虛擬航標(biāo)的作用與應(yīng)用前景

江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海技術(shù)系 陳金福

傳統(tǒng)航標(biāo)的作用是供船舶進(jìn)行定位、導(dǎo)航和避險(xiǎn)，是船舶安全航行不可或缺的助航設(shè)施。然而在航海實(shí)際中，傳統(tǒng)意義上的航標(biāo)也顯露出一些不足，主要表現(xiàn)在使用維護(hù)成本高、占用航道、航標(biāo)設(shè)置上的困難等方面。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System , AIS） 和 電 子海圖和信息顯示系統(tǒng)（Electronic Chart Display and Information System，ECDIS）在船上的廣泛使用，虛擬航標(biāo)逐漸進(jìn)入航海者的視野。

一、虛擬航標(biāo)的產(chǎn)生背景

為了更有效地防止船舶之間的碰撞和加強(qiáng)水上交通安全管理，早在2000年AIS就被應(yīng)用在船上，其強(qiáng)大的信息顯示功能極大地提高了船舶避碰效果和交通管理效率，因此，國際海事組織(IMO)已經(jīng)決定自2002年7月1日起至2008年7月1日止，從事國際航行的300總噸及以上和從事國內(nèi)航行的500總噸及以上的船舶應(yīng)分段陸續(xù)強(qiáng)制安裝船載自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)[1]。

AIS是在VHF（甚高頻）海上移動(dòng)頻段采用時(shí)分多址接入（Time Division Multiple Access，TDMA）技術(shù)，自動(dòng)廣播和接收船舶靜態(tài)信息、動(dòng)態(tài)信息、航次信息和安全消息，實(shí)現(xiàn)船舶識(shí)別、監(jiān)視和通信的系統(tǒng)[1]。這是一種雙向自主識(shí)別系統(tǒng)。后來，這種技術(shù)逐漸被應(yīng)用于航標(biāo)，這就是在燈塔、燈船等大型航標(biāo)上加裝帶有衛(wèi)星定位系統(tǒng)的AIS設(shè)備。加裝此設(shè)備以后，大大加強(qiáng)了航標(biāo)功能，主要表現(xiàn)在：一是便于航標(biāo)管理，例如監(jiān)測(cè)航標(biāo)設(shè)備的工作性能、遙控?fù)Q泡機(jī)工作、控制航標(biāo)燈的工作等；二是有利于對(duì)航標(biāo)的識(shí)別與監(jiān)控，由于AIS信號(hào)的全天候和即時(shí)性，與雷達(dá)相比，使得船舶更容易識(shí)別航標(biāo)的位置、編號(hào)、類型等信息，對(duì)于浮動(dòng)標(biāo)志而言，一旦發(fā)生漂移、滅失，馬上就能被岸站所發(fā)現(xiàn)，便可及時(shí)告知周圍船舶和航標(biāo)管理部門。還有，可以通過設(shè)定警戒圈或安全距離的方法，提醒船舶與航標(biāo)保持一定的安全距離等等。

然而，在所有的航標(biāo)上安裝AIS設(shè)備，既不可能也不現(xiàn)實(shí)。如同雷達(dá)一樣，實(shí)體航標(biāo)即使并未被視覺所看到，但其回波信號(hào)也可以清楚地顯示在雷達(dá)屏幕或電子海圖上，實(shí)現(xiàn)船舶定位與導(dǎo)航。對(duì)AIS而言，通過其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，產(chǎn)生一個(gè)虛擬航標(biāo)信號(hào)，同樣可以顯示在電子海圖上，盡管人們的視覺并未看到真正的航標(biāo)。這就是所謂的虛擬航標(biāo)。

二、虛擬航標(biāo)的特點(diǎn)

上述的將AIS信號(hào)加裝在航標(biāo)系統(tǒng)，此類航標(biāo)統(tǒng)稱為AIS航標(biāo)，通常將AIS航標(biāo)分為以下三類[1-2]：

(一) AIS真實(shí)航標(biāo)

此類航標(biāo)是在原來的實(shí)體航標(biāo)上加裝AIS設(shè)備的航標(biāo)。

(二) AIS仿真航標(biāo)

此類航標(biāo)具有航標(biāo)實(shí)體，但其上并沒有裝有AIS設(shè)備，其在電子海圖上顯示的信號(hào)是通過附近的AIS站臺(tái)發(fā)出的。此類航標(biāo)分為兩種，即監(jiān)控仿真航標(biāo)和預(yù)報(bào)仿真航標(biāo)。監(jiān)控仿真航標(biāo)與AIS站之間有通信鏈路，通過航標(biāo)與AIS站臺(tái)之間的通信鏈路確定航標(biāo)的位置與狀態(tài)信息；預(yù)報(bào)仿真航標(biāo)與AIS站臺(tái)沒有聯(lián)系，顯示的信息是固定的，航標(biāo)不受監(jiān)控，其位置與狀態(tài)得不到確認(rèn)。目前，浮標(biāo)一般采用監(jiān)控仿真航標(biāo)。

