、封包方法等通信協(xié)議一般是由建設(shè)單位根據(jù)需求自行制定，國(guó)家沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，GPS監(jiān)控系統(tǒng)只能是某個(gè)單位或某個(gè)行業(yè)內(nèi)部的監(jiān)控系統(tǒng)，各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)之間互不兼容，所以其應(yīng)用范圍相當(dāng)狹窄，無(wú)法打破單位或行業(yè)之間的限制。但隨著相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，如長(zhǎng)三角地區(qū)運(yùn)輸船舶GPS數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，不同的GPS監(jiān)控系統(tǒng)間也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3.2 系統(tǒng)建設(shè)

AIS設(shè)備最初用于沿海VTS監(jiān)控，海船的船位通過(guò)岸基AIS基站獲取的，在開闊無(wú)遮擋的情況下其覆蓋范圍僅限于離海岸50海里以內(nèi)，而內(nèi)河水道彎曲遮擋物多，要想實(shí)現(xiàn)整段水域全覆蓋就必須建設(shè)很多基站，這樣系統(tǒng)建設(shè)難度很大，后期維護(hù)成本也很高。而GPS監(jiān)控利用移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)，很好地解決終端信號(hào)覆蓋的問(wèn)題，因此其系統(tǒng)建設(shè)和后期維護(hù)費(fèi)用要低得多，而且實(shí)施起來(lái)相比較為容易。

3.3 使用成本

AIS使用自己VHF通信網(wǎng)絡(luò)，無(wú)運(yùn)營(yíng)商，無(wú)任何使用費(fèi)用，但是對(duì)設(shè)備本身要求較高，且需通過(guò)中國(guó)船級(jí)社的認(rèn)證，價(jià)格昂貴。而普通GPS終端對(duì)處理能力要求不高，其設(shè)備費(fèi)用低廉，通常只有AIS設(shè)備的1/4甚至更低，船岸通信依托于運(yùn)營(yíng)商無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，因此使用GPS監(jiān)控設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的費(fèi)用，按照數(shù)據(jù)流量收費(fèi)，但隨著通信資費(fèi)越來(lái)越便宜，正常情況設(shè)備使用的流量套餐費(fèi)用目前也僅為5-10元/月，其綜合使用成本要遠(yuǎn)小于AIS設(shè)備。

3.4 通訊網(wǎng)絡(luò)

AIS使用2個(gè)VHF頻道進(jìn)行通訊，屬于專網(wǎng)通訊，不受公網(wǎng)的影響，通信的質(zhì)量有保證，同一基站覆蓋范圍內(nèi)能夠同時(shí)容納幾百艘船舶的通信，但其帶寬較窄且受基站影響覆蓋范圍有限。GPS終端容易在接入基站繁忙或通訊信號(hào)較弱時(shí)產(chǎn)生信道阻塞，造成信息的延時(shí)、丟包甚至終端掉線，但其組網(wǎng)靈活，接入帶寬可隨監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模的增大容易被擴(kuò)容，同時(shí)GPS終端使用范圍不受地理?xiàng)l件影響，只要在運(yùn)營(yíng)商信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)即可。

3.5 推廣難易程度

AIS是船檢規(guī)范規(guī)定必須安裝的設(shè)備，內(nèi)河航行500總噸以上的船舶均要求配備AIS終端，監(jiān)控部門只需建設(shè)AIS接收基站即可獲得船舶監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。而GPS終端它不是規(guī)范要求安裝的設(shè)備，強(qiáng)制推廣安裝易引發(fā)船員抵觸，船舶監(jiān)管部門通過(guò)GPS監(jiān)控與行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，以提升服務(wù)能力為出發(fā)點(diǎn)，如蘇北運(yùn)河“一票通”服務(wù)，把GPS監(jiān)控與傳統(tǒng)過(guò)閘業(yè)務(wù)相結(jié)合，通過(guò)流程再造，實(shí)現(xiàn)了安裝GPS終端的船舶在蘇北運(yùn)河“一次登記、全程服務(wù)”快速過(guò)閘業(yè)務(wù)，既提升了服務(wù)水平，又達(dá)到了行業(yè)監(jiān)管的目的，同時(shí)也得到了船員的認(rèn)可，都主動(dòng)申請(qǐng)安裝，其設(shè)備使用率、在線率也遠(yuǎn)高于同類系統(tǒng)。

