港池航道通航水域虛擬AIS航標應用

譚麗麗，劉俊剛，呂英龍（天津航標處，天津300456）

一、引言

為提高航道資源利用率，釋放碼頭泊位產能和運能，曹妃甸港區(qū)中區(qū)一港池計劃配套建設與泊位等級相適應的20萬噸級航道工程。由于20萬噸級航道拓寬竣深大部分在港池內，港池內碼頭回旋水域范圍和20萬噸級航道邊界航標設置位置存在交叉，需要對20萬噸級航道航標配布開展綜合研究，滿足航道與港池水域通航安全保障的需求。

二、航道和碼頭概況

建設中的20萬噸級航道是在現(xiàn)10萬噸級航道的基礎上進行拓寬竣深，航道設計總長10.5 km，共分為3段布置，分別為口門段航道、連接段航道、北段航道。

口門段航道自外海-18.9 m等深線起算，長度2 877.2 m，呈“喇叭口”形狀?？陂T段航道設計底標高-18.9 m，口門位置處航道設計寬度365 m，航道起點位置處設計寬度853 m。

連接段航道主要連接口門段和北段航道，長度3 560.3 m，通航寬度最窄處795 m，設計底標高-18.9 m，存在較大的轉向角度，考慮船舶通航的適宜性，將其加寬。

北段航道位于港池中心位置，航道長度4 054.5 m，20萬噸級散貨船單線航道通航寬度345 m，設計底標高-18.9 m。

曹妃甸港區(qū)中區(qū)一港池是曹妃甸港區(qū)海上交通流最密集的水域，建有煤炭、散雜、件雜、集裝箱等各類深水泊位53個，其中唐山曹妃甸聯(lián)運碼頭有限公司通用散貨三期工程（3個泊位）水工結構為20萬噸級，另有2個規(guī)劃建設的碼頭工程結構等級按照20萬噸級預留。

三、航標配布設計分析

曹妃甸港區(qū)中區(qū)一港池20萬噸級航道工程將會改變現(xiàn)有航道的布置及航道走向，按照相關規(guī)范要求，應在航道邊界和轉向點設置航標標識。如不考慮航道附近碼頭水域，依據(jù)20萬噸級航道總平面布置，需配布16座浮標，此次移位8座，新設2座，另備用1套。口門位置處4座浮標是對既有浮標位置進行調整，標識新設航道的起始點和航道口門位置的拐點；港池內部航道共布置2座浮標，用以標識航道拐點位置；通用散貨泊位工程和煤碼頭三期工程間布置1座浮標，標識水深變化；在航道最末端設置2座浮標，用以標識航道的終點位置，浮標距離航道通航邊線40 m。具體配布情況見圖1。

圖1 曹妃甸港區(qū)一港池航道規(guī)劃圖

其中8#、9-1#、10#浮標位置均在已見碼頭港池范圍中，11#、13#浮標位置也在規(guī)劃建設碼頭港池范圍內，航道升級建設后的浮標和碼頭港池水域通航存在相互影響。由于一港池引導距離短，且不具備建設導標的陸域條件，保障20萬噸級航道邊界和轉向點有效標識的方式只能在設置8#、9-1#、10#航標位置以虛擬AIS航標替代浮標。

四、虛擬AIS航標設置可行性分析

（一）標準符合性

《自動識別系統(tǒng)（AIS）航標應用導則》（JT/T 1193-2018）已頒布實施，其中4.3節(jié)明確了虛擬AIS航標的使用依據(jù)，“永久虛擬AIS航標可在不具備布設實體航標條件時使用，宜布設在深水區(qū)域或惡劣海況環(huán)境，以及隨時間、洋流或天氣影響而動態(tài)變化的區(qū)域”。適用于標識永久礙航物、標識航道界限、標識安全水域界限、標識特殊區(qū)域（比如錨地和遮蔽區(qū)）。

（二）使用案例

在長江口深水航道底寬邊界線上設置了45座虛擬AIS航標，標別性質為航道側面標，設標寬度與航道底寬相同，用虛擬AIS航標來標示深水航道底邊界線，便于各類大型和深吃水船舶，對照接收到的虛擬AIS航標船舶導航顯示器（ECDIS）電子海圖，始終把控好自身船位，在航道內航行；寧波舟山港深水航路采用虛擬AIS航標來分割相反交通流，既有效地界定了通航分道、警戒區(qū)、環(huán)行道，又克服了實體航標礙航的缺點。

