海上無線電通信計(jì)劃的現(xiàn)狀和發(fā)展

范靜麗 趙曉非

摘 要：海上無線電通信計(jì)劃（MRCP）是協(xié)助電子導(dǎo)航和全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)（GMDSS）所需的無線電通信系統(tǒng)，并為支持電子導(dǎo)航、GMDSS和海洋自治系統(tǒng)的發(fā)展做出預(yù)測。本文以此為背景，介紹了目前海上無線電通信情況和存在的問題，同時(shí)，提供了關(guān)于其未來發(fā)展的一些思考和建議。

關(guān)鍵詞：海上無線電通信計(jì)劃 e-Navigation 數(shù)據(jù)通信

海上無線電通信計(jì)劃（MRCP）由國際海上助航和燈塔管理協(xié)會(huì)（IALA）開發(fā)，該計(jì)劃旨在實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)全球?qū)Ш较到y(tǒng)；促進(jìn)航運(yùn)的安全、高效運(yùn)行，同時(shí)協(xié)調(diào)國際海事組織（海事組織）、國際水道測量組織（IHO）、國際電工委員會(huì)（IEC）和國際電信聯(lián)盟（ITU）等，共同解決新興導(dǎo)航技術(shù)、水文和船舶交通管理問題。

1.背景

數(shù)字通信越來越滲透到我們的日常生活中，而基于文本或圖像的通信。地理空間定位等更快、更完整的通信解決方案的需求也在快速增長。

目前，幾乎所有的電子導(dǎo)航都依賴于高效的船舶、船岸或岸線電子數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)有的通信系統(tǒng)在許多地方可以滿足這些需要，但仍需要新方法來實(shí)現(xiàn)電子導(dǎo)航的全部潛力。在許多情況下，對(duì)于通信系統(tǒng)支持電子導(dǎo)航的性能要求（尤其是數(shù)據(jù)容量）是未知的，而且很可能隨著時(shí)間的推移而改變。所以，研究和分析用戶需求已勢在必行，以便更好地確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，以解決電子導(dǎo)航的問題，并促進(jìn)海洋環(huán)境的數(shù)字通信的發(fā)展。這為分析通信技術(shù)和提供在迅速變化的海洋環(huán)境中實(shí)施戰(zhàn)略指導(dǎo)的機(jī)會(huì)提供了基礎(chǔ)。

2.面臨的問題

2.1技術(shù)問題

從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變，從聲音到數(shù)據(jù)，為將來的無線電通信指明前進(jìn)的道路。一項(xiàng)實(shí)施數(shù)字通信技術(shù)的戰(zhàn)略，以及提供有效的設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施，是在傳遞信息時(shí)不需要用戶選擇一種備選數(shù)字通信技術(shù)；系統(tǒng)將根據(jù)可用的技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸所需的參數(shù)選擇最合適的方法來傳輸數(shù)據(jù)。

目前，海事部門無線電通信面臨的挑戰(zhàn)是，需要在全球范圍內(nèi)更多地傳遞更多的信息，這給頻譜的可用性帶來了壓力。作為一種有限的資源，頻譜在全球所有用戶的需求不斷增長。無線電頻譜是由ITU管理的，它不僅包括頻率，而且包括所使用的系統(tǒng)的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。這就要求國家行政當(dāng)局與ITU協(xié)調(diào)，以確保獲得無線電頻譜以支持電子導(dǎo)航通信技術(shù)，并爭取得到ITU成員國對(duì)MRCP的支持。

2.2操作問題

海上無線電通信在運(yùn)行環(huán)境中發(fā)生了許多新的挑戰(zhàn)，主要包括：e-Navigation的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)；對(duì)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）的廣泛依賴及其作用位置、e-Navigation態(tài)勢感知和通信所需的時(shí)間控制；以更高的能力水平來滿足日益發(fā)展的本地交通監(jiān)控方案和越來越嚴(yán)格的船舶交通服務(wù)；平衡傳統(tǒng)導(dǎo)航技能、電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）和綜合駕駛臺(tái)系統(tǒng)（IBS）等技術(shù)。

GNSS的引入使航行者能夠更安全地航行，但作為引入電子導(dǎo)航的一部分，還存在操作不當(dāng)使得電子導(dǎo)航組件失敗或被拒絕的現(xiàn)象。在采用任何通信技術(shù)之前，必須要解決專業(yè)人員的人為因素，例如安全、責(zé)任和注意義務(wù)等方面的培訓(xùn)。

3.現(xiàn)有通信系統(tǒng)技術(shù)

