鄭祥鑫+劉梟

摘 要：虛擬航標(biāo)是現(xiàn)代化船舶助航服務(wù)新技術(shù)，該技術(shù)涵蓋了計(jì)算機(jī)技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位新技術(shù)、電子海圖以及船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System， 簡(jiǎn)稱AIS系統(tǒng)）等高新技術(shù)手段。本文主要介紹了虛擬航標(biāo)的定義、優(yōu)點(diǎn)以及使用局限性，并對(duì)虛擬航標(biāo)的實(shí)際應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：虛擬航標(biāo) AIS 應(yīng)用

1.引言

航標(biāo)是保障船舶航行安全以及航行效率的重要設(shè)施，航標(biāo)通常設(shè)于通航水域或其近處，以標(biāo)示航道、錨地、灘險(xiǎn)及其他礙航物的位置，是幫助引導(dǎo)船舶航行、定位和標(biāo)示礙航物與表示警告的人工標(biāo)志。傳統(tǒng)的船舶航行方向確定依賴岸邊的燈塔、燈浮以及燈船等提示性的航海指標(biāo)，然而受海上天氣多變的影響，在濃霧、暴風(fēng)、暴雨等天氣環(huán)境中，傳統(tǒng)視覺(jué)航標(biāo)的功能會(huì)受到很大的影響。而隨著航海技術(shù)的不斷提升，AIS岸基系統(tǒng)以及船用AIS得到普及，該技術(shù)突破了傳統(tǒng)航標(biāo)燈的視覺(jué)局限性，并且通過(guò)航標(biāo)動(dòng)態(tài)信息發(fā)布，能夠在最短的時(shí)間將航標(biāo)信息發(fā)布到附近在航船舶，從而為船舶的安全航行提供更好的服務(wù)。

2.虛擬航標(biāo)及分類(lèi)

2.1基于AIS的虛擬航標(biāo)

虛擬航標(biāo)完全基于AIS設(shè)立的，基于AIS的虛擬航標(biāo)指的是在航標(biāo)上安裝AIS設(shè)備，航標(biāo)的工作模式與商船上面安裝的AIS大致相同，工作方式是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式。AIS設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，在信號(hào)覆蓋的區(qū)域商船接收到船舶發(fā)出的航行信號(hào)后，船舶依賴自己的系統(tǒng)將彼此之間的信息顯示在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)終端中，最終達(dá)到船舶安全航行的目的。虛擬航標(biāo)與海上航行的大商船類(lèi)似，只不過(guò)虛擬航標(biāo)往往設(shè)置在規(guī)定的位置，通過(guò)其中的信號(hào)發(fā)布功能，能夠使數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的傳輸，達(dá)到船舶安全航行的目的。虛擬航標(biāo)綜合應(yīng)用多項(xiàng)高新技術(shù)，包括現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、AIS技術(shù)、電子海圖技術(shù)以及衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)等，借助基站以及發(fā)射機(jī)等設(shè)備，能夠在船舶電子海圖上顯示各種助航標(biāo)志。AIS用于航標(biāo)中以保證航行安全的功能發(fā)揮主要表現(xiàn)為以下措施：（1）提供AIS與船用雷達(dá)顯示器上用于辨識(shí)航標(biāo)的全天候指示手段；（2）補(bǔ)充航標(biāo)現(xiàn)有信號(hào)；（3）將浮標(biāo)位置使用信號(hào)發(fā)生，顯示與終端位置；（4）為船用雷達(dá)提供基準(zhǔn)點(diǎn)；（5）為航跡、航路、區(qū)域以及禁區(qū)作出標(biāo)記或者勾畫(huà)出界線；（6）提供氣象、潮汐以及海況等具體數(shù)據(jù)；（7）對(duì)航標(biāo)的工作狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)分析與信息收集；（8）標(biāo)注近海建筑物，如海上鉆井平臺(tái)、海上風(fēng)力發(fā)電廠等。

2.2虛擬航標(biāo)分類(lèi)

基于AIS的虛擬航標(biāo)通常包括兩種類(lèi)型，一種是有實(shí)體的虛擬航標(biāo)，另一種是無(wú)實(shí)體的虛擬航標(biāo)。

