現(xiàn)代信息技術在船舶通信導航系統(tǒng)中的運用

尹鵬鵬

（交通運輸部煙臺打撈局，山東 煙臺 264012）

0 引言

現(xiàn)代信息技術運行過程中，利用微電子學來對計算機技術和通信技術進行結合與優(yōu)化，實現(xiàn)對不同類型信號的收集、處理和傳輸應用。相比其他信息手段，現(xiàn)代信息技術的應用效果更為優(yōu)異，能夠?qū)Σ煌愋偷男盘栠M行準確識別和傳輸，降低信號丟失或誤差等情況的發(fā)生概率，充分保障信號的準確性。在船舶航行的過程中，通過利用現(xiàn)代信息技術對通訊導航系統(tǒng)進行合理優(yōu)化，進一步提高系統(tǒng)的實際使用效果，以及航行的安全性。

1 船舶通信系統(tǒng)概述

船舶通信導航系統(tǒng)是由船舶通信系統(tǒng)與導航系統(tǒng)組合而成，通過組合系統(tǒng)滿足船舶不同方面的需求。在運行過程中對船舶上的相關信息進行收集并處理，得到船舶的相關信息，并上傳完成相應的航行任務。以往的船舶通信導航系統(tǒng)在組合過程中，需要搭載不同的信息傳輸設備，系統(tǒng)的整體性不強，導致實際的應用效果不理想，無法發(fā)揮出組合系統(tǒng)的實際功能效果。因此，應通過系統(tǒng)升級來提高實際的駕駛效果，降低碰撞故障等發(fā)生的概率，并提高導航的精準度，保證通訊系統(tǒng)正常運行。新時代發(fā)展下，為提高船舶導航信息系統(tǒng)的實際運行效果，應結合現(xiàn)代信息技術對傳統(tǒng)的導航機器技術進行優(yōu)化，確保其符合現(xiàn)代化使用要求，降低風險發(fā)生概率，提高工程建設質(zhì)量，從而為船舶航行保駕護航。

2 船舶通信導航技術發(fā)展現(xiàn)狀

導航與通信系統(tǒng)對于船舶的運輸形式具有重要的意義，為提高實際的導航和通信效果，需要通過結合不同通訊方式來獲取相應的導航信息，從而有效地判斷真實的地理位置和導航結果，確保船舶的正常運行。目前船舶通信與導航系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容包括：

1）GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)。該技術通過利用高軌衛(wèi)星來實現(xiàn)定位和信息的傳輸，通過發(fā)射信號，對目標的距離變化情況以及與目標區(qū)域的位置距離變化進行計算，得到準確的定位信息，便于導航系統(tǒng)進行判斷。

2）GIS地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)在運行過程中，主要通過構建空間信息系統(tǒng)的方式，對地球表面的空間地理信息進行收集和處理，形成較為穩(wěn)定的程序結構[1]。船舶在進行導航和信息傳輸?shù)倪^程中，與地理信息系統(tǒng)進行交互從而得到具體的地理位置信息，以便系統(tǒng)給予正確的導航指引。

3）雷達系統(tǒng)，通過雷達實現(xiàn)信息的傳輸，能夠有效提高信息傳遞的穩(wěn)定性。同時在航行的過程中，可以利用雷達來對周圍環(huán)境進行檢測，準確識別周圍的障礙物，對航行進行調(diào)整。

4）AIS船載自動識別系統(tǒng)，該技術為新型船舶助航技術，在使用過程中能夠與其他船舶進行信息交互，同時與岸上基地之間實現(xiàn)有效的信息傳輸，進一步保障數(shù)據(jù)的傳輸效率，提高導航的精準性，同時該技術具有自動識別效果，整體智能化水平較高，因此在操控的過程中較為便捷。

3 通信網(wǎng)絡運行過程中常見技術

3.1 通信網(wǎng)絡信息去噪技術

在船舶運行過程中，為提高通信真實性和有效性，應對信息進行合理的處理，通過降噪的方式減少其他因素對信息造成的干擾情況，從而有效提高信息的準確性，優(yōu)化信息采集效果[2]。在船舶通信導航過程中，利用傳感器收集信息，受到環(huán)境中噪聲等因素的影響，對傳感器產(chǎn)生較強的干擾，導致收集的信息質(zhì)量相對較低，難以滿足實際需求。因此，通過現(xiàn)代信息技術構建通信網(wǎng)絡信息去噪的方法，不斷加強噪聲處理效果，從而提高數(shù)據(jù)獲取質(zhì)量，優(yōu)化通信效果，保障船舶通訊與導航能力。

