長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)的類(lèi)別與顯示研究

鄧良愛(ài) 王當(dāng)利 陳璐

摘 要：近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子海圖以及信息顯示系統(tǒng)（Electronic Chart Display and Information System，ECDIS）和長(zhǎng)江電子航道圖的廣泛應(yīng)用，虛擬航標(biāo)技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。本文主要介紹了長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)的概念和類(lèi)別，探討了長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)和實(shí)體航標(biāo)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)， 并參照了目前兩大類(lèi)虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)方案，結(jié)合我國(guó)虛擬航標(biāo)顯示方法和長(zhǎng)江電子航道圖自身特征，提出一套長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)符號(hào)顯示方案。

關(guān)鍵詞：虛擬航標(biāo);數(shù)字航道;長(zhǎng)江電子航道圖;顯示符號(hào)

1 前言

航標(biāo)是一種在船舶外部設(shè)置和運(yùn)行的設(shè)備或系統(tǒng)，能為船舶航行安全提供幫助并在一定程度上提高了船舶交通效率。在傳統(tǒng)的視覺(jué)航標(biāo)系統(tǒng)中，尤其以燈浮、燈塔和燈船等設(shè)施實(shí)現(xiàn)對(duì)航海者的幫助[1]。但是，由于視線(xiàn)、天氣、障礙物、航標(biāo)故障等因素，航標(biāo)的助航功能會(huì)受到影響。因此，隨著航運(yùn)的快速發(fā)展，我們對(duì)航標(biāo)的助航功能和管理的要求也越來(lái)越高。虛擬航標(biāo)的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了航海技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，為船舶導(dǎo)航提供了新的方式。

由于虛擬AIS航標(biāo)直接在軟件設(shè)置，位置精準(zhǔn)度高，不需要占用實(shí)際航道位置，給駕駛員以輔助信息提示，從而確保船舶順利通往航道水域，取到了較好的導(dǎo)助航效果[2]。目前，虛擬AIS航標(biāo)已在我國(guó)沿海大連、天津、青島等海域及長(zhǎng)江口得到了廣泛應(yīng)用，僅東海海區(qū)的虛擬 AIS航標(biāo)數(shù)目已經(jīng)達(dá)到 130多個(gè)。我國(guó)內(nèi)河虛擬航標(biāo)仍處于探索研究階段，為發(fā)揮虛擬航標(biāo)優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)內(nèi)河船舶逐步配置AIS收發(fā)及顯示設(shè)備以及電子航道圖技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，內(nèi)河虛擬航標(biāo)的應(yīng)用條件已初步具備，相關(guān)研究應(yīng)用需加快開(kāi)展。

從理論上而言，我們可以將長(zhǎng)江干線(xiàn)航道目前存在的虛擬航標(biāo)分為三種：AIS虛擬航標(biāo)、基于長(zhǎng)江數(shù)字航道的虛擬航標(biāo)——長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)和基于長(zhǎng)江電子航道圖APP的虛擬航標(biāo)——電子圍欄。AIS虛擬航標(biāo)主要用于12.5米深水航道[3]，電子圍欄城陵磯至武漢河段深水推薦航道試運(yùn)行期間用過(guò)，使用較多且最有可能推廣應(yīng)用的是長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)。它是指在電子航道圖中用規(guī)定符號(hào)標(biāo)示的、通過(guò)電子航道圖數(shù)據(jù)更新向特定用戶(hù)（安裝了該電子航道圖應(yīng)用終端的用戶(hù)）發(fā)布的物理上不存在的航標(biāo)。該虛擬航標(biāo)以電子航道圖為基礎(chǔ)，相比AIS虛擬航標(biāo)設(shè)置更簡(jiǎn)單。2003年，長(zhǎng)江航道局啟動(dòng)了長(zhǎng)江電子航道圖的研發(fā)工作，至今長(zhǎng)江電子航道圖已從1.0版發(fā)展到3.0版。根據(jù)長(zhǎng)江航道局2014年6月發(fā)布的《長(zhǎng)江電子航道圖系統(tǒng)運(yùn)行條件下航道維護(hù)技術(shù)規(guī)范》，基于長(zhǎng)江電子航道圖的虛擬航標(biāo)主要適用以下三種情況：

①航道條件發(fā)生變化、電子航道圖更新周期內(nèi)變化的區(qū)域;

②進(jìn)港航道、碼頭前沿等無(wú)法布設(shè)的實(shí)體航標(biāo)的區(qū)域;

