海上航標系統空間信息與助航系統研究

王進

摘 要：航標是船舶安全航行的重要助航標志，是保證海上運輸通道暢通的重要手段，是航行安全保障體系的重要組成部分。航標系統的正常運行和船舶在航行中對航標信息的正確及時掌握，關系到海上主要人命和國家財產安全。針對導航信息管理和導航信息服務的需求，研究了基于電子海圖和導航遙測的導航信息管理和導航信息服務的技術實現。

關鍵詞：航標 空間信息 助航系統

1.引言

海上航標是助航設備之一，而助航系統為航行船舶安全提供助航服務的各種設施的總稱。日本稱之為“航路標識”，歐洲和美國稱之為“AIDS TO NAVIGATION”。它是影響海上船舶航行安全的主要因素。其中的一個因素，也是水上運輸的重要設施。良好的通航標準體系是保障我國改革開放和海上運輸暢通的重要手段。

1.1國內外研究現狀

我國目前使用的導航燈、控制裝置和柴油發(fā)電系統大多是國產設備，技術水平低，機械傳動和分立元件多，故障率高，可靠性差，只能通過增加故障補償設備備用的方式，才能確保正常工作。隨著技術的發(fā)展，發(fā)達國家的導航設備得到了迅速的更新。燈已發(fā)展成為高效率、智能化的燈，柴油機已被選用為長期運行、無故障、自動切換的機型?？刂撇糠忠舶l(fā)展成為一個高可靠性，無人遙測遙控系統。發(fā)達國家?guī)啄昵耙呀浗⒘巳斯ぶ悄芑鞠到y。直到2006年初，中國才基本建成。然而，由于人工智能系統的所有權和技術問題，人工智能基站系統尚未發(fā)揮其主要的導航信息服務功能。

1.2本文研究內容

本文分析了國際標準IHO S57電子海圖數據、遙測導航系統、電子海圖數據三維航道，AIS數據集成，基于WEB-ECDIS的導航信息發(fā)布等方面服務的技術實現進行了研究。在提取電子海圖符號位數據、疊置AIS數據、三維監(jiān)測、可視化性能評價的基礎上提出了對航標遙測遙控系統的修改建議。隨著國際導航援助的最新發(fā)展，以及廣泛使用的綜合和聯合導航手段的需要提出了一種基于AIS和WEB-ECDIS的新型輔助導航方法的信息服務模式。

2.海上航標空間信息管理及關鍵技術研究

2.1電子海圖技術

目前，可作為我國電子海圖產品開發(fā)基礎的標準有：海圖規(guī)范、中文海圖規(guī)范、編碼規(guī)則數字元件的特點，數字圖形數據的采集和處理規(guī)則。其中，現階段標準基本上是紙質的，但也可以在電子海圖產品的生產實施，在1995年，已開發(fā)的數字圖形顯示設備隨著電子海圖技術的飛速發(fā)展，我國尚未形成完整的電子海圖標準體系，特別是在我國海洋出版社根據我國數字海圖的坐標轉換，新矢量數字海圖的格式不同，以前的數字海圖是舊照片。新的格式已被使用，但沒有正式升級到標準；矢量數字格式的數據格式，標準的數字格式，標準的版本發(fā)布數字移動通知、標準電子海圖產品、應用程序。必須制定或修訂功能、性能和相應的硬件和軟件環(huán)境等標準。建立和完善我國電子海圖技術標準體系，是21世紀以來我國電子海圖應用發(fā)展亟待解決的重大問題。

2.2基于遙測和 AIS 的航標 RPMS

考慮到運動的標志本身是在一個橢圓形的形狀與潮流的變化，大多數情況下運動的距離和運動的速度是不均勻的，如果運動的標志是由開放的一段時間內由RTU發(fā)送的GPS數據點的軌跡。對水下流動或沉積的影響，以及對導航標志的管理，直接導致了對導航服務造成重大損害，及時發(fā)現導航標志是非常重要的。全球定位系統（GPS）的特點是靜止基準的基礎上，考慮水的流動或海底松散或者航行標志被外力拖拽或碰撞，因此軌跡點不在航行標志的位置；所以與GPS數據有一個很大的差距。

在電子海圖上，基于RPMS和AIS船載數據的疊加分析，建立了一個有效的識別船舶撞擊導航標志的方法，同時也發(fā)現了船舶碰撞的危險性。船舶與航標的碰撞，提醒船舶注意航行和避免碰撞。通過以上分析，可以得到以下動態(tài)數據：通過AIS實時獲取的AIS數據包括對于船舶的特點，在電子海圖上，通過遠程控制系統獲得實時的GPS導航標志，并在電子海圖上顯示在一個圓的形式，三個橢圓可以比較飛行位置的RPMS創(chuàng)建的電子圖。為了準確地得到航標的近似運動范圍，利用該方法對船舶碰撞事故的發(fā)生可能進行警示，以保證航標以及導航信息服務及時對船舶提供了快速的技術支持。