3.2 信息傳輸管理技術

船舶通信導航系統(tǒng)中應用現(xiàn)代化通信技術，其最明顯的優(yōu)勢是能夠有效提高信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和真實性。在信息傳遞的過程中，通過信息域編碼以及最大信息似然值解碼等方式對信息進行轉(zhuǎn)換，避免信息出現(xiàn)丟失和傳輸錯誤等情況。以最大信息似然值解碼為例進行分析。該技術在信息預編碼的基礎上對純屬信息進行再次加工處理，確保信息具有較為良好的導航能力，同時能夠有效提高船舶中不同設備之間的連接效果，從而提高信息傳輸?shù)恼鎸嵭院陀行裕岣卟煌到y(tǒng)的實際運行效果。在技術實施過程中，設置解碼條件，并對其他環(huán)境因素進行控制，提高該系數(shù)的實值水平，發(fā)現(xiàn)其中的信息似然值解碼的數(shù)值增大。在此基礎上，得到船舶通信過程中最大信息似然值解碼條件公式：

式中：I為非應用標準下的解碼條件；△E為在單位時間內(nèi)信息似然值變化量；p1和pn分別為第1個和第n個信息似然值解碼過程中的匹配參量；R為既定的解碼系數(shù)。

4 現(xiàn)代信息技術在船舶通信導航中的實際應用

4.1 VAST衛(wèi)星通信技術

現(xiàn)代信息技術主要通過利用衛(wèi)星來實現(xiàn)信息的傳輸與發(fā)送，在船舶通信與導航過程中，利用VAST衛(wèi)星通信技術能夠有效提高船舶信息發(fā)送與接收效果，同時極大地控制信息傳輸過程中的成本消耗。VAST衛(wèi)星通信技術能夠傳輸不同類型的信息，如文字、影像或音頻等，由于其天線口徑相對較小，使得其在進行信息傳輸?shù)倪^程中，可靠性更高，成本更低，整體更為便捷。由于VAST衛(wèi)星通信技術在使用時，不受地形和距離等因素的影響，因此可將其應用在船舶與船舶之間以及船舶與海岸之間的通信中。VAST衛(wèi)星通信信息發(fā)送過程中主要利用路由器和衛(wèi)星實現(xiàn)信號傳輸，能夠避免占線和延遲等故障，提高信息傳遞的及時性和準確性。VAST通信系統(tǒng)的接口小，支持多分支和大量信息的傳輸，直接在船舶中安裝路由器，與相鄰衛(wèi)星之間進行連接，鞏固有效VAST互聯(lián)網(wǎng)，提高整體的信息傳輸效率。

此外，利用VAST衛(wèi)星通信技術，能夠提高船舶對氣象情況的了解，更準確的構建海圖，幫助船舶加強對海域情況的觀察與了解，并根據(jù)實際的氣象情況對航行方向以及路線進行調(diào)整和優(yōu)化，保障船舶航行的安全性。在以往船舶航行過程中，獲取和接收最新氣象圖時，容易受到傳輸距離以及太陽黑子等不同因素的影響，極易造成信號的丟失情況，導致行駛的船舶無法實時接收最新氣象圖，管理人員無法根據(jù)實際情況來對航行線路等進行決策，影響行駛安全性。在VAST衛(wèi)星通信技術的幫助下，通過利用VAST網(wǎng)絡的方式實現(xiàn)信息的快速傳播，提高氣象信息獲取的穩(wěn)定性，從而便于船舶結合實際情況進行航行線路的調(diào)整與優(yōu)化，保障船舶行駛的安全性[3]。

在構建VAST衛(wèi)星通信系統(tǒng)的過程中，應明確其主要的構成部分。VAST衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要分為：1）空間部分，主要構件為衛(wèi)星，負責支持VAST通信的衛(wèi)星一般為靜止衛(wèi)星。2）地面通信設備、主站以及用戶，利用信號傳輸能夠構建相應的網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)對VAST通信的控制，便于結合船舶航行情況進行合理設置，提高整體網(wǎng)絡連接效果，加強信息傳輸質(zhì)量。

