基于信息系統(tǒng)架構(gòu)的船舶交通服務(wù)系統(tǒng)核心能力建設(shè)

【摘 要】 為分析我國船舶交通服務(wù)（VTS）系統(tǒng)建設(shè)存在的問題和不足，以信息系統(tǒng)為視角，分析其核心系統(tǒng)架構(gòu)并結(jié)合當(dāng)前VTS系統(tǒng)熱門技術(shù)分析其發(fā)展建設(shè)的重點(diǎn)和瓶頸。按照下一步核心能力建設(shè)要點(diǎn)，對(duì)我國VTS系統(tǒng)的未來發(fā)展提出建議：著力增強(qiáng)VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集能力、著力增強(qiáng)VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力、著力增強(qiáng)VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力。

【關(guān)鍵詞】 船舶交通服務(wù)（VTS）;信息系統(tǒng);核心能力;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);數(shù)據(jù)處理系統(tǒng);數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

船舶交通服務(wù)（VTS）系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是船端與岸端進(jìn)行信息整合和交換的完整信息系統(tǒng)。VTS系統(tǒng)在正常運(yùn)行過程中廣泛采集各種交通數(shù)據(jù)或信息，使VTS系統(tǒng)使用者了解和掌握水域內(nèi)的交通形勢，這就需要依靠盡可能完備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);分析、評(píng)估、處理信息，使信息成為VTS系統(tǒng)使用者進(jìn)行決策和管理的依據(jù)，這就需要依靠智能化、可視化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng);實(shí)施船岸之間信息交互、數(shù)據(jù)交換，對(duì)交通態(tài)勢施加影響，這都離不開信息傳輸系統(tǒng)。因此，VTS系統(tǒng)的核心架構(gòu)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和信息傳輸系統(tǒng)（見表1），目前這3大系統(tǒng)已經(jīng)成為VTS系統(tǒng)建設(shè)的主要攻堅(jiān)點(diǎn)。

1 VTS系統(tǒng)核心架構(gòu)

1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

當(dāng)前，我國VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的重點(diǎn)是雷達(dá)、AIS和其他數(shù)據(jù)等3個(gè)方面。

（1）雷達(dá)。雷達(dá)是VTS區(qū)別于其他導(dǎo)助航手段的基本要素，目前依然是VTS系統(tǒng)獲取船舶位置和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的主要手段。為了增強(qiáng)雷達(dá)在數(shù)據(jù)采集方面的作用，對(duì)雷達(dá)的參數(shù)、性能、選址等進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，成為VTS中心必不可少的工作內(nèi)容，但囿于雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù)雜性，此類工作已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足新形勢下VTS系統(tǒng)建設(shè)的需要。當(dāng)前，雷達(dá)系統(tǒng)的建設(shè)主要體現(xiàn)在量的增長，通過增設(shè)新的雷達(dá)站來減少雷達(dá)盲區(qū)，擴(kuò)大雷達(dá)覆蓋面積，從而提升雷達(dá)在VTS數(shù)據(jù)采集方面的能力。

（2）AIS。AIS是VTS系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集方面的革命性進(jìn)步。AIS的引入將VTS系統(tǒng)開發(fā)為現(xiàn)代信息系統(tǒng)，為VTS系統(tǒng)在目標(biāo)定位、船舶識(shí)別和航次信息交換等方面提供了新的途徑，極大延伸了VTS系統(tǒng)的測控范圍且豐富了數(shù)據(jù)內(nèi)容，提高了數(shù)據(jù)可靠性。在引入AIS的過程中，VTS中心著重攻克AIS圖像與雷達(dá)回波的關(guān)聯(lián)難題，解決兩個(gè)信息源造成的“雙眼皮”問題，實(shí)現(xiàn)AIS數(shù)據(jù)的持續(xù)可靠輸入。在此基礎(chǔ)上，區(qū)域VTS中心聯(lián)網(wǎng)方案通過使船舶信息在不同VTS中心間傳輸成為可能來進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)采集效率。