③航道內(nèi)突發(fā)事故，不能及時(shí)通過(guò)實(shí)體航標(biāo)標(biāo)示的區(qū)域。

隨著長(zhǎng)江電子航道圖的不斷升級(jí)，長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)也在逐步投入應(yīng)用，但目前仍無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)分類(lèi)和顯示規(guī)范，加強(qiáng)這方面的研究無(wú)疑將有利于其在整個(gè)長(zhǎng)江干線(xiàn)航道的推廣應(yīng)用。

2 虛擬航標(biāo)的概念及特點(diǎn)

2.1虛擬航標(biāo)的概念

根據(jù)國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（IALA）的定義，虛擬航標(biāo)是指物理上不存在，由經(jīng)授權(quán)的助航服務(wù)提供部門(mén)發(fā)布能在導(dǎo)航系統(tǒng)中顯示的數(shù)字信息物標(biāo)。它是繼視覺(jué)航標(biāo)、音響航標(biāo)、無(wú)線(xiàn)電航標(biāo)之后國(guó)際航標(biāo)學(xué)會(huì)認(rèn)可的，旨在提升和增強(qiáng)航標(biāo)管理機(jī)關(guān)的航標(biāo)助航服務(wù)能力的現(xiàn)代化技術(shù)手段。IALA于2010年3月頒布了虛擬航標(biāo)實(shí)施指南（IALA Guideline No.1081），通過(guò)對(duì)虛擬航標(biāo)技術(shù)的分析，旨在使航海者正確理解虛擬航標(biāo)技術(shù)特性，這為基于長(zhǎng)江電子航道圖的虛擬航標(biāo)的應(yīng)用提供了重要的理論和實(shí)踐依據(jù)。

我國(guó)沿海多采用AIS發(fā)布虛擬航標(biāo)，應(yīng)用AIS虛擬航標(biāo)的目的在于通過(guò)下述措施提升助航服務(wù)，加強(qiáng)航行安全和提高航運(yùn)效率：

（1）提供一種在AIS和船用雷達(dá)顯示器（與AIS連接）上辨識(shí)航標(biāo)的可靠與全天候的方法;

（2）補(bǔ)充航標(biāo)現(xiàn)有信號(hào);

（3）發(fā)射浮標(biāo)準(zhǔn)確位置;

（4）指示浮標(biāo)位移;

（5）為船用雷達(dá)提供基準(zhǔn)點(diǎn);

（6）為雷達(dá)提供補(bǔ)充服務(wù);

（7）標(biāo)記或勾畫(huà)航跡、航路;

（8）標(biāo)注近海建筑物;

（9）提供氣象、航道路況等數(shù)據(jù);

（10）監(jiān)視航標(biāo)狀態(tài);跟蹤移位航標(biāo);辨識(shí)碰撞航標(biāo)的船舶;實(shí)時(shí)收集航標(biāo)狀況;遙控改變航標(biāo)參數(shù)等。

2.2長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)與實(shí)體航標(biāo)特點(diǎn)

隨著長(zhǎng)江電子航道圖的應(yīng)用，長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)已應(yīng)用在長(zhǎng)江干線(xiàn)中下游重點(diǎn)航段。

其應(yīng)用范圍主要在以下2個(gè)方面：

（1）作為常設(shè)標(biāo)志使用，如錨泊區(qū)、警戒區(qū)、安全水域等專(zhuān)用標(biāo)志、通航分道劃分標(biāo)志以及作為航行標(biāo)志用于某些不適于設(shè)置實(shí)體航標(biāo)的狹窄水域。

（2）作為臨時(shí)標(biāo)志使用，如發(fā)生水上交通事故時(shí)臨時(shí)標(biāo)示沉船等危險(xiǎn)點(diǎn)或避險(xiǎn)水域等。

實(shí)體航標(biāo)是指物理上存在，以特定的標(biāo)志、燈光、聲響或無(wú)線(xiàn)電信號(hào)等，供船舶確定船位、航向，避離危險(xiǎn)，使船舶沿航道或預(yù)訂航線(xiàn)安全航行的助航設(shè)施。虛擬航標(biāo)是指物理上不存在，由經(jīng)授權(quán)的助航服務(wù)提供部門(mén)發(fā)布能在導(dǎo)航系統(tǒng)中顯示的數(shù)字信息物標(biāo)。虛擬航標(biāo)和實(shí)體航標(biāo)都可用來(lái)指示航道、供船舶定位、標(biāo)示危險(xiǎn)區(qū)、供特殊需要。

