淺談虛擬AIS航標(biāo)及北斗遙測(cè)遙控在沿海航標(biāo)配布中的應(yīng)用

程洪 朱偉 交通運(yùn)輸部南海航海保障中心廣州航標(biāo)處

1.背景

在大力發(fā)展綠色能源之際，風(fēng)電作為新興能源受到極大關(guān)注，從陸上風(fēng)電場(chǎng)到淺水海上風(fēng)電場(chǎng)，再到深水風(fēng)電場(chǎng)，越來(lái)越多的風(fēng)電場(chǎng)在中國(guó)沿海建設(shè)。海上風(fēng)電場(chǎng)投資巨大，占用海域面積大，影響船舶通航。為預(yù)防船舶闖入風(fēng)電場(chǎng)碰撞風(fēng)機(jī)，如何有效標(biāo)識(shí)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域，且實(shí)時(shí)監(jiān)控航標(biāo)數(shù)據(jù)狀態(tài)變得至關(guān)重要。

廣東省規(guī)劃海上風(fēng)電場(chǎng)址23個(gè)，總裝機(jī)容量6685萬(wàn)千瓦。包括：近海淺水區(qū)(35米水深以內(nèi))海上風(fēng)電場(chǎng)址15個(gè)，裝機(jī)容量985萬(wàn)千瓦，其中粵東海域415萬(wàn)千瓦，珠三角海域150萬(wàn)千瓦，粵西海域420萬(wàn)千瓦;近海深水區(qū)(35-50米水深)規(guī)劃海上風(fēng)電場(chǎng)址8個(gè)，裝機(jī)容量5700萬(wàn)千瓦。

國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)在水中構(gòu)筑物中如何布設(shè)航標(biāo)方面提出了可供參考建議，通過(guò)對(duì)陽(yáng)江海域淺水和深水海域航標(biāo)布設(shè)及監(jiān)控情況進(jìn)行研究，有別于IALA O-139建議，本文細(xì)化了實(shí)體AIS航標(biāo)和虛擬AIS航標(biāo)、航標(biāo)數(shù)據(jù)監(jiān)控通訊的應(yīng)用方式，更有利于船舶安全航行，同時(shí)為航標(biāo)主管機(jī)關(guān)監(jiān)控航標(biāo)數(shù)據(jù)提供有力保障。

2.AIS航標(biāo)、航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)

圖1 南海海區(qū)AIS基站覆蓋情況

AIS航標(biāo)是使用21號(hào)電文播發(fā)，提供船舶導(dǎo)航、定位、避險(xiǎn)或其他助航信息的一種無(wú)線電航標(biāo)，分為實(shí)體AIS航標(biāo)和虛擬AIS航標(biāo)，實(shí)體AIS航標(biāo)是設(shè)置在實(shí)體航標(biāo)上，且使用21號(hào)電文播發(fā)該航標(biāo)的相關(guān)信息的裝置；虛擬AIS航標(biāo)由AIS臺(tái)站通過(guò)21號(hào)電文播發(fā)不存在實(shí)體航標(biāo)的航標(biāo)信息。

為了提升航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控手段，航標(biāo)管理部門通過(guò)搭建航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)，燈器集成數(shù)據(jù)采集和傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看航標(biāo)位置、工作狀態(tài)等功能，現(xiàn)有階段的航標(biāo)定位有GPS和北斗定位兩種，數(shù)據(jù)傳輸有公眾網(wǎng)絡(luò)和北斗通信兩種。

3.陽(yáng)江水域風(fēng)電場(chǎng)航標(biāo)布放情況

中國(guó)廣東陽(yáng)江海域共核準(zhǔn)4個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，核準(zhǔn)量為1000萬(wàn)千瓦，其中300萬(wàn)千瓦為淺水區(qū)項(xiàng)目，700萬(wàn)千萬(wàn)為深水區(qū)項(xiàng)目。2個(gè)淺水區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)正在建設(shè)并部分投產(chǎn)，2個(gè)深水區(qū)域正在進(jìn)行測(cè)風(fēng)階段。2025年，1000萬(wàn)千瓦海上風(fēng)電裝機(jī)容量全部建設(shè)投產(chǎn)。因?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)離岸較遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸易受距離、天氣、海浪等因素影響，且航標(biāo)出現(xiàn)故障后發(fā)現(xiàn)難、維護(hù)難，要求航標(biāo)管理機(jī)構(gòu)能夠配布“有效”航標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)航標(biāo)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障過(guò)往船舶能夠獲取助航信息。

3.1 航標(biāo)布設(shè)情況對(duì)比

為了保障風(fēng)電場(chǎng)（含測(cè)風(fēng)塔）施工及運(yùn)營(yíng)期的安全，航標(biāo)主管機(jī)構(gòu)參照相關(guān)規(guī)定，設(shè)置燈浮、燈樁、實(shí)體或虛擬AIS航標(biāo)，為過(guò)往船舶提供助航信息。就航標(biāo)助航和監(jiān)管效果對(duì)比進(jìn)行整理，見(jiàn)表1。

