基于E-Navigation的船舶智能航線服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

魯亞東

摘 要：船舶智能航線服務(wù)是E-Navigation戰(zhàn)略計(jì)劃的重要內(nèi)容。遵循IALA相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，借鑒航空智能服務(wù)管理思路，對(duì)船舶智能航線服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使之為船舶航行提供最優(yōu)計(jì)劃航線、海上安全信息、航程助航與監(jiān)控、船舶避碰等智能服務(wù)。該系統(tǒng)不僅具有較強(qiáng)的實(shí)踐價(jià)值，而且將會(huì)給相關(guān)利益主體帶來更多直接效益。

關(guān)鍵詞：智能航線服務(wù);系統(tǒng)設(shè)計(jì);船舶;E-Navigation

E-Navigation是由國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA）實(shí)施的“以用戶需求為驅(qū)動(dòng)、以服務(wù)用戶為宗旨”的戰(zhàn)略計(jì)劃，其目的在于通過以電子方式收集和分析海事信息，為增強(qiáng)船舶海上航行、安全、安保提供相關(guān)服務(wù)與技術(shù)支持[1]。其總體框架包括船上環(huán)境、岸上環(huán)境及物理鏈路構(gòu)成（見圖1）。

船舶智能航線服務(wù)，是指建立具有前瞻性的、交換與共享的航線服務(wù)體系，為船舶安全航行提供智能助導(dǎo)航服務(wù)，包括流量預(yù)測(cè)、安全報(bào)警、交通組織等。而這也正是E-Navigation戰(zhàn)略計(jì)劃的重要內(nèi)容[2]?；贓-Navigation框架，對(duì)船舶智能航線服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期為船舶高效與安全航行提供參考與借鑒。

1 基本思路與功能設(shè)計(jì)

1.1基本思路

船舶智能航線服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在總體思路上，一方面借鑒航空智能服務(wù)管理思路（目前，國(guó)內(nèi)外航空交通控制體系已廣泛運(yùn)用智能航線服務(wù)系統(tǒng)，即對(duì)所有航班航線進(jìn)行預(yù)設(shè)，相關(guān)機(jī)構(gòu)實(shí)施信息共享，共同對(duì)其監(jiān)視和管理），使所有相關(guān)機(jī)構(gòu)、參與人員共享船舶航行計(jì)劃，增強(qiáng)海上交通管理系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性、可控性;綜合分析海況、成本、效率等要素，為船舶提供最優(yōu)計(jì)劃航線;促進(jìn)船舶間信息共享，彼此提前知曉航行計(jì)劃，強(qiáng)化船舶避碰操作。另一方面，遵循IALA相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，采用開放式服務(wù)接口，為船端導(dǎo)航系統(tǒng)、岸基系統(tǒng)接入使用提供方便，形成功能融合、信息共享的船舶智能航線服務(wù)體系。

1.2 功能設(shè)計(jì)

基于E-Navigation框架和船舶航線服務(wù)需求，我們可將船舶智能航線服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)建最優(yōu)計(jì)劃航線、海上安全信息服務(wù)、航程助航與航程監(jiān)控、船舶避碰等服務(wù)功能（見表1）。

2 運(yùn)作模式與系統(tǒng)流程

2.1 運(yùn)作模式

該服務(wù)系統(tǒng)是以服務(wù)接口的形式而存在，通過AIS、海事衛(wèi)星等多種通信網(wǎng)絡(luò)，接入船舶ECS、ECDIS等導(dǎo)航系統(tǒng)，岸基則可集成至VTMIS或VTS，從而實(shí)現(xiàn)船-岸、船-船之間的信息共享與交換[3]。其運(yùn)用模式主要分為以下4種：其一，船端模式。該模式的功能主要有航程規(guī)劃、航行監(jiān)控。在航程規(guī)劃上，駕駛員可從船舶智能航線服務(wù)系統(tǒng)獲得最佳計(jì)劃航線、航行資料，并據(jù)此規(guī)劃航程;在航行監(jiān)控上，值班船員可實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶航行狀況，確保其按照計(jì)劃航線航行。其二，岸基模式。即由岸上監(jiān)管和服務(wù)人員對(duì)轄區(qū)內(nèi)船舶的計(jì)劃航線、實(shí)時(shí)航線進(jìn)行監(jiān)控。其三，船-船模式。該模式采用多種通信方式，促進(jìn)相鄰船舶間的航線信息交換與共享，其內(nèi)容包括：在船舶ECS、ECDIS導(dǎo)航系統(tǒng)中顯示其他船舶計(jì)劃航線;結(jié)合AIS、雷達(dá)系統(tǒng)，獲取避碰獲救及助航服務(wù)等。其四，船-岸模式。即岸上監(jiān)管和服務(wù)人員獲取船舶計(jì)劃航線，強(qiáng)化對(duì)海上交通的監(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)流程

系統(tǒng)船舶導(dǎo)航系統(tǒng)、AIS系該服務(wù)針對(duì)用戶的主要接口。在本次設(shè)計(jì)中，服務(wù)接口的目標(biāo)支持各種類型的ECS船舶導(dǎo)航系統(tǒng)。其工作流程如圖2所示。

