淺析E—航?？蚣芟碌拇耙郊夹g(shù)

張智超

摘要：隨著航運(yùn)業(yè)不斷發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)船舶引航的智能化、更好地將E-引航納入E-航?？蚣?，是當(dāng)下的研究課題。本文以洋山E-航海示范工程為例，對(duì)智能導(dǎo)航儀、引航操作系統(tǒng)等引航項(xiàng)目產(chǎn)品進(jìn)行介紹，并對(duì)其進(jìn)一步的優(yōu)化進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： E-航海 船舶引航 智能導(dǎo)航儀 引航操作系統(tǒng)

隨著船舶向大型化、專業(yè)化、高速化方向發(fā)展，引航手段的智能化已經(jīng)逐漸成為船舶引航的實(shí)際需求?？茖W(xué)引航、智慧引航與E-航海理念一脈相承，因此，實(shí)現(xiàn)智慧引航的關(guān)鍵就是將E-引航納入E-航海框架體系，把有關(guān)信息系統(tǒng)整合到統(tǒng)一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息資源的高度共享。

1 E-航海與船舶引航狀況概述

1.1 E-航海概念

E-航海是通過電子的方式，在船上和岸上，收集綜合和顯示海事信息，以增強(qiáng)船舶泊位到泊位的全程航行能力、相應(yīng)的海上服務(wù)安全能力以及海洋環(huán)境保護(hù)能力。E-航海是信息的集成，實(shí)質(zhì)是將海事相關(guān)信息進(jìn)行協(xié)調(diào)、收集、整合、交換及顯示的一個(gè)過程。

E-航海系統(tǒng)架構(gòu)建設(shè)以用戶需求為導(dǎo)向，主要組成包括船端系統(tǒng)、岸基系統(tǒng)以及導(dǎo)航與通信基礎(chǔ)設(shè)施。船端系統(tǒng)以船載導(dǎo)航系統(tǒng)為核心，包括高度完好的電子定位、電子海圖和減少人為錯(cuò)誤的分析與預(yù)警能力；岸基系統(tǒng)集成所有可用的岸基船舶交通管理和相關(guān)服務(wù)系統(tǒng)，以便于岸基操作人員理解和使用的方式提供各種信息數(shù)據(jù)、導(dǎo)航與通信基礎(chǔ)設(shè)施可以增強(qiáng)管理部門和船舶之間信息的無縫傳輸。

E-航海系統(tǒng)的功能是多方面的，對(duì)于船舶引航來說，它可以提供船舶輔助引航服務(wù)。通過提供精確定位、精密船舶位置預(yù)測(cè)、船舶操作協(xié)調(diào)工具、航道物標(biāo)的精確感知等手段，以及船岸之間助航信息實(shí)時(shí)通信，為船舶引航提供服務(wù)，從而提高航道通航尺度，保障船舶安全。

1.2 船舶引航發(fā)展現(xiàn)狀及引航服務(wù)需求

長(zhǎng)期以來引航員一直采用目視瞭望助航標(biāo)志等傳統(tǒng)引航方式來確定船舶是否航行在航道中，但傳統(tǒng)方式往往受天氣狀況和能見度等條件影響，使得引航方式受到很大限制?？茖W(xué)進(jìn)步和技術(shù)發(fā)展為船舶引航提供了更好的解決方法，引航方式的現(xiàn)代化、智能化是船舶安全駕駛的迫切需求和技術(shù)進(jìn)步的必然趨勢(shì)，也是船舶引航管理工作的方向。

目前，船舶自主進(jìn)港和引航進(jìn)港存在的問題，是缺乏能及時(shí)獲取全面助航信息智能化的助航系統(tǒng)。E-航海用戶需求分析表明，船舶港口引航用戶希望能夠提供智能綜合船舶導(dǎo)助航輔助手段，為船舶提供智能引航服務(wù)。

2 洋山港E-航海實(shí)踐中船舶引航項(xiàng)目應(yīng)用

上海國(guó)際航運(yùn)中心和上海自貿(mào)區(qū)建設(shè)納入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，依托洋山港的港口和航運(yùn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展成為深化國(guó)家戰(zhàn)略的重要支撐。提高和改善洋山港區(qū)在能見度不良條件下大型集裝箱船舶航行和離靠泊的助航安全保障條件，為引航員提供助航保障支持，尤為急迫和重要。