有實(shí)體的虛擬航標(biāo)有稱作“仿真航標(biāo)”，本身是真實(shí)存在的，而能夠用于航標(biāo)信息發(fā)送的AIS站卻經(jīng)常設(shè)立在遠(yuǎn)離航標(biāo)的位置。仿真航標(biāo)所發(fā)出的AIS電文需要從另外地方進(jìn)行發(fā)射，但是航標(biāo)實(shí)際上位于AIS電文中給出的位置。在一些情況下，為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的，往往不在航標(biāo)上安裝AIS設(shè)備，在此時(shí)就可以采取仿真航標(biāo)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)立，仿真航標(biāo)通常有兩種，一種是“監(jiān)控仿真航標(biāo)”，另一種是“預(yù)防仿真航標(biāo)”，前一種航標(biāo)使從遠(yuǎn)離航標(biāo)的AIS站進(jìn)行電文發(fā)送的，因此航標(biāo)與AIS之間存在通信鏈路，并且還航標(biāo)中常常包括了GNSS接收機(jī)、處理器以及非AIS數(shù)據(jù)鏈，通過(guò)航標(biāo)與AIS之間構(gòu)成通信鏈路來(lái)確認(rèn)航標(biāo)位置以及狀態(tài)。而后一種仿真航標(biāo)則從遠(yuǎn)離航標(biāo)的AIS站發(fā)射電文，但是航標(biāo)不受監(jiān)控，其位置與運(yùn)行狀態(tài)不能很好的掌控。

無(wú)實(shí)體的虛擬航標(biāo)指的是AIS電文系航標(biāo)電文，AIS中所指示的位置并不存在物理航標(biāo)，通常情況下，在視覺(jué)顯示器上產(chǎn)生視在或者“虛擬航標(biāo)”更為合適。這個(gè)時(shí)候，顯示器上的規(guī)定位置出現(xiàn)實(shí)際上并不存在的物理航標(biāo)，在顯示器上也會(huì)標(biāo)準(zhǔn)該信號(hào)所對(duì)應(yīng)的航標(biāo)為虛擬航標(biāo)。比如，在新的沉船出設(shè)置物理浮標(biāo)之前，如果無(wú)實(shí)物浮標(biāo)，可以使用虛擬浮標(biāo)進(jìn)行替代，或者用于航道的臨時(shí)劃分，在緊急情況下能夠表現(xiàn)出巨大作用。

3.虛擬航標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)以及局限性

3.1虛擬航標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)

（1）虛擬航標(biāo)與實(shí)體航標(biāo)同樣具有良好輔助船舶安全航行的功能。

（2）虛擬航標(biāo)具有設(shè)置、更改以及取消功能，并且這些操作都是借助軟件來(lái)完成，因而成本往往較低。

（3）虛擬航標(biāo)的設(shè)置、更改以及取消非常迅速，在突發(fā)海上時(shí)間需要快速設(shè)置航標(biāo)時(shí)，虛擬航標(biāo)表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì)。如某一海域出現(xiàn)沉船事故，就可以使用軟件在該處設(shè)立虛擬航標(biāo)，提示附近的船舶注意。

（4）相比實(shí)體航標(biāo)，虛擬航標(biāo)不受各種天氣條件的限制。與海上實(shí)體的燈浮相比，實(shí)體燈浮需要航標(biāo)船進(jìn)行拋標(biāo)與撤出，并且航標(biāo)的設(shè)置與取消需要在天氣良好并且海上條件相對(duì)平穩(wěn)的時(shí)候進(jìn)行，在大風(fēng)大浪等惡劣天氣下根本不能進(jìn)行實(shí)體航標(biāo)的設(shè)置。而虛擬航標(biāo)的設(shè)置及更改通過(guò)AIS無(wú)線數(shù)字通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此無(wú)論在航標(biāo)的設(shè)置還是更改上都不會(huì)受到天氣的影響，且航標(biāo)設(shè)計(jì)后也具有安全性、穩(wěn)定性、排他性、抗干擾性等優(yōu)勢(shì)。

（5）虛擬航標(biāo)設(shè)置完成后不會(huì)出現(xiàn)實(shí)體航標(biāo)的漂移問(wèn)題，因此具有更高的導(dǎo)航精確度。而實(shí)體航標(biāo)在設(shè)置完成后，還容易受天氣、船舶碰撞等因素的影響，出現(xiàn)標(biāo)位嚴(yán)重漂移的情況。并且虛擬航標(biāo)能夠通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)助航功能，能夠確保標(biāo)位的準(zhǔn)確性，從而為船舶提供更加準(zhǔn)確的導(dǎo)航助航服務(wù)。