（3）其他數(shù)據(jù)。除了雷達(dá)和AIS兩大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源外，VTS中心也特別重視提升輔助數(shù)據(jù)的采集能力。各VTS中心基本都建設(shè)或接入了轄區(qū)CCTV、北斗、氣象觀測等設(shè)施設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場情況的全天候、立體化、綜合性的可視化展示，進(jìn)一步夯實(shí)了VTS作為海上監(jiān)管數(shù)據(jù)中心的作用。此外，交通運(yùn)輸部海事局還推動(dòng)建設(shè)綜合監(jiān)管指揮系統(tǒng)，將轄區(qū)基本數(shù)據(jù)、海量船舶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、不同來源船舶動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，乃至搜尋救助等資源數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)整合，使得VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯入海事綜合數(shù)據(jù)，極大豐富了VTS中心的數(shù)據(jù)來源。

1.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

近年來，各VTS中心積極順應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展大勢，不斷深化VTS系統(tǒng)各類操作和管理軟件的開發(fā)及應(yīng)用，持續(xù)加強(qiáng)VTS系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的挖掘和分析，不但全面升級(jí)了VTS系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，而且在以標(biāo)識(shí)多樣化和3D顯示為代表的人機(jī)交互界面優(yōu)化、以自動(dòng)播發(fā)提醒為代表的智能化應(yīng)用、以MIS系統(tǒng)為代表的查詢和管理軟件升級(jí)、以交通流研究為代表的數(shù)據(jù)采集分析，以及以移動(dòng)APP為代表的E航海支持系統(tǒng)等領(lǐng)域分別進(jìn)行了卓有成效的研究。這些做法不僅使得VTS系統(tǒng)的決策輔助能力更加完善、操作功能更加豐富、人機(jī)界面更加友好，還實(shí)現(xiàn)了VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的深度利用，有效破除了VTS信息孤島現(xiàn)象，顯著提升了VTS中心的管理和服務(wù)能力。VTS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的優(yōu)化和升級(jí)是我國VTS中心發(fā)展建設(shè)的亮點(diǎn)，并取得了明顯突破，標(biāo)志著我國VTS系統(tǒng)軟件建設(shè)逐漸走向現(xiàn)代化、信息化、智能化和國產(chǎn)化。

1.3 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

VTS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要是指用于船岸之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ旁O(shè)備。VTS中心所配備的與船舶之間進(jìn)行通信的設(shè)備主要有VHF、AIS、NAVTEX/NAVDAT等;船上配備的通信設(shè)備主要有VHF、自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀（ARPA）、AIS、NAVTEX、國際海事衛(wèi)星組織（INMARSAT）、甚小口徑終端（VAST）等。在船―岸交互中，VHF無線通信、AIS報(bào)文傳輸及衛(wèi)星通信是最為常用的3種方式，其中又以VHF無線通信和AIS報(bào)文傳輸為主要手段，VHF無線通信主要用于語音通信，AIS主要用于數(shù)據(jù)通信。船―岸交互工作流程見圖1。

區(qū)別于岸基數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的突飛猛進(jìn)，目前船岸之間的數(shù)據(jù)傳輸依然處于瓶頸狀態(tài)，建設(shè)和發(fā)展都較為緩慢。目前有較大突破的研究是基于AIS系統(tǒng)的船岸信息交換，實(shí)現(xiàn)了發(fā)送短信、二進(jìn)制信息和助航設(shè)施信息的功能，但AIS信息傳輸能力仍然較弱，一次最大121字節(jié)，難以匹配E航海建設(shè)的發(fā)展需求。為了破解傳輸難題，提高VTS數(shù)據(jù)輔助船舶航行的效能，各VTS中心還對(duì)中遠(yuǎn)距離提出甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（VDES）建設(shè)設(shè)想，對(duì)遠(yuǎn)海距離進(jìn)行衛(wèi)星通信嘗試，通過建設(shè)可以覆蓋港口、航道和交通密集區(qū)的公網(wǎng)方式加強(qiáng)岸基網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)岸基對(duì)船舶的輻射和帶動(dòng)效應(yīng)，并取得一定的效果。