虛擬航標(biāo)與實(shí)體航標(biāo)優(yōu)劣勢(shì)分析如表1 所示。

虛擬航標(biāo)的應(yīng)用具有綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、快捷、可靠、導(dǎo)航精度高和構(gòu)成實(shí)體航標(biāo)的有效補(bǔ)充等優(yōu)點(diǎn)。在標(biāo)示航行條件頻繁變化的動(dòng)態(tài)區(qū)域以及設(shè)置實(shí)體航標(biāo)不可行或不可能的情況下，虛擬航標(biāo)作用尤其明顯。例如，在布設(shè)常設(shè)虛擬航標(biāo)前，可臨時(shí)設(shè)置虛擬航標(biāo)標(biāo)示航行危險(xiǎn)物，及時(shí)提醒附近來(lái)往船舶。此外，虛擬航標(biāo)可用于標(biāo)示航行條件頻繁變化的區(qū)域，這些區(qū)域需要?jiǎng)討B(tài)標(biāo)識(shí)。

3 長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)種類(lèi)及其顯示研究

3.1虛擬航標(biāo)類(lèi)別

結(jié)合虛擬航標(biāo)在應(yīng)急標(biāo)識(shí)、界限標(biāo)識(shí)和重要水域等領(lǐng)域的適用性和長(zhǎng)江干線(xiàn)航道實(shí)際應(yīng)用需求，根據(jù)長(zhǎng)江干線(xiàn)航道虛擬航標(biāo)種類(lèi)選取原則對(duì)現(xiàn)行各類(lèi)標(biāo)志逐一分析，提出長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)類(lèi)別，如表2所示。

3.2長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)顯示規(guī)范分析

3.2.1虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析可知，目前國(guó)內(nèi)外虛擬航標(biāo)的顯示符號(hào)還沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但總體而言海區(qū)范圍的虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)可分為IHO S-4標(biāo)準(zhǔn)推行的“圓形+圓內(nèi)頂標(biāo)符號(hào)”和國(guó)際海事組織（IMO） 243號(hào)指導(dǎo)文件推行的“菱形+菱形外頂標(biāo)符號(hào)”兩大類(lèi)，其中IMO推行的顯示符號(hào)被國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）發(fā)布的相關(guān)文件采納，而國(guó)際水道組織（IHO）推行的顯示符號(hào)在型式上與中國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家提出的顯示方案類(lèi)似。雖然包圍形狀或線(xiàn)條格式不同，但國(guó)內(nèi)外虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)都具有以下特征：

3.2.1.1不同類(lèi)別的虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)中都包含對(duì)應(yīng)實(shí)體航標(biāo)的典型特征表現(xiàn)符號(hào)

不同國(guó)家或組織提出的顯示方案中，各類(lèi)虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)中都包含對(duì)應(yīng)實(shí)體航標(biāo)中的典型特征符號(hào)——頂標(biāo)符號(hào)，通過(guò)沿用實(shí)體航標(biāo)典型特征符號(hào)，虛擬航標(biāo)類(lèi)別和作用更易被理解和掌握。

3.2.1.2虛擬航標(biāo)以典型特征符號(hào)為基礎(chǔ)，增加包圍線(xiàn)條

不同顯示方案中，除丹麥提出在實(shí)體航標(biāo)旁邊加注“V”外，其他方案都認(rèn)同在航標(biāo)典型特征符號(hào)的基礎(chǔ)上，增加圓形或菱形包圍線(xiàn)條，包圍線(xiàn)條或以典型特征符號(hào)為中心，或?qū)⒌湫吞卣鞣?hào)置于菱形頂點(diǎn)，或還納入航標(biāo)標(biāo)體型式（如日本），外圍線(xiàn)條型式、位置有所不同。

參照國(guó)內(nèi)外海區(qū)虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)特征，確定長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)制定原則如下：

須包含對(duì)應(yīng)類(lèi)別實(shí)體航標(biāo)顯示符號(hào)的典型特征符號(hào)

可采用虛線(xiàn)圓形或菱形與特征符號(hào)進(jìn)行組合

尺寸顏色等要求以長(zhǎng)江電子航道圖顯示標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)，兼顧國(guó)際、國(guó)內(nèi)海區(qū)航標(biāo)相關(guān)要求

根據(jù)以上原則，參照目前兩大類(lèi)虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)方案，結(jié)合我國(guó)虛擬航標(biāo)顯示方法和長(zhǎng)江電子航道圖自身特征，提出一套長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)符號(hào)顯示方案。