(三) AIS虛擬航標(biāo)

此類就是通常所說的虛擬航標(biāo)，不具有航標(biāo)實(shí)體，只是在顯示器上規(guī)定的位置顯示AIS航標(biāo)信息，實(shí)際位置沒有實(shí)體航標(biāo)，相關(guān)信息也會(huì)清楚地標(biāo)識(shí)出這種航標(biāo)。

虛擬航標(biāo)具有以下一些功能和特點(diǎn)：

1.設(shè)置簡單快捷

在需要時(shí)可以快速設(shè)置虛擬航標(biāo)，避免由于實(shí)體航標(biāo)沒有及時(shí)設(shè)置而給船舶航行帶來困難，并導(dǎo)致安全事故。

2.降低航標(biāo)成本

由于不存在實(shí)體航標(biāo)，虛擬航標(biāo)幾乎不需要什么成本。這樣就大大降低了航標(biāo)的使用維護(hù)成本。

3.航標(biāo)穩(wěn)定性高

虛擬航標(biāo)基本不受外界因素的影響，如碰撞、水文氣象、人為破壞等，全天候向船舶提供航標(biāo)準(zhǔn)確信息。

4.適應(yīng)性強(qiáng)

虛擬航標(biāo)的設(shè)置不受地理環(huán)境的影響，故凡是實(shí)體航標(biāo)設(shè)置起來有困難的重要水域都可以設(shè)置虛擬航標(biāo)。

5.節(jié)能環(huán)保

實(shí)體航標(biāo)需要消耗大量的能源，同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊電池等，造成環(huán)境污染，虛擬航標(biāo)就可以完全避免。

當(dāng)然，虛擬航標(biāo)也并非十全十美，其缺陷主要表現(xiàn)為：

（1）虛擬航標(biāo)可靠性、穩(wěn)定性主要取決與AIS和ECDIS。所以要求整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全可靠。

（2）船舶必須都安裝有AIS和ECDIS，而且必須在正常工作狀態(tài)下，否則虛擬航標(biāo)就失去意義。

（3）視覺導(dǎo)航方面的問題。船舶駕駛員一旦離開AIS和ECDIS，虛擬航標(biāo)的定位導(dǎo)航功能就無法發(fā)揮作用，影響到船舶的航行安全。特別在一些復(fù)雜水域和陌生環(huán)境，更容易出現(xiàn)安全事故。還有，由于沒有實(shí)體航標(biāo)，可能造成駕駛員視覺上的誤差而導(dǎo)致船舶偏離航道。對(duì)于那些非AIS用戶，實(shí)體航標(biāo)又不可或缺。

因此，從目前實(shí)際情況來看，虛擬航標(biāo)并不能完全替代實(shí)體航標(biāo)。

三、虛擬航標(biāo)的作用

(一) 虛擬航標(biāo)在應(yīng)急方面的作用

由于虛擬航標(biāo)設(shè)置的簡單快捷的特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)實(shí)體航標(biāo)設(shè)置在時(shí)間上的延緩，特別是當(dāng)航標(biāo)發(fā)生碰撞、移位、滅失情況下，或者在發(fā)生沉船，需要馬上設(shè)置應(yīng)急沉船示位標(biāo)的情況下，更體現(xiàn)出虛擬航標(biāo)的價(jià)值。

2007年2月，前蘇聯(lián)的“維京”級(jí)潛艇，在拖帶前往曼谷途中，因天氣等原因，拖纜崩斷而沉入丹麥沿海Jyske Rev附近水域，嚴(yán)重影響其他船舶正常航行，丹麥當(dāng)局準(zhǔn)備立即著手設(shè)置新危險(xiǎn)物標(biāo)[3]。無奈海面風(fēng)大浪高，加上觀測(cè)定位需要時(shí)間，設(shè)置起來難度較大。最后決定在沉船位置設(shè)置一名為“新沉船，深度未知”的虛擬航標(biāo)，并通過AIS自動(dòng)發(fā)布相應(yīng)的航海警告，這次設(shè)置也是虛擬航標(biāo)的一個(gè)突破。

事實(shí)證明，在隨后的航行中，所有船舶都自覺地避開了這一水域，保持了船舶交通的安全暢通。

(二) 虛擬航標(biāo)在復(fù)雜水域的作用

在船舶交通流量大、交通流復(fù)雜、水情復(fù)雜、水域范圍小等復(fù)雜水域，實(shí)體航標(biāo)的設(shè)置往往受到限制，由于虛擬航標(biāo)不受水域環(huán)境的限制，設(shè)置虛擬航標(biāo)有其明顯的優(yōu)越性。