2.3 工作方案

該服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的方案主要是：其一，擬制計(jì)劃航線。在準(zhǔn)備階段，工作人員應(yīng)更新船舶信息，輸入船舶目的港、預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間等數(shù)據(jù)。ECS可根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，自動(dòng)構(gòu)建推薦的計(jì)劃航線。其構(gòu)建既可以采取離線方式，即依據(jù)ECS本地存儲(chǔ)的信息和數(shù)據(jù)，結(jié)合本船舶的類型、載貨、吃水等信息，自動(dòng)分析出最佳計(jì)劃航線;也可以采取在線方式，即ECS借助數(shù)字VHF鏈路或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)鏈接系統(tǒng)中心，系統(tǒng)中心通過分析本地存儲(chǔ)的信息和數(shù)據(jù)，或者類似船舶的AIS歷史軌跡數(shù)據(jù)等，自動(dòng)給出最佳推薦航線。在此基礎(chǔ)上，工作人員可對(duì)該系統(tǒng)推薦的航線做進(jìn)一步的修訂，并在船長(zhǎng)確認(rèn)后，通過數(shù)字VHF等通信方式提交至系統(tǒng)中心。其二，推送航行資料。系統(tǒng)中心在收到航行計(jì)劃后，將自動(dòng)檢索船舶航行所經(jīng)過水域的相關(guān)資料，并將航行指引、航行規(guī)則等資料推送至船舶的ECS導(dǎo)航系統(tǒng)。其三，提供導(dǎo)航助航服務(wù)。船舶在沿著計(jì)劃航線的航行過程中，可通過AIS與同一水域其他安裝有該系統(tǒng)的船舶，交換和共享計(jì)劃航線，實(shí)現(xiàn)智能避碰。其四，實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶。船舶交通管理信息服務(wù)系統(tǒng)可從智能航線服務(wù)系統(tǒng)獲取計(jì)劃航線，對(duì)其航行實(shí)施智能監(jiān)控。在此過程中，智能航線服務(wù)系統(tǒng)不僅可以顯示或提示船舶航行中將遇沖突的位置、航線的偏離，而且能夠預(yù)判相關(guān)水域的船舶流量，為及時(shí)化解風(fēng)險(xiǎn)和交通調(diào)度提供服務(wù)或建議。

3 設(shè)計(jì)價(jià)值與效益分析

該服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐價(jià)值，其運(yùn)用將會(huì)產(chǎn)生諸多效益，直接惠及相關(guān)部門和主體。對(duì)船舶而言，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)唧w的船舶提供最佳航線，而且會(huì)精準(zhǔn)預(yù)估其到達(dá)目的港的具體時(shí)間。對(duì)船舶駕駛員而言，該系統(tǒng)可以幫助駕駛員獲取更多的有價(jià)值的信息，及時(shí)獲取智能提示或指示，有效規(guī)避可能出現(xiàn)的偏離航線、碰撞等風(fēng)險(xiǎn)，并減輕其工作負(fù)荷。就船舶公司而言，可以通過該系統(tǒng)，全面了解和掌握整個(gè)船隊(duì)的情況，及時(shí)獲得相關(guān)警示;依據(jù)該系統(tǒng)提供的最優(yōu)計(jì)劃航線、海上安全信息服務(wù)等，可以科學(xué)計(jì)劃船舶航行，節(jié)約能耗與成本;能夠精準(zhǔn)估算到達(dá)目的港時(shí)間，為其安排下一航程提供依據(jù)。對(duì)港口而言，可以提前獲知船舶到達(dá)時(shí)間，為其安排港口作業(yè)提供準(zhǔn)備空間。對(duì)海上交通管理部門而言，該系統(tǒng)的智能服務(wù)，可以節(jié)減人力資本的投入，降低工作人員的負(fù)荷，提高海上交通管理的效率與效益。

4 結(jié)語

船舶智能航線服務(wù)是E-Navigation戰(zhàn)略計(jì)劃的重要內(nèi)容。借鑒航空智能服務(wù)管理思路、遵循IALA相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以服務(wù)接口各類ECS船舶導(dǎo)航系統(tǒng)為目標(biāo)，對(duì)船舶智能航線服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使之為船舶航行提供最優(yōu)計(jì)劃航線、海上安全信息、航程助航與監(jiān)控、船舶避碰等智能服務(wù)，努力實(shí)現(xiàn)船舶航行安全化、效率最優(yōu)化、效益最大化。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛一東.E-Navigation戰(zhàn)略下的船舶引航發(fā)展[J].中國(guó)航海，2017（1）：93-96.

[2]唐慶友，宋妍成，楊弘曧.智能時(shí)代船舶駕駛對(duì)航海保障的需求[J].上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2019（2）：23-27.

[3]李瑞杰，張新宇，黃文偉，等. E-Navigation下的海事服務(wù)集[J].水運(yùn)管理，2017（5）：27-29.