3.1數(shù)字選擇性呼叫（DSC）

DSC是一種使用數(shù)字代碼的技術(shù)，它使廣播電臺(tái)能夠與另一個(gè)電臺(tái)或一組電臺(tái)建立聯(lián)系，以便在中等到長距離的范圍內(nèi)進(jìn)行遇險(xiǎn)或一般通信。DSC主要用于在開始遇險(xiǎn)、緊急和安全通信之前，使用無線電話或MF/HF無線電話，在船到船、船到岸和岸上進(jìn)行遇險(xiǎn)報(bào)警、緊急和安全呼叫。目的是為了消除在船上的橋梁或岸上的人工監(jiān)視的需要，以監(jiān)測在遇險(xiǎn)和安全頻率上持續(xù)的無線電接收器。DSC是全球海上遇險(xiǎn)和安全系統(tǒng)（GMDSS）的一個(gè)組成部分。DSC還可用于呼叫單個(gè)電臺(tái)、電臺(tái)組或無線電范圍內(nèi)的所有電臺(tái)。每艘配備DSC的船舶或海岸站都被賦予一個(gè)獨(dú)特的9位數(shù)字海上移動(dòng)服務(wù)標(biāo)識(shí)（MMSI）。

3.2語音通信

為了更好的保障船舶的航行安全，方便岸臺(tái)與船舶之間的溝通和聯(lián)系，國家海事部門在船舶、岸船和船岸的運(yùn)作模式中，使用中頻/高頻無線電頻譜來實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。一般的語音通信發(fā)生在帶寬為1.6-26.5 MHz的波段，船舶根據(jù)距離可以在適合的頻道上呼叫岸臺(tái)，而岸臺(tái)根據(jù)國際SOLAS公約執(zhí)行24小時(shí)安全值守，通過岸臺(tái)轉(zhuǎn)線實(shí)現(xiàn)船舶的通信需求。

3.3數(shù)據(jù)通信

NBDP是一種將無線電信號(hào)自動(dòng)化的技術(shù)，是GMDSS的一個(gè)組成部分，可以作為基于文本的遇險(xiǎn)后續(xù)通信和船到船、船到岸和岸到船之間的通用通信，以克服語言上的困難。NBDP用于一般通信的使用正在減少，現(xiàn)在用于船舶的位置報(bào)告，并公布海岸電臺(tái)的氣象警報(bào)和預(yù)報(bào)。國際海事組織表示，NBDP可以作為GMDSS下的必要系統(tǒng)而被逐漸刪除。

3.4導(dǎo)航電傳（NAVTEX）

NAVTEX是一個(gè)國際性的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以即時(shí)發(fā)布海上安全信息（MSI），如航海警告、天氣預(yù)報(bào)和警告、搜索和救援通知以及類似的信息。NAVTEX接收器是一個(gè)小型的，低成本的獨(dú)立的智能打印無線電接收器。在使用518 kHz時(shí)，用英語廣播信息，而486khz和4209.5 kHz則用當(dāng)?shù)卣Z言和英語進(jìn)行廣播。這些消息是用一個(gè)頭代碼編碼的，該頭代碼通過使用alphabets來表示廣播電臺(tái)、消息類型，然后是兩個(gè)數(shù)字，顯示消息的序列號(hào)。廣播的時(shí)間由地區(qū)（NAVAREA）協(xié)調(diào)，以共享相同的頻率。

3.5自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）

AIS系統(tǒng)是船舶和岸上當(dāng)局使用的基于時(shí)分多址（TDMA）的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。AIS系統(tǒng)的主要目的是通過協(xié)助船舶的有效航行、環(huán)境保護(hù)和船舶交通服務(wù)（VTS）的運(yùn)作，以提高航行的安全性，滿足以船舶對(duì)船方式進(jìn)行避碰。AIS系統(tǒng)為船舶提供了一種手段，使船舶通過電子方式交換船舶數(shù)據(jù)，包括識(shí)別、位置、航向和其他附近船舶和岸上站點(diǎn)的速度，這些信息可以顯示在屏幕上。AIS系統(tǒng)的目的是協(xié)助船只的值班人員，并允許海事部門跟蹤和監(jiān)測船只的動(dòng)向。此外，AIS系統(tǒng)還可以根據(jù)應(yīng)用程序特定的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和安全相關(guān)的目的。