3.2.2 長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)符號(hào)顯示方案

本方案參照IHO S-4標(biāo)準(zhǔn)推行的“圓形+圓內(nèi)頂標(biāo)符號(hào)”顯示方法，沿用我國(guó)海區(qū)虛擬航標(biāo)虛線(xiàn)圓形包圍圈型式，采用虛線(xiàn)圓形與原有實(shí)體航標(biāo)顯示符號(hào)相組合的顯示方法。本方案通過(guò)相似表達(dá)形式可有效銜接我國(guó)海區(qū)和內(nèi)河虛擬航標(biāo)，有利于江海直達(dá)船舶的理解。本方案顯示要求具體有：

（1）長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)符號(hào)由外圍圓、虛擬航標(biāo)類(lèi)型標(biāo)識(shí)以及應(yīng)用設(shè)置方法標(biāo)識(shí)組成。外圍圓符號(hào)顏色采用品紅色，類(lèi)型標(biāo)識(shí)符號(hào)與實(shí)物航標(biāo)符號(hào)顏色一致。

（2）長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)符號(hào)外圍圓中心位置為原實(shí)體航標(biāo)類(lèi)型標(biāo)識(shí)外接矩形的中心，外圍圓半徑為6mm;

（3）長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)類(lèi)型標(biāo)識(shí)與對(duì)應(yīng)類(lèi)型實(shí)體航標(biāo)符號(hào)標(biāo)識(shí)型式、尺寸相同，虛擬航標(biāo)類(lèi)型標(biāo)識(shí)位于外圍圓內(nèi)部;

（4）如果需進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)該航標(biāo)為虛擬航標(biāo)，可以在外圍圓旁邊加以文字性說(shuō)明。目前推薦使用“V”來(lái)加以說(shuō)明，V表示虛擬（Virtual）。

（5）關(guān)于長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)的所有標(biāo)注的文字方向都應(yīng)是直體的。

各類(lèi)長(zhǎng)江電子航道圖虛擬航標(biāo)推薦顯示符號(hào)如表3所示。

這種方案提出的虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)參照IHO、美國(guó)等組織和國(guó)家的虛擬航標(biāo)顯示符號(hào)，采用圓形和現(xiàn)有實(shí)體航標(biāo)顯示符號(hào)組合的方式。方案保留了原有實(shí)體航標(biāo)顯示符號(hào)，只是增加虛線(xiàn)圓圈和說(shuō)明文字突出其為虛擬航標(biāo)，較易被內(nèi)河船員認(rèn)知。同時(shí)采用虛線(xiàn)圓標(biāo)示虛擬航標(biāo)也與我國(guó)海區(qū)虛擬航標(biāo)標(biāo)示方法類(lèi)似，有利于江海直達(dá)船舶用戶(hù)理解。

4 結(jié)束語(yǔ)

虛擬航標(biāo)技術(shù)作為一門(mén)綜合多種信息技術(shù)手段的新型航標(biāo)應(yīng)用技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)的視覺(jué)航標(biāo)的有效補(bǔ)充，是現(xiàn)代化航標(biāo)體系的重要組成部分[4]。目前虛擬航標(biāo)的應(yīng)用十分廣泛，虛擬航標(biāo)大大地降低了實(shí)體航標(biāo)的使用以及維護(hù)成本，減少了傳統(tǒng)航標(biāo)的能源消耗，減少或避免了各種情況的環(huán)境污染。虛擬航標(biāo)并不是為了取代實(shí)體航標(biāo)，也不可能全面取代傳統(tǒng)航標(biāo)，未來(lái)的趨勢(shì)應(yīng)該是由少到多，逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)[5]。

為了推動(dòng)虛擬航標(biāo)技術(shù)更好地應(yīng)用于長(zhǎng)江干線(xiàn)航道，在保障船舶航行安全的前提下，實(shí)現(xiàn)航標(biāo)的遙測(cè)遙控，既可以體現(xiàn)綠色節(jié)能的環(huán)保精神，又能發(fā)揮降低航標(biāo)建設(shè)和維護(hù)成本的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)盡快完善虛擬指標(biāo)的適用范圍、顯示規(guī)范、操作流程等，并出臺(tái)相關(guān)制度和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。隨著船舶電子電氣設(shè)備水平的不斷提高以及大量智能航行船舶的出現(xiàn)，最終將形成虛擬航標(biāo)為主，實(shí)體航標(biāo)為輔的發(fā)展趨勢(shì)。綜合、系統(tǒng)、全面地開(kāi)展長(zhǎng)江干線(xiàn)虛擬航標(biāo)的研究可為如何充分發(fā)揮長(zhǎng)江干線(xiàn)各類(lèi)航標(biāo)助航效能，保障船舶航行安全，提供科學(xué)的技術(shù)支撐。

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