洋山E-航海示范平臺(tái)作為中國(guó)首個(gè)E-Navigation示范平臺(tái)，在船舶引航相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)方面做了大量工作。目前，研發(fā)、推廣的智能導(dǎo)航儀和引航操作系統(tǒng)，提升了保障大型集裝箱船舶能見度不良天氣條件下進(jìn)出上海洋山港通航安全的航海保障技術(shù)支持能力，可以為實(shí)船航行和靠泊過程中操作基于GIS的航海保障應(yīng)用軟件和通信、定位硬件提供益于航行安全的各類助導(dǎo)航服務(wù)的信息。

2.1 大型船舶的引航靠泊輔助系統(tǒng)——船舶智能導(dǎo)航儀

船舶智能導(dǎo)航儀是基于北斗CORS系統(tǒng)的船舶智能導(dǎo)航儀，深度結(jié)合網(wǎng)絡(luò)VRS、AIS技術(shù)、現(xiàn)代無線通信和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)而提出的一種先進(jìn)的適用于大型船舶的引航靠泊輔助系統(tǒng)，集船舶航行服務(wù)模式和精準(zhǔn)靠泊模式為一體，旨在提高和改善在能見度不良條件下大型集裝箱船舶航行和離靠泊的助航安全保障條件。

該設(shè)備由引航員攜帶至船上，放置在船舶的左、右舷，并設(shè)置本船的相應(yīng)參數(shù)就能自動(dòng)快速計(jì)算船舶移動(dòng)數(shù)據(jù)，為引航員靠離泊操縱時(shí)提供厘米級(jí)高精度的船位信息、船舶移動(dòng)速度和船首、船尾與碼頭的距離等輔助靠泊信息，并將這些數(shù)據(jù)通過Wi-Fi發(fā)送到手持便攜式終端，從而有效提高了船舶靠港的工作效率和作業(yè)安全性。

“智能導(dǎo)航儀”由主機(jī)、副機(jī)和IPAD軟件系統(tǒng)顯示終端三部分組成。主要功能包括：

（1）兼容北斗、GPS兩種定位模式，本船實(shí)時(shí)高精度定位；

（2）實(shí)時(shí)它船動(dòng)態(tài)監(jiān)控（兼容AIS船載終端、北斗船載終端和固態(tài)雷達(dá)小物標(biāo)數(shù)據(jù)）；

（3）多種通信鏈路獲取實(shí)時(shí)水文氣象信息和特殊天氣預(yù)報(bào)預(yù)警；

（4）多種通信鏈路獲取航道通航安全和港口生產(chǎn)管理信息；

（5）電子海圖數(shù)據(jù)下載更新；

（6）直觀的航行服務(wù)和精準(zhǔn)靠泊模式軟件系統(tǒng)，提供更人性化應(yīng)用顯示界面。

船舶智能導(dǎo)航儀充分利用北斗CORS系統(tǒng)厘米級(jí)的高精度定位的優(yōu)勢(shì)，為夜航、霧航情況下的船舶提供高精度定位、導(dǎo)航和安全靠泊的技術(shù)支持，保障船舶始終航行在安全可航水域，有力地推動(dòng)大型集裝箱船舶在洋山深水港區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)安全快速進(jìn)出港及靠離泊，對(duì)提高洋山港的港口運(yùn)營(yíng)水平、提高貨物吞吐量、提升服務(wù)能級(jí)具有重要意義。

2.2 綜合信息管理平臺(tái)——引航操作系統(tǒng)

引航操作系統(tǒng)是基于上海港引航站對(duì)上海洋山港能見度不良大型集裝箱船舶航海保障建設(shè)需求開發(fā)的操作系統(tǒng)，包括航行服務(wù)和精準(zhǔn)靠泊模式、助航服務(wù)信息推送、航行計(jì)劃及預(yù)警信息。

引航操作系統(tǒng)軟件當(dāng)前已實(shí)現(xiàn)的主要功能：

（1）智能導(dǎo)航儀航行服務(wù)及精準(zhǔn)靠泊模式所有信息顯示。含多種輔助功能應(yīng)用，如：多窗口顯示、羅經(jīng)圈、固定距標(biāo)圈、EBL、測(cè)距和晝夜模式等；