2.3航標監(jiān)管信息通信標準

鑒于必須控制距離的航標，無論是在遙遠的海岸附近，還是在遠洋，如果采用VHF通信方式，如果實現了短期負荷數據的遙測功能，電源供應器就成了一個大問題。由于采用VHF，必須建立一個VHF接收設備，甚至基本的VHF接收站，目前在一個更高的價格。因此，充分利用公共網絡資源，特別是GPRS和GSM的連接，在當前和未來的幾年是一個更現實和經濟的方法。本文認為，盡管RTU終端收集了更多的信息，但監(jiān)控管理器的工作更方便，但RTU是一個相對復雜的儀器；考慮到不同的導航標志，國內外沒有綜合的、通用的終端設備，RTU的集成是必要的。第二，從大量實際經驗的角度，減少了RTU的功能。必須避免遠程控制RTU端口運行的數據量。RTU終端應考慮到外部封裝的耐久性，說明了國內多年來建立RTU系統的主要原因是RTU終端在外部封裝不能抵抗環(huán)境不利海況長期以來的襲擾。

3.海上航標新助航信息服務及關鍵技術研究

3.1基于E-ANIS助航信息服務機制的助航系統

Working Group on an Aid to Navigation Information Service根據導航標志的遙測系統，在適當的坐標數據基礎上，對相關的信息進行了廣播。本地通信系統。在實施AIS的地區(qū)，AIS也將廣播E-ANIS信息。為了了解業(yè)務狀況和便于維護，許多國家的導航局目前正在使用遠程測量系統收集有關導航標志性能狀況的信息。E-ANIS將從遙測系統中檢索所有遙測信號的狀態(tài)信息，并將其與一類故障表中的故障進行比較，如果有在表中列出的缺陷，將被發(fā)送到當地的助航系統中。

E-ANIS信息將直接發(fā)送到船上的顯示器通過IEC 1162標準的接口，如數字接口，導航和無線電通信設備。顯示裝置是一個電子海圖和信息顯示系統。然而，隨著船舶圖形顯示技術的發(fā)展，船舶的三維顯示成為可能，船舶的虛擬現實顯示是一個可視化的海洋場景。在好天氣條件下，在一個閃光的勘探標志或類似的符號表示的變化?？碧綐酥救绻粋€新的船舶殘骸或危險的物體沒有被標記在圖表上，它將被標記在相應的水域以類似的方式改變勘探標志的情況。助航信息中一級和三級的信息是連續(xù)的，每一個時間間隔的兩分鐘和三分鐘之間的距離，直到一個危險的物體被清除，糾正或校正或標記的運動。四級信息可以通過相應的一或三級信息無效。二和三級信息是連續(xù)傳輸的時間間隔從2-3分鐘直到危險物質被清除。四級信息可以通過相應的二級信息無效。

3.2基于AIS助航信息服務機制的助航系統

在22-AIS消息的信息類型中，AIS 21信息是應用AIS傳輸標記的最重要的消息。除了AIS 14的特殊信息傳輸安全信息和AIS 8的特殊信息傳輸氣象信息和海洋氣象數據，包括21所有信息航空公司。信息21是一個特殊的信息導航。在消息21中，啟動間隔設置為三分鐘。它也可以增加或減少，但必須考慮到VDL能力和燈塔設備的能耗。AIS可以通過AIS本身的導航助手創(chuàng)建導航信息，或者通過AIS本身直接廣播，或者可以收集導航數據并將其傳輸到另一個站點，然后可以廣播AIS信息。集中的，集中的AIS信息是建立在航空，沒有實際的燈塔在顯示位置。燈塔AIS是安裝在燈塔上的AIS設備。相當于移動終端，它要求與AIS系統要求一致?？紤]到大多數浮式助航器和一些固定式助航器由于電源結構的限制而受到嚴格的限制，如果使用AIS船舶直接作為輔助導航系統的一個組成部分，可能超出原設計的能源需求，必須考慮到高質量的AIS設備本身。成本。鑒于AIS的實際應用和經濟性，在每個信標上安裝AIS是不合適的，因此建立了AIS半自動信標的方法。AIS信標不是一個完整的AIS設備，不能直接發(fā)送信標信息，如移動終端，其中包含AIS信息通過鏈路B發(fā)送除AIS以外的數據，然后由靠近基站或其他AIS信標組件接收。

4.總結

本論文通過跟蹤和研究當前國內外海上航標助航信息服務的最新發(fā)展動態(tài)，深入研究了航標空間信息管理和助航信息服務的需求和實現技術，提出了航標空間信息管理的新思路、新方法和新技術，通過進一步研究 E-ANIS 助航信息標準，提出了建立基于 AIS 的新助航信息服務模式。

參考文獻：

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