2007年4月1日青島港船舶定線制正式實(shí)施。定線制方案中要求在交通流特別復(fù)雜的團(tuán)島口附近設(shè)置以0.6 n mile為半徑的圓弧形水域作為警戒區(qū)。同時(shí)，為了使船舶更好地遵守分道通航，需在第1警戒區(qū)內(nèi)設(shè)置航標(biāo)。但由于該處水域船舶流量大，交通流復(fù)雜，設(shè)實(shí)體航標(biāo)會(huì)影響到船舶正常航行，最后經(jīng)反復(fù)研究討論，并經(jīng)各方專家論證，決定在此設(shè)置虛擬航標(biāo)。自定線制實(shí)施以來，通過VTS及AIS監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，過往船舶均能以虛擬航標(biāo)為轉(zhuǎn)向點(diǎn)按規(guī)定航法航行[4]。

(三) 在重要水域起警示作用

在一些重要的水域，可以直接將虛擬航標(biāo)設(shè)置在航路點(diǎn)上，以提醒駕駛員轉(zhuǎn)向或者報(bào)告，而且對(duì)航行不構(gòu)成威脅。

圖1 用虛擬航標(biāo)設(shè)置航路點(diǎn)

如圖1所示，設(shè)置航路點(diǎn)后，可以提醒西南方向過來的船舶駛經(jīng)此處應(yīng)轉(zhuǎn)向偏北方向航行，避免因疏忽大意，未及時(shí)轉(zhuǎn)向而駛向前方淺灘擱淺。

(四) 利用虛擬航標(biāo)設(shè)置航道邊界

在狹窄水域，設(shè)置實(shí)體航標(biāo)可能導(dǎo)致礙航，可以利用虛擬航標(biāo)來標(biāo)示航道邊界或分割線；也可以在航道外設(shè)置一定寬度的小型船通道，其外邊界用虛擬航標(biāo)來標(biāo)示，實(shí)現(xiàn)大小船分流，這種情況比較適合內(nèi)河水域，如圖2所示。

圖2 利用虛擬航標(biāo)設(shè)置航道邊界

中國的內(nèi)河水運(yùn)資源十分豐富，但是航道條件比較復(fù)雜，多數(shù)航道存在淺窄彎的特點(diǎn)，航標(biāo)配布復(fù)雜，而且隨著枯洪水位的變化，航標(biāo)位置的變動(dòng)頻繁，如果利用虛擬航標(biāo)，將大大簡化航標(biāo)配布的復(fù)雜性，而且航標(biāo)位置的變動(dòng)通過電腦就可操作。

當(dāng)然，虛擬航標(biāo)的作用不只以上幾方面，例如臨時(shí)性的設(shè)標(biāo)、標(biāo)與標(biāo)間增設(shè)新標(biāo)、引導(dǎo)標(biāo)志等，虛擬航標(biāo)都能發(fā)揮出其顯著作用。

四、虛擬航標(biāo)的應(yīng)用前景

由于虛擬航標(biāo)的高效、節(jié)能、環(huán)保，其作用將越來越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，未來具有廣闊的發(fā)展空間。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，AIS和ECDIS的功能不斷完善和普及應(yīng)用，以及航海需求的不斷提高，虛擬航標(biāo)將發(fā)揮越來越大的作用。

2010年1月，國際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA）在IALA總部法國圣日耳曼舉行了一個(gè)虛擬航標(biāo)研討會(huì)。與會(huì)者英國代表Nick Ward先生提到了虛擬航標(biāo)甚至可以用于標(biāo)示海上高速公路或海上電子高速公路[5]。也就是說海上的所有推薦航線都可以用虛擬航標(biāo)表示出來，可以設(shè)想，未來的海上通道就可以類似于陸地交通，船舶可以根據(jù)需要自由選擇最佳航線，在航行過程中，可以及時(shí)收看虛擬航標(biāo)信息，根據(jù)信息及時(shí)修正船位航向等等，航行安全保障得以大大提高。

通過虛擬航標(biāo)的覆蓋，也大大有利于船舶的自動(dòng)導(dǎo)航。

五、結(jié)語

虛擬航標(biāo)的出現(xiàn)無疑對(duì)航標(biāo)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用起到巨大推動(dòng)作用，但也存在著一系列的問題，特別對(duì)虛擬航標(biāo)的規(guī)范性、法律性問題，目前還處于探討之中。未來，虛擬航標(biāo)是否能夠完全取代實(shí)體航標(biāo)，虛擬航標(biāo)與實(shí)體航標(biāo)究竟以哪一類為主都有待于探討。

[1]劉德新等. 航海學(xué)[M]，人民交通出版社，2012(5).

[2]黃艷玉等.虛擬航標(biāo)及其應(yīng)用[J].航海技術(shù),2009(4).

[3]方英豪,劉世江.AIS虛擬航標(biāo)的可行性[J].中國水運(yùn),2007(6).

[4] http://www.hydro.gov.cn.

[5]國際航標(biāo)協(xié)會(huì). 國際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA）海上浮標(biāo)制度推薦標(biāo)準(zhǔn)，1980.11.