3.6應(yīng)急位置指示無線電信標(biāo)（EPIRB）

應(yīng)急無線電信標(biāo)是警報(bào)和跟蹤發(fā)射機(jī)，它有助于探測和定位船只、飛機(jī)和遇險(xiǎn)人員。同時(shí)也是GMDSS的一個(gè)組成部分。其功能包括：報(bào)警--載體遇到危險(xiǎn)時(shí)能夠自動(dòng)或人工發(fā)射遇險(xiǎn)報(bào)警。識(shí)別--發(fā)射的報(bào)警信號(hào)中含有識(shí)別信息，便于確定載體。定位--信號(hào)中含位置信息（GPS），或通過檢測其發(fā)射的信號(hào)計(jì)算出其位置（利用多譜勒效應(yīng)）。此外，還具備尋位功能。

4.海上無線電通信的未來發(fā)展

4.1數(shù)據(jù)通信方面

由于冰原的消退，極地地區(qū)的船只流量可能會(huì)增加，這可能會(huì)增加高頻通信的需求，因?yàn)榈厍蛲叫l(wèi)星不覆蓋這些區(qū)域。不同的系統(tǒng)操作人員正在使用3 kHz通道研究增加的數(shù)據(jù)率，以此提高數(shù)據(jù)的速度。

VHF用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用還沒有得到海事界的廣泛應(yīng)用。為此，國際電聯(lián)已向VHF海上移動(dòng)頻帶內(nèi)的VHF數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)提出了新建議ITU-RM .2092- 2，此建議中提到VHF數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)集成了VHF數(shù)據(jù)交換（VDE）、應(yīng)用特定信息（ASM）和VHF海上移動(dòng)頻帶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）的組成部分，并針對(duì)性地提供了ASM和VDE的技術(shù)特性。

4.2自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）方面

AIS系統(tǒng)并不是高速和大容量數(shù)據(jù)通信的理想選擇。然而，AIS是一個(gè)已證實(shí)的海事數(shù)據(jù)系統(tǒng)、船舶裝備和岸上基礎(chǔ)設(shè)施建立。未來的AIS渠道計(jì)劃應(yīng)至少考慮以下幾點(diǎn)：第一，安全航行的頻道：在美洲、亞洲和太平洋區(qū)域，AIS 1和AIS 2只被分配給AIS使用，但在歐洲和非洲區(qū)域，它們?nèi)匀慌c陸地移動(dòng)和固定服務(wù)共享服務(wù)?？紤]未來的目標(biāo)是申請(qǐng)獨(dú)家全球分配AIS 1和2頻率在海上移動(dòng)服務(wù)。第二，AIS的衛(wèi)星探測渠道：AIS是GMDSS的一部分。處理遇險(xiǎn)報(bào)警、緊急和安全通信應(yīng)由地面和衛(wèi)星通信進(jìn)行；因此，需要專用的海事頻率。AIS的衛(wèi)星探測是一種從地球到衛(wèi)星的單向系統(tǒng)；但在GMDSS中，確認(rèn)從衛(wèi)星到地球的雙向系統(tǒng)是必不可少的。

4.3通信技術(shù)的自動(dòng)選擇方面

一些現(xiàn)有的海洋通信技術(shù)，如AIS系統(tǒng)，自動(dòng)執(zhí)行數(shù)據(jù)通信，而不需要船舶的船員對(duì)通信過程進(jìn)行干預(yù)。在AIS的具體情況下，機(jī)組人員在每次航行開始時(shí)設(shè)定一定的航次參數(shù)，并隨時(shí)改變航行狀態(tài)，通信過程是自動(dòng)的。其他現(xiàn)有的海洋通信技術(shù)，如甚高頻語音通信，要求船舶的船員調(diào)整通信設(shè)備。在VHF語音的情況下，這涉及到?jīng)Q定和選擇合適的通信信道。

一個(gè)理想的電子導(dǎo)航通信系統(tǒng)將自動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)船舶的位置選擇最佳的通信技術(shù)、通道和特征，以及交換的數(shù)據(jù)類型。這一自動(dòng)程序?qū)凑蘸T的規(guī)則和需要進(jìn)行管理，需考慮避免延遲的問題，例如與其他船只交換安全及航行數(shù)據(jù)，或從岸上的電子系統(tǒng)接收信息。

5.總結(jié)

海上無線電通信是數(shù)字概念的驅(qū)動(dòng)因素。數(shù)字通信的發(fā)展對(duì)海事部門的運(yùn)作方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)和長期的影響。預(yù)計(jì)電子導(dǎo)航將會(huì)受到該計(jì)劃中所確定的許多當(dāng)前和未來技術(shù)的支持，同時(shí)，還需要通信設(shè)備支持電子導(dǎo)航的應(yīng)用程序。通信設(shè)備的設(shè)計(jì)也需實(shí)現(xiàn)在船上、船舶之間、船舶與岸上之間以及海岸當(dāng)局和其他各方之間的授權(quán)無縫信息傳輸。

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