利用網位儀協(xié)助航標管理可行性研究

綦麟

（北海航海保障中心煙臺航標處，山東 煙臺 264000）

一、引言

近年來，我國沿海港口和航道建設規(guī)模不斷擴大，船舶流量增長顯著，同時迅速增長的還有海上養(yǎng)殖捕撈業(yè)。在航標管理工作中，越來越多地遇到養(yǎng)殖侵占通航水域和航道，包圍航標設施等情況，影響航標效能和通航安全，造成經濟損失及其它社會影響。妥善處理養(yǎng)殖對航標的影響成為嚴峻問題。

根據《中華人民共和國航標條例》，禁止在航標周圍拋錨、拖錨、捕魚或養(yǎng)殖水生物；影響航標工作效能的其他行為。由于不可抗力的影響，養(yǎng)殖網箱、架及漁網及航標難免都會產生位置沖突。目前航標的遙測遙控技術成熟，對于航標位置的實時監(jiān)控已實現(xiàn)。而網位儀被用以確認網具的位置及其周邊水流、溫度等，可以實現(xiàn)對位置航速等信息的測定。通過設定和改造，網位儀和現(xiàn)有航標遙測遙控相結合可以精確直觀的監(jiān)控航標及周圍養(yǎng)殖網箱架及漁網的位置關系，便于航標維護管理。

二、網位儀介紹

網位儀是采用AIS(船舶自動識別系統(tǒng))協(xié)議實現(xiàn)物體位置報告的射頻發(fā)射設備。目前目前主要用于定制網作業(yè)的漁船。通過寫碼寫入船舶名稱、九位碼及發(fā)射間隔等信息。通過GPS模塊，發(fā)射經緯度及預先寫入的基本信息，使得接收方可以通過AIS終端查看到其漁網所在的位置及航速航向等。經過改造的網位儀可以為航標管理提供服務。

（一）網位儀工作原理

網位儀的應用的技術主要包括基帶、射頻、控制幾個部分。通過GPS天線收到的經緯度信息作為基帶原始數據，經GMSK調制，混頻到AIS協(xié)議規(guī)定的發(fā)射頻率放大后發(fā)射出去。

網位儀周期性的發(fā)射AIS消息，發(fā)射間隔由單片機控制，各個其他模塊的供電也由單片機控制，在發(fā)射間隔降低單片機時鐘頻率并切斷其它模塊供電，節(jié)省設備耗電量。

（二）網位儀性能特點

網位儀用來標識漁網位置，這種用途要求網位儀具有以下幾個特點：1、發(fā)射距離遠；2、工作時間長；3、防水防鹽霧；4、寫碼方便。

海上環(huán)境復雜，水氣和鹽霧腐蝕嚴重影響設備的壽命。新型網位儀設計成全密閉結構，不需要拆卸電池進行充電。網位儀放入電路板后在底部的接合處設備結構上完全密閉，達到最高的防水防鹽霧等級。

為了便捷寫碼用通用USB線將底座與PC機連接就可以為網位儀寫碼。

（三）AIS系統(tǒng)有利于網位儀工作的特點

網位儀應用于航標管理的可能性基于通過AIS系統(tǒng)交互通信。

AIS通過GPS提供精確的船舶位置信息和航行數據，通過VHF頻道每隔一段時間自動播發(fā)，凡是在VHF作用范圍內配備有AIS系統(tǒng)的設備都能接收讀取這些數據。

AIS組網的幾個特點支持了網位儀的工作要求：

自動組網：AIS設備就近的船臺之間可以脫離基站進行相互間數據通信，通過國際協(xié)調時（UTC）連續(xù)保持彼此同步，每臺AIS設備包括網位儀設備均可自主加入網絡；

預約發(fā)射：當前發(fā)射時隙是通過上1分鐘發(fā)射數據中預約的；

強信號淹沒弱信號：對于接收設備，當在同一時隙由1個以上的設備同時發(fā)射時，傳輸至接收設備信號強的淹沒掉弱信號；

發(fā)射頻率自動調節(jié)：發(fā)射頻率根據船舶航行速度調節(jié)，速度快，發(fā)射頻率高，速度慢，發(fā)射頻率低；

時隙復用：當時隙資源較少時，自動占用遠距離船舶所用時隙實施通信；

允許沖突：AIS以船舶避碰為目的，周期性發(fā)射船舶信息的工作模式，允許周期性報文信息被沖突而傳輸失?。?/p>

AIS具有以上工作特點，使其具有很大的冗余性，為擴展應用創(chuàng)造較好的基礎條件，也保證了通過AIS進行網位儀應用的可行性。

三、網位儀應用于航標管理方法設想

目前應用網位儀輔助航標管理的設想主要應用其GPS位置信息，通過AIS網絡與現(xiàn)有航標遙測遙控數據融合。在重點關注的養(yǎng)殖網箱、架或漁網邊界以適當密度布設網位儀，以點成線，標示養(yǎng)殖區(qū)等重點位置的邊界，或在關鍵位置布設，通過點對點的距離設置報警范圍，方便航標管理者進行監(jiān)控預警。

現(xiàn)有的遙測遙控系統(tǒng)已經把AIS信號和遙測遙控信號整合在一起，在同一海圖平臺顯示，設置了距離報警設置，保留了船舶及航標軌跡可供回放。

如應用網位儀于位置預警，針對不同的場景可采用不同的布設方式。一是采用以點成線的方式，根據現(xiàn)場條件設置適合的報警距離，如若同時多個點網位儀均與相近航標距離過近或超限，則可以判定航標偏移進入養(yǎng)殖區(qū)或網區(qū)，對于養(yǎng)殖區(qū)域形狀較復雜的現(xiàn)場，可以采取關鍵點布設的方式，如圖1中B1點所示。

圖1.兩種網位儀布設方案示意

上圖中是實際應用中最為簡化的情況，途中黃色標示位置實際有航標布設，通過衛(wèi)星圖可以看到距離航標東南方向約100米處就是密集養(yǎng)殖區(qū)，如實際應用還需考慮航道對側養(yǎng)殖區(qū)的情況。

四、網位儀應用于航標管理的優(yōu)缺點

網位儀通過搭載多元化模塊可以監(jiān)測所屬位置、航向航速等航標管理者需要的信息。如前文所說目前沿海AIS系統(tǒng)基本已經全部覆蓋的情況下，網位儀通過AIS進行通訊完全可以實現(xiàn)?，F(xiàn)有的航標遙測遙控系統(tǒng)已經可以實現(xiàn)AIS信號的實時接入，通過電子海圖把航標實時信息和接收的AIS信息同時展示在同一界面上，從而能夠更加直觀的掌握航標與重點位置養(yǎng)殖網箱等的位置關系。

新式網位儀價格低廉，安裝便捷，只需固定在網箱上漂浮即可。編程簡潔，可檢測選項多，發(fā)射距離遠，在相對功率較低的情況下，可達9海里以上，而且由于AIS系統(tǒng)的自組織性，可以通過中間網位儀進行數據跳轉，可以覆蓋港口區(qū)域。工作穩(wěn)定，具備防水防鹽霧性。

基于上述情況，可在養(yǎng)殖密集的區(qū)域進行小范圍少量的網位儀協(xié)助航標管理實驗，通過實際應用探討其可行性以及應用中的優(yōu)缺點，為航標管理工作提供更多思路。