3.6 內(nèi)河適用性

AIS作用是避免船舶碰撞、保障生命安全、減少財(cái)產(chǎn)損失，解決了船岸信息傳輸這個(gè)大難題，實(shí)現(xiàn)船岸信息聯(lián)網(wǎng)、船舶信息共享，但由于海運(yùn)與內(nèi)河水運(yùn)的基礎(chǔ)條件不同，AIS在內(nèi)河應(yīng)用存在局限性。海上船舶航行只需確定航線，水面開闊定點(diǎn)轉(zhuǎn)向即可，車、舵設(shè)定后可以幾小時(shí)不變，與他船會(huì)讓少且距離遠(yuǎn)；內(nèi)河航道彎、淺、窄，且變化多，支叉、邊灘、淺灘及各類水上設(shè)施多，再加之不同水位期的變化，航道條件極為復(fù)雜，內(nèi)河船舶之間近距離航行、近距離會(huì)讓避碰操縱極為平常，船距都是以米為單位計(jì)，特別在繁忙航道、港區(qū)等船舶密集區(qū)，AIS避碰提示過(guò)多就會(huì)干擾駕駛員操縱船舶，因此AIS在內(nèi)河航道特別是二級(jí)及以下航道僅僅只起到船岸聯(lián)網(wǎng)和信息共享的作用。其次，AIS設(shè)計(jì)初衷是服務(wù)于海運(yùn)需求，工作頻率選用了162MHZ左右的2個(gè)頻點(diǎn)，收發(fā)同頻，帶寬25KHZ，屬于視距傳播無(wú)線電，對(duì)于遮擋比較敏感，因此將其應(yīng)用于內(nèi)河，受帶狀曲折水域和建筑、樹木遮擋的影響，距離將遠(yuǎn)小于海上應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，在內(nèi)河航道，正常天氣情況下，標(biāo)準(zhǔn)B類船臺(tái)2W發(fā)射功率，極限距離為13-14海里，因而其岸站密度要高于海運(yùn)。同時(shí)其傳輸帶寬很窄，很難擴(kuò)展其他業(yè)務(wù)應(yīng)用。第三，AIS門檻要求很高，盡管內(nèi)河使用的B類設(shè)備比A類要簡(jiǎn)單，無(wú)需外接外置GPS、羅經(jīng)，雙路供電等要求，但相比其他電子設(shè)備，其需求有限，配套的無(wú)線通信、基帶處理等都沒(méi)有成型的模塊方案可以采用，加上它較為特殊的調(diào)試方案，符合標(biāo)準(zhǔn)的AIS設(shè)備成本一直居高不下，對(duì)于大量?jī)?nèi)河航運(yùn)的船舶來(lái)說(shuō)，動(dòng)輒上萬(wàn)元的價(jià)格也難起承受。同時(shí)設(shè)備對(duì)使用人員也有較高的要求，目前內(nèi)河船員文化層次和海員相比還有很大的差距。第四，隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成和推廣使用，今后越來(lái)越多的終端將使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由于AIS采用的是國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此很難兼容北斗導(dǎo)航，而GPS監(jiān)控僅需要把GPS模塊更換成北斗模塊，甚至可以實(shí)現(xiàn)兩者并存。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鑒于內(nèi)河水運(yùn)的復(fù)雜性，相對(duì)于AIS監(jiān)控而言，基于通信網(wǎng)絡(luò)GPS監(jiān)控在實(shí)現(xiàn)成本、功能擴(kuò)展、內(nèi)河適用性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，也更能體現(xiàn)內(nèi)河船舶管理與服務(wù)一體化的需求。隨著今后GPS監(jiān)控行業(yè)規(guī)范的制定以及地區(qū)間平臺(tái)傳輸標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，同時(shí)把這種GPS監(jiān)控與行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，通過(guò)功能拓展逐步提升服務(wù)能力，其生命力是不言而喻的。

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[3]李宇（青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院）.《AIS在航海中的應(yīng)用及展望》.

[3]熊志輝（岳陽(yáng)海事局）.《淺談提升AIS內(nèi)河安裝率、在線率》.

①B級(jí)AIS設(shè)備數(shù)據(jù)交換發(fā)送的靜態(tài)信息如MMSI、船名、船舶類型、船長(zhǎng)船寬等，動(dòng)態(tài)信息如經(jīng)緯度、航速、航向等。