表1 航標(biāo)布放情況對(duì)比

3.2 航標(biāo)遙測(cè)遙控監(jiān)控對(duì)比

為了實(shí)時(shí)監(jiān)控航標(biāo)的工作狀態(tài)，航標(biāo)配置公眾網(wǎng)或北斗遙測(cè)遙控模塊，受信號(hào)覆蓋區(qū)域的影響，航標(biāo)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)回傳的的情況不同，具體情況見(jiàn)表2。

表2 航標(biāo)遙測(cè)遙控情況對(duì)比

4.現(xiàn)有AIS航標(biāo)、遙測(cè)遙控傳輸存在的問(wèn)題

4.1 AIS航標(biāo)在現(xiàn)場(chǎng)船舶的顯示效果

實(shí)體AIS航標(biāo)屬于區(qū)域性、短距離無(wú)線電航標(biāo)，因?qū)嶓wAIS航標(biāo)自身信號(hào)傳輸能力差，浮標(biāo)的安裝位置距海面較近，燈樁的安裝位置受測(cè)風(fēng)塔或風(fēng)機(jī)鋼結(jié)構(gòu)遮蔽，且外海常年涌浪較大等諸多原因影響，實(shí)體AIS航標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸能力差，過(guò)往船舶經(jīng)常無(wú)法顯示實(shí)體AIS航標(biāo)信息。

虛擬AIS航標(biāo)通過(guò)一個(gè)基站（設(shè)備用基站）播發(fā)21號(hào)短報(bào)文合成虛擬AIS航標(biāo)，屬于遠(yuǎn)距離無(wú)線電航標(biāo)，在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的船舶均能接收虛擬AIS航標(biāo)信息，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性依托AIS岸上基站，穩(wěn)定性高，顯示效果好。

4.2 AIS航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控情況

淺水區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)距離岸邊7 海里，監(jiān)管系統(tǒng)獲取的實(shí)體AIS航標(biāo)數(shù)據(jù)斷斷續(xù)續(xù)或長(zhǎng)時(shí)間無(wú)數(shù)據(jù)回傳，航標(biāo)主管機(jī)構(gòu)無(wú)法遠(yuǎn)程獲知該實(shí)體AIS航標(biāo)是否正常運(yùn)行，無(wú)法正確做出航標(biāo)故障處理決定。

AIS監(jiān)管系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取虛擬AIS航標(biāo)狀態(tài)，一旦發(fā)送報(bào)文的基站發(fā)生故障，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，航標(biāo)主管機(jī)構(gòu)只需啟用備用基站，保障虛擬AIS航標(biāo)不中斷工作。

4.3 航標(biāo)遙測(cè)遙控監(jiān)管情況

使用公眾網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮綐?biāo)，在淺水區(qū)域?yàn)樾盘?hào)斷斷續(xù)續(xù)或無(wú)信號(hào)傳輸情況，深水區(qū)域?yàn)闊o(wú)數(shù)據(jù)回傳，航標(biāo)主管機(jī)關(guān)無(wú)法有效遠(yuǎn)程監(jiān)控航標(biāo)狀態(tài)。

使用北斗網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮綐?biāo)，無(wú)論在淺水區(qū)域或深水區(qū)域，航標(biāo)數(shù)據(jù)均可正?；貍鳎綐?biāo)主管機(jī)關(guān)能夠?qū)崟r(shí)獲取航標(biāo)狀態(tài)。

5.改進(jìn)措施

考慮虛擬AIS航標(biāo)在近海的顯示及監(jiān)管效果，北斗網(wǎng)絡(luò)具有全球覆蓋、數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，為保障水中建（?gòu)）筑物有效標(biāo)識(shí)及監(jiān)管，對(duì)水中建（構(gòu)）筑物標(biāo)識(shí)建議如下：

（1）航標(biāo)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)虛擬AIS航標(biāo)設(shè)置的情況，需要進(jìn)行基站覆蓋區(qū)域分析。

（2）航標(biāo)設(shè)計(jì)方案明確遙測(cè)遙控的方式，若公眾網(wǎng)模式，需要分析公眾網(wǎng)基站覆蓋區(qū)域。

（3）AIS基站覆蓋的區(qū)域，水中建（構(gòu)）筑物優(yōu)先使用虛擬AIS航標(biāo)標(biāo)識(shí)。

（4）AIS基站不能覆蓋的區(qū)域，水中建（構(gòu)）筑物使用實(shí)體AIS航標(biāo)標(biāo)識(shí)。

（5）公眾網(wǎng)能夠覆蓋的區(qū)域，水中建（構(gòu)）筑物航標(biāo)采用公眾網(wǎng)或北斗網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)遙測(cè)遙控。

（6）公眾網(wǎng)不能覆蓋的區(qū)域，水中建（構(gòu)）筑物航標(biāo)采用北斗網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)遙測(cè)遙控。