（三）虛擬AIS航標播發(fā)和顯示

按照國際海上人命安全公約（SOLAS公約）2002年修正案要求，所有在2002年7月1日或以后建造的大于300總噸從事國際航運的船舶、大于500總噸不從事國際航運的貨船和所有客船均須裝配AIS設備；所有于2002年7月1日前建造的從事國際航運的各類船舶必須在2003年7月1日到2008年7月1日前裝配AIS設備。目前，我國主管部門已建設了覆蓋沿海的AIS岸基播發(fā)基站，通過21號報文泊位負荷標準的各種助航服務信息（如：位置、標別和界線區(qū)域等），AIS基站能夠形成對該水域的連續(xù)覆蓋，這為拓展AIS功能、為船舶提供高效的AIS助航服務奠定了基礎，為虛擬AIS航標的應用提供了技術支撐。

（四）AIS岸基信道資源

目前，在曹妃甸及周邊設置了曹妃甸AIS基站。通過對曹妃甸基站2020年10月至12月3個月覆蓋范圍內AIS通信信道占用情況統(tǒng)計，時隙占用率在10%~25%之間（見表1）。

表1 曹妃甸AIS基站時隙統(tǒng)計表

在基于AIS基站范圍船舶數(shù)量不變的情況下，曹妃甸新設3座虛擬AIS航標，合理科學分配每一幀時隙（每一幀2250*2個時隙，虛擬航標每3分鐘播發(fā)一次），將新增時隙占用率0.04%，對AIS通信信道影響不大。

按照《沿海船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）基站技術要求》（GB/T 39620-2020）要求，基站時隙使用率應避免超過50%，否則鏈路時隙沖突率將提高，導致船舶AIS信號丟失的情況出現(xiàn)。可以看出在曹妃甸新設部分虛擬AIS航標，時隙占用率遠未達到50%，不會導致鏈路時隙沖突率提高。

五、虛擬AIS航標應用中存在的問題

虛擬AIS航標的應用以信息網絡和海上無線電收發(fā)為關鍵支撐，在實際應用中也存在一些典型的局限性：一是AIS岸基網絡系統(tǒng)的可靠性易受電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路、設備質量、強電磁干擾等諸多不穩(wěn)定因素影響。二是虛擬AIS航標的接收和顯示要求船舶裝有AIS船載設備及ECDIS顯示終端，否則虛擬AIS航標不能正常顯示。由于設備選型和軟件版本等原因，并非所有船舶都裝備有適用的顯示終端，能夠有效顯示虛擬AIS航標。三是由于通信鏈路容量的限制，在同一區(qū)域，虛擬AIS航標設置數(shù)量或報告更新間隔受限。另外，船載AIS接收設備的處理能力也是有限的。

六、對策和建議

（一）加強北斗AIS技術研發(fā)

隨著我國第三代北斗系統(tǒng)的研發(fā)應用，相關主管部門正在推進北斗AIS技術的開發(fā)，通過北斗衛(wèi)星定位和短報文通信，提高AIS系統(tǒng)在PNT方面的堅韌性和持續(xù)性，利用AIS北斗短報文通信實現(xiàn)AIS信息的全球覆蓋，并提供更精準的北斗AIS位置信息，提高船舶在使用虛擬AIS航標定位導航時的安全性和可靠性。

（二）開展VDES基站升級和應用

根據(jù)ITU和IALA工作計劃，我國主管部門已于2021年開展了VDES基站升級和應用，通過擴展AIS、VDE、ASM功能，提高AIS系統(tǒng)的通信效率和保障，為虛擬AIS航標的大規(guī)模推廣應用奠定了基礎。

（三）推行S-100標準的電子海圖

近年來，IHO和IMO始終致力于S-100標準海圖的研究，在e航?？蚣芟?，推行基于S-100標準的電子海圖是未來航運業(yè)的趨勢，可進一步提高船載ECDIS和ENC設備對虛擬AIS航標的統(tǒng)一和有效識別，方便駕引人員的使用。

七、結語

虛擬AIS航標的使用可有效解決曹妃甸港區(qū)中區(qū)一港池20萬噸級航道和類似工程的航標配布問題，但由于缺少詳細的配布標準和使用規(guī)范作為依據(jù)，對虛擬AIS航標的設置和使用在保障航行安全的前提下，仍需維持相對謹慎的態(tài)度。同時，虛擬AIS航標設置后還需主管部門通過監(jiān)測系統(tǒng)進行實時監(jiān)管，合理利用基站資源，保證AIS航標信息的準確連續(xù)。