3.2虛擬航標(biāo)的局限性

（1）虛擬航標(biāo)對(duì)AIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性有非常高的要求。然而實(shí)際中AIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性卻容易受到諸多因素的影響，比如電源系數(shù)、數(shù)據(jù)鏈路、設(shè)備質(zhì)量以及強(qiáng)電磁干擾等。

（2）一些船舶駕駛?cè)藛T往往會(huì)因?yàn)椴荒苤苯佑^察到實(shí)際航標(biāo)發(fā)出的燈光而產(chǎn)生恐懼心理，因此虛擬航標(biāo)的實(shí)際推廣存在一些問(wèn)題。

（3）虛擬航標(biāo)要求船舶上裝有AIS設(shè)備以及電子海圖，這些設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)成本較高，因此虛擬航標(biāo)往往只局限于大型船舶，小型船舶因?yàn)樵O(shè)備條件的限制，無(wú)法使用虛擬航標(biāo)。

（4）虛擬航標(biāo)的使用往往缺乏相應(yīng)的法律依據(jù)，海事航標(biāo)部門(mén)工作的重心往往放在實(shí)體航標(biāo)的法律構(gòu)建上，這使得虛擬航標(biāo)的設(shè)置缺乏相應(yīng)法律法規(guī)支持，使得航標(biāo)的可信度及可依賴度不高。

（5）虛擬航標(biāo)使用成功取決與航海者，但是目前對(duì)于航海者而言，其掌握的方向性航標(biāo)僅僅為傳統(tǒng)的燈塔、燈浮等，因此使用虛擬航標(biāo)需要相應(yīng)的海事培訓(xùn)支持，以保證航海者能夠正確的解讀虛擬航標(biāo)信息。

4.虛擬航標(biāo)的應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

虛擬航標(biāo)通常因?yàn)闆](méi)有實(shí)際航標(biāo)的存在，常常使用AIS信息顯示屏上所設(shè)置的特定位置航標(biāo)來(lái)進(jìn)行航行方位的判斷。在船舶航行過(guò)程中，虛擬航標(biāo)是非常重要的助航標(biāo)志，實(shí)際應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：（1）在船舶沉海后，往往不是第一時(shí)間使用實(shí)體航標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注，此時(shí)就可以使用虛擬航標(biāo)作為新城川的緊急標(biāo)記，用來(lái)提示附近船舶注意航道的變更；（2）需要設(shè)置永久性的航標(biāo)，在設(shè)置前可以使用虛擬航標(biāo)來(lái)臨時(shí)標(biāo)記航道的危險(xiǎn)區(qū)；（3）在船舶運(yùn)輸繁忙的航道，往往交通流比較復(fù)雜，如果在區(qū)域內(nèi)設(shè)置實(shí)體航標(biāo)，往往會(huì)出現(xiàn)高度的漂移，并且實(shí)體航標(biāo)常常被看成是阻礙航行的障礙物，此時(shí)就可以設(shè)置虛擬航標(biāo)用來(lái)代替實(shí)物航標(biāo)。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，AIS的功能在不斷完善，此外電子海圖也在船舶中不斷普及，航海人員將原先依賴紙質(zhì)海圖上表示的航標(biāo)變?yōu)槭褂秒娮雍D實(shí)施顯示的虛擬航標(biāo)，使得駕駛過(guò)程中只需根據(jù)航標(biāo)進(jìn)行航道的調(diào)整。虛擬航標(biāo)中各種助航標(biāo)志在電子海圖中清晰的標(biāo)識(shí)出來(lái)，這將大大提升船舶航行安全及航行效率。

此外，傳統(tǒng)的航標(biāo)在提供安全助航的同時(shí)，需要消耗大量的電池或者蓄電池，并且在航標(biāo)的設(shè)置上要用到大量的航標(biāo)作業(yè)船，會(huì)產(chǎn)生大量的能源。而虛擬航標(biāo)的應(yīng)用則能夠節(jié)約大量的人力、物力及資源，大大減少環(huán)境污染。

5.結(jié)語(yǔ)

AIS技術(shù)在航標(biāo)系統(tǒng)中的應(yīng)用，推進(jìn)了航海事業(yè)的發(fā)展。然而基于AIS的虛擬航標(biāo)的應(yīng)用以及普及取決于計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星定位等一些高新技術(shù)的應(yīng)用，相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，AIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將全面建成，虛擬航標(biāo)也將得到更好的推廣及應(yīng)用，從而為海上船舶提供安全、便捷、穩(wěn)定的助航服務(wù)。

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