智能航運背景下航保船岸協(xié)同信息交互數字化與標準化途徑的研究

王 寶，田為民，岳博文，王高峰

（交通運輸部北海航海保障中心天津通信中心，天津 300456）

1 航保船岸協(xié)同信息交互的現狀及發(fā)展分析

智能航運是e-航海的具體實現，智能航保是智能航運的重要布局之一，智能航運的實現需要依靠“船岸協(xié)同”的發(fā)展方式[1]。

1.1 無線通信系統(tǒng)的模擬化和數字化

水上 通信以無 線電為主，按照頻率從低到高的順序，目前海上在用的無線通信技術有DSC、SSB、NBDP、NAVTEX、AIS 等。當前船岸協(xié)同信息交互技術主要存在傳輸帶寬低速率低的問題，其通信系統(tǒng)主要是模擬無線通信系統(tǒng)。如今的海上通信技術無法適應智能船舶對于大數據、高速率、低延時的需求，因此，開展高速、高帶寬的海上通信業(yè)務是大勢所趨。

當前，海上通信正向著數字化、帶寬高、覆蓋廣、成本低等方向發(fā)展。新興的海上通信 技術有VDES、NAVDAT、LEO 軌道衛(wèi)星等，不管新興通信技術，還是已部署實施的VSAT、3G、4G 技術，水上通信系統(tǒng)正由模擬化向數字化邁進，這也為航保船岸協(xié)同信息交互的標準化創(chuàng)造了基礎環(huán)境。

1.2 信息交互數據的非數字化

航保船岸協(xié)同信息主要包括海上安全信息、交通組織信息、航線計劃信息、水文氣象信息和航行控制信息五大類，通過分析發(fā)現，當前航保船岸協(xié)同信息主要是非結構化的文字及語音信息。由于每個漢字占據2個字節(jié)，非結構化數據的傳輸會占據大量帶寬，在當前窄帶無線通信技術下會造成傳輸效率低下。

通過對這五大類信息的語義結構和內容進行分析，可以明確航保船岸協(xié)同信息的描述對象和具體要素，從而為交互信息的結構化奠定基礎并最終實現數字化。

2 航保船岸協(xié)同信息交互的需求分析

2.1 航保船岸協(xié)同信息交互的數字化

通過對天津海岸電臺海上安全通信業(yè)務的實際調研發(fā)現，當前發(fā)送的航保船岸協(xié)同信息以文字為主，船端接收到信息后，船員通過人工識別和判斷進而安全航行。在智能航運背景下，自主船、無人船將長期共存，但無論是哪種船，都以盡可能減少人為操作和干擾為主要特征，這就要求船端可以通過機器智能識別航保船岸協(xié)同信息，通過自動識別、智能判斷進而安全航行，而實現自動識別和智能判斷的主要手段便是對航保船岸協(xié)同信息進行數字化，使其具備一定的結構和格式，這樣既可提升船岸協(xié)同信息傳輸的效率，又可以將文本信息轉換為機器語言，從而易于識別。

航保船岸協(xié)同信息交互的數字化就是從信息交互數據的結構化入手，通過明確各類信息的描述對象和要素實現結構化，繼而對這些結構化的數據按照一定的規(guī)則進行編碼，發(fā)送端和接收端的信息都是經過編碼后的數字，通過這種方式將會極大地提高傳輸效率。

2.2 航保船岸協(xié)同信息交互的標準化

航海保障包括航標助航、海道測繪和水上安全通信三大業(yè)務，各單位都開發(fā)出了適應自身需求的業(yè)務系統(tǒng)，這些系統(tǒng)是在不同時期、由不同的單位使用不同的工具在不同的平臺上開發(fā)出的，導致各業(yè)務系統(tǒng)難以進行數據傳輸和共享，以致不能建立跨業(yè)務的統(tǒng)一岸基系統(tǒng)平臺。具體來說，這會導致不同應用系統(tǒng)和數據庫間的數據交換效率低下，同時導致數據格式不兼容和數據結構不匹配等問題[2]。因此，尋找一種標準的數據存儲和交換格式，提供異構數據的數據交換能力，成為實現航保船岸協(xié)同信息交互標準化首要解決的問題。

3 航保船岸協(xié)同信息交互數字化的實現途徑

在五大類航保船岸協(xié)同信息中，海上安全信息報文格式參照了AIS 二進制報文使用的ITU-R M.1371-5定義的6號報文（二進制尋址報文）。報文格式由三部分組成：安全信息數據幀頭、安全信息數據、安全信息數據幀尾。

安全信息數據部分參考了《中華人民共和國航行警告標準格式（GB 17577-2009）》，包含兩個參數，分別是應用標識符和應用數據。應用標識符由DAC 和FI 組成，分別為地域編號和信息類型，根據IMO 規(guī)定，分配給中國區(qū)的DAC 為412、413、414。FI 是一個6 bit 的字段，標示二進制應用信息的類型。以海上拖帶為例，其二進制編碼規(guī)則如表1所示。

表1 海上拖帶編碼規(guī)則

其余航保船岸協(xié)同信息交互數字化的實現詳見 《面向船舶智能航行的數據標準指南（草案）》，在此不再贅述。

4 航保船岸協(xié)同信息交互標準化的實現途徑

2010 年，IMO 確認采用IHO 的S-100 作為e-航海的CMDS，并推薦利用XML 擴展標記語言進行不同接口間的技術交換和模型描述[3]。基于此，航保船岸協(xié)同信息交互標準化的實現采用XML 擴展標記語言進行數據的存儲及傳輸。

4.1 XML 技術實現船岸協(xié)同信息異構數據集成的框架

XML 是一種可擴展標記語言，它獨立于平臺和應用，將其作為數據集成的中間件，可以有效解決異構數據的數據交互及共享問題，實現框架如圖1所示。

圖1 數據集成框架

各層功能如表2所示。

表2 XML數據集成框架功能

4.2 基于XML 的航保船岸協(xié)同信息交互標準化的實現

基于XML 的航保船岸協(xié)同信息包括航標信息、礙航物、水上水下活動、軍事活動、船舶遇險、劃定區(qū)域（圓形、矩形）、劃定區(qū)域（不規(guī)則）、海洋氣象預報、海洋環(huán)境預報、海洋氣象預警、水文氣象預報、氣象信息采集、特殊船舶航行交通組織信息、特殊情況交通組織信息及日常航行計劃組織信息。[4]，[5]以海洋氣象預報為例，其元素結構如圖2所示。

圖2 海洋氣象預報元素結構

其余航保船岸協(xié)同信息交互標準化的實現及XSD描述文件詳見《面向船舶智能航行的數據標準指南（草案）》，在此不再贅述。

5 結束語

本文首先對航保船岸協(xié)同信息交互的現狀及發(fā)展做了分析，從傳輸通道及傳輸數據兩方面介紹了航保船岸協(xié)同信息的模擬化和非數字化；繼而結合實際，分析了智能航運背景下航保船岸協(xié)同信息交互的數字化及標準化需求，最后基于二進制信息實現了航保船岸協(xié)同信息交互的數字化、基于XML 實現了航保船岸協(xié)同信息交互的標準化。本文中基于XML 的標準化實現有待集成平臺的測試及反饋，其中或多或少會存在一些不足。