2 VTS系統(tǒng)核心能力建設(shè)存在的問題和瓶頸

2.1 數(shù)據(jù)采集能力有待進(jìn)一步加強(qiáng)

《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》明確提出，要構(gòu)建泛在先進(jìn)的交通信息基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建綜合交通大數(shù)據(jù)中心體系。對(duì)標(biāo)這一要求，VTS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集能力雖然有了質(zhì)的提高，但離大數(shù)據(jù)中心的賦能要求還有一定距離。突出表現(xiàn)在VTS數(shù)據(jù)是分散和孤立的信息中心，各VTS中心信息融合和聯(lián)網(wǎng)還存在不同的技術(shù)壁壘，VTS系統(tǒng)本身對(duì)不同信息源的整合能力有待進(jìn)一步加強(qiáng)，在船舶基礎(chǔ)資料、航次信息、通航數(shù)據(jù)、水文氣象、港航部門信息、搜救力量配置等數(shù)據(jù)的整合能力仍然存在提高空間。

2.2 數(shù)據(jù)處理能力還有提升空間

VTS數(shù)據(jù)的提取、分析和應(yīng)用潛力仍有待進(jìn)一步挖掘。當(dāng)前大量VTS數(shù)據(jù)閑置，自動(dòng)化水平不夠，且缺少集中統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、提取機(jī)制，MIS的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)潛力沒有被徹底釋放，VTS系統(tǒng)對(duì)交通形態(tài)的預(yù)測和推演能力距離智能化要求還有一定距離，在交通信息推送、氣象信息廣播、異常行為識(shí)別和預(yù)警信息發(fā)布、船岸信息交換等方面依然沒有擺脫傳統(tǒng)模式，部分VTS系統(tǒng)仍然存在操控界面復(fù)雜、決策支持工具不夠精確等問題。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸能力存在短板

數(shù)據(jù)傳輸能力和通信鏈路短板仍然是VTS系統(tǒng)發(fā)揮作用的首要瓶頸和痛點(diǎn)。當(dāng)前，盡管VTS中心有數(shù)據(jù)、船員有需求，但船岸之間缺橋路、缺鏈接，VTS數(shù)據(jù)采集成果很難及時(shí)、有效地傳輸給需求者。不僅如此，船岸之間通信代差還在持續(xù)擴(kuò)大，岸基通信已迎來5G時(shí)代，海上通信卻依然難以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。目前各VTS中心在數(shù)據(jù)傳輸方面的建設(shè)工作進(jìn)展緩慢，以E航海建設(shè)試點(diǎn)為代表的探索工作缺少自上而下的統(tǒng)一規(guī)劃和系統(tǒng)布局，船岸通信局部鏈路建設(shè)尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

3 VTS核心能力建設(shè)建議

3.1 著力增強(qiáng)VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集能力

（1）及早布局5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，通過5G技術(shù)將雷達(dá)、AIS、CCTV、航標(biāo)、監(jiān)測站、執(zhí)法船艇、無人機(jī)和單兵裝備及其他微終端連接成為完整的物聯(lián)網(wǎng)，建設(shè)網(wǎng)格化、智能化的數(shù)據(jù)采集體系，拓寬數(shù)據(jù)和信息采集渠道，全面升級(jí)VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集能力。

（2）進(jìn)一步整合漁業(yè)、航標(biāo)、氣象、港口、引航、救助和船舶運(yùn)輸企業(yè)等單位數(shù)據(jù)，打破不同信息源壁壘，積極融入地方大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，選取海事監(jiān)管關(guān)鍵區(qū)域節(jié)點(diǎn)，建立若干區(qū)域性VTS數(shù)據(jù)中心，承擔(dān)云端數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、提取、優(yōu)化和安全防護(hù)職能，建成交管大數(shù)據(jù)神經(jīng)節(jié)點(diǎn)。