（2）電子海圖（含洋山港深水航道和碼頭大比例尺電子海圖）顯示，支持3種海圖顯示模式和2種符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)；

（3）S-57電子海圖在線下載更新；

（4）洋山港深水航道和港區(qū)重要航段或轉(zhuǎn)向點(diǎn)氣象和水文潮流及能見度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示；

（5）北斗船載終端漁船位置信息顯示服務(wù)；

（6）接收AIS岸基站播發(fā)差分GPS船舶定位服務(wù)；

（7）接收顯示碼頭指泊儀位置和顯示AIS航標(biāo)位置信息；

（8）進(jìn)出洋山港深水航道和長(zhǎng)江口深水航道的各類大型船舶航行計(jì)劃預(yù)告信息顯示；

（9）進(jìn)入上海洋山港警戒區(qū)各類船舶交匯預(yù)告信息顯示；

（10）基于4G/3G無線網(wǎng)絡(luò)的船端與岸端即時(shí)通信服務(wù)，可接收上海港引航站（洋山分站）調(diào)度室發(fā)送的指令和提醒，或反饋船端響應(yīng)信息；

（11）預(yù)留可擴(kuò)展北斗CORS高精度定位數(shù)據(jù)應(yīng)用接口。

3 E-航?？蚣芟麓耙巾?xiàng)目的優(yōu)化

3.1 智能導(dǎo)航儀的完善改進(jìn)

智能導(dǎo)航儀是洋山港E-航海項(xiàng)目重要產(chǎn)品之一，目前仍處于試驗(yàn)階段，用戶了解較少。與船載多普勒靠泊儀相比：“智能導(dǎo)航儀”能夠提供航行服務(wù)模式和精準(zhǔn)靠泊模式及其他加載助航信息顯示服務(wù)；軟件系統(tǒng)界面除可顯示本船靠泊移動(dòng)速度以外，還增加實(shí)時(shí)顯示船頭、船尾距離碼頭泊位的垂直距離，方便引航員靠泊作業(yè)時(shí)直觀評(píng)估；可以圖形化直觀地、實(shí)時(shí)選擇地顯示本船及周圍船舶的各類安全助航服務(wù)信息，實(shí)現(xiàn)電子海圖數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)更新，提高海圖數(shù)據(jù)應(yīng)用效率；可由引航員隨身攜帶，現(xiàn)場(chǎng)快速調(diào)試安裝。

根據(jù)對(duì)實(shí)船應(yīng)用測(cè)試結(jié)果的分析，智能導(dǎo)航儀后續(xù)實(shí)施中將逐步完成：軟件系統(tǒng)可在精準(zhǔn)靠泊模式中添加部分語音提示報(bào)警，增加電子海圖數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新和各類助航服務(wù)信息實(shí)時(shí)推送等功能；軟件系統(tǒng)顯示終端與引航操作系統(tǒng)進(jìn)行功能整合；定制相應(yīng)的主副機(jī)和鋰電池組攜帶包，方便引航員攜帶；編制軟件系統(tǒng)操作使用手冊(cè)，開展設(shè)備應(yīng)用專業(yè)技能培訓(xùn)，提高軟件和設(shè)備使用效率。

3.2 引航操作系統(tǒng)的完善改進(jìn)

根據(jù)對(duì)實(shí)船應(yīng)用測(cè)試結(jié)果的分析，引航操作系統(tǒng)后續(xù)實(shí)施中將逐步完成：AIS船舶的船型進(jìn)一步優(yōu)化，Class A和Class B以不同船型顯示，并可以顏色區(qū)分不同船舶類型；優(yōu)化AIS的他船船位在海圖上的疊加顯示方式；優(yōu)化船舶靜態(tài)電文快速更新信息顯示；優(yōu)化精準(zhǔn)靠泊模式算法，進(jìn)一步核算出船尾距離碼頭泊位的距離；實(shí)現(xiàn)通過AIS將流速流向接入引航操作系統(tǒng)。

在E-航?？蚣芟?，圍繞引航作業(yè)保障需求，加強(qiáng)引航項(xiàng)目產(chǎn)品的研發(fā)、推廣、應(yīng)用，為船舶在港口各航道水域航行提供智能引航服務(wù)，是船舶引航的發(fā)展方向。