（3）逐步統(tǒng)一各VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的內(nèi)容、格式，建立包含氣象信息、航次信息、航行計(jì)劃、通航要素、誠信管理、安全信息、法律法規(guī)等信息資源的全面數(shù)據(jù)庫，形成“交管云數(shù)據(jù)”，實(shí)現(xiàn)各VTS系統(tǒng)之間的信息交換、數(shù)據(jù)共享和通信互助等功能，以及重要水道、主要港口和其他VTS中心的一站式信息獲取功能。

3.2 著力增強(qiáng)VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力

（1）面向VTS中心核心業(yè)務(wù)提出解決方案，通過智能算法深度研判通航要素與交通流的作用規(guī)律，提升VTS系統(tǒng)船岸數(shù)據(jù)處理水平，增強(qiáng)VTS系統(tǒng)決策支持能力，建立標(biāo)準(zhǔn)化操控模塊，優(yōu)化VTS中心在航線交換、航行提示、交通監(jiān)管與信息推送等方面的工作流程，促進(jìn)VTS中心操作和日常管理的智能化、清單化、立體化、可視化和便捷化。

（2）從宏觀需求層面做好VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、記錄和分析工作，科學(xué)設(shè)置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵詞，通過相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法從海量大數(shù)據(jù)中有效提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，加強(qiáng)對(duì)交管大數(shù)據(jù)的挖掘力度，以服務(wù)于交通態(tài)勢研判、航?？茖W(xué)分析乃至經(jīng)濟(jì)發(fā)展指數(shù)研究等海上安全治理工作，破除孤島困局，讓VTS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)更大價(jià)值。

（3）主動(dòng)融入交管大數(shù)據(jù)，積極開展VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信息融合、智能運(yùn)算、安全防護(hù)等研究工作，針對(duì)船員、港航企業(yè)、其他公共安全部門的不同需求完善各類軟件的功能設(shè)計(jì)，確保內(nèi)外部數(shù)據(jù)平滑、有序?qū)?，增?qiáng)VTS中心的數(shù)據(jù)協(xié)同能力，打造信息共享平臺(tái)。

3.3 著力增強(qiáng)VTS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力

（1）升級(jí)VTS中心的岸基通信設(shè)備，在各試點(diǎn)單位既有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，短期內(nèi)在港口水域附近建設(shè)多功能浮標(biāo)、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸站、連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CORS）臺(tái)站等通信支持系統(tǒng)，在有VTS信息覆蓋的重要航道及近海水域加快布局建設(shè)VDES基站、4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)射塔、移動(dòng)基站、船載基站等多種類型的通信保障設(shè)備，爭取在重要水域突破船岸信息傳輸瓶頸，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)向重點(diǎn)水域的延伸，實(shí)現(xiàn)岸基網(wǎng)絡(luò)向近海拓展。

（2）全面推進(jìn)E航海探索實(shí)踐，利用現(xiàn)有公網(wǎng)系統(tǒng)，重點(diǎn)面向手機(jī)終端用戶探索建立VTS中心信息發(fā)布平臺(tái)，通過岸基網(wǎng)絡(luò)對(duì)各類型信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，為船舶定制最有價(jià)值的通航信息，發(fā)布重要?dú)庀笮畔?、安全管理建議、預(yù)警預(yù)防信息等時(shí)效信息，為船舶提供風(fēng)險(xiǎn)可視化的二維、三維展示數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)提示未來若干時(shí)間段可能遭遇的威脅，使得船方更多地從岸基的巨量監(jiān)管數(shù)據(jù)中獲得有效信息，部分解決船岸通信代差帶來的信息傳輸受限問題。

收稿日期：2019-11-13

作者簡介：唐緒謙（1987―），男，本科，研究方向?yàn)閂TS運(yùn)行發(fā)展及國際履約