4.2 VAST網(wǎng)絡應用技術

隨著現(xiàn)代信息技術的不斷發(fā)展，通過構建VAST網(wǎng)絡，能夠在船舶航行過程中提供網(wǎng)頁瀏覽以及視頻會議等功能，滿足駕駛人員和乘客的實際需求[4]。為使通信和導航系統(tǒng)的運行需求得到滿足，應充分利用VAST衛(wèi)星通信技術構建相應的網(wǎng)絡。在搭建的過程中應按照VAST網(wǎng)絡整體結構進行合理的劃分，按照標準方式安裝主站以及用戶路由器等設備。由于船舶航行距離相對較遠，且移動速度相對較快，針對該情況可以利用VAST衛(wèi)星小數(shù)據(jù)站與船舶直接進行連接，不借助地面的線路，不受地形和地面通信條件的制約，且及時獲取船舶相關信息，提高信號傳輸?shù)膶嶋H效果，降低電磁等環(huán)境因素的影響，保障船舶上用戶對網(wǎng)絡的應用。同時為了提高局域網(wǎng)的實際作用效果，應提高構建密度，每隔一定距離設置相應的用戶路由器連接點，確保船舶內(nèi)部的VAST網(wǎng)絡搭建更加穩(wěn)定，從而為信息的傳輸以及船舶導航等功能提供良好的保障效果。一般情況下，船舶在VAST網(wǎng)絡搭建過程中不需要使用連接設備，直接借助衛(wèi)星信號傳輸即可完成信號的傳遞。

在江汽渡船運行過程中，為保障通信安全，利用VAST網(wǎng)絡系統(tǒng)對船只進行監(jiān)控和管理。在監(jiān)管過程中，每條船上搭載12～20路攝像頭視頻，并與航線兩岸距離在8 km以上，為使監(jiān)控視頻能夠順利的傳輸，避免環(huán)境因素的影響，需要構建VAST網(wǎng)絡，有效避免電磁影響，同時提高對環(huán)境影響因素的防護效果，保證船舶的視頻傳輸質(zhì)量，如圖1所示。

圖1 江汽渡船網(wǎng)絡連接設備

4.3 信息導航數(shù)據(jù)管理技術

船舶航行過程中，由專門的設備對航行過程中的相關數(shù)據(jù)進行收集和儲存，在船舶運行過程中，對其動態(tài)和靜態(tài)的核心數(shù)據(jù)進行全面收集，以便進行分析和應用。如在船舶遇到危險情況時，可以通過對航行數(shù)據(jù)的分析，了解實際情況，進行救援管理，船舶航行數(shù)據(jù)的重要性不言而喻。在以往的數(shù)據(jù)管理過程中，受到技術水平制約，可能存在數(shù)據(jù)丟失泄露或惡意篡改等現(xiàn)象，影響實際的數(shù)據(jù)管理質(zhì)量。在現(xiàn)代信息技術中，通過構建專業(yè)的信息管理體系，能夠?qū)?shù)據(jù)進行收集整理和應用，進一步為船舶航行提供真實數(shù)據(jù)，提高船舶航行的安全性。

由于船舶航行數(shù)據(jù)的管理規(guī)則較多，并且內(nèi)容較為復雜，整體管理難度較大。因此在進行管理的過程中應基于GPS系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)，創(chuàng)建健全的數(shù)據(jù)管理體系。以美國GPS系統(tǒng)為例， 1964年投入使用，利用衛(wèi)星定位船舶的具體位置，對數(shù)據(jù)進行收集和儲存。系統(tǒng)應用過程中，利用信息技術對航海數(shù)據(jù)進行全面的分析，結合數(shù)據(jù)支持船舶導航和救援等工作，從而保障船舶航行的安全，如圖2所示。

圖2 船舶GPS數(shù)據(jù)管理體系

船舶中數(shù)據(jù)管理主要對3方面數(shù)據(jù)進行收集、處理和儲存。1）靜態(tài)數(shù)據(jù)，主要指不隨船只運行而發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)管理體系對船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)進行管理的過程中，主要對其航行過程中可控的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理；2）動態(tài)數(shù)據(jù)，主要指船舶行駛過程中發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，對該類型數(shù)據(jù)進行管理的過程中，需要利用數(shù)據(jù)管理體系對航行過程數(shù)據(jù)進行主動的收集和儲存，通過對動態(tài)數(shù)據(jù)的計算和分析能夠指導船舶安全運行；3）作業(yè)及功能數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容為船舶運行過程中，各組成部分的運行狀況即運維管理相關數(shù)據(jù)，通過對該類型的管理，能夠了解船舶的實際情況。在實際的管理過程中利用現(xiàn)代信息技術對相關數(shù)據(jù)進行管理和識別，及時發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)并進行明確標記，以便管理人員進行分析和處理從而保證船舶的正常運行。

4.4 船舶一體化通信導航管理技術

隨著現(xiàn)代信息技術的不斷發(fā)展，船舶通信導航技術也在不斷提升，通過將通信導航網(wǎng)絡與智能化管理技術和數(shù)字寬帶網(wǎng)絡等技術進行有機結合，構建船舶一體化通信導航網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，有利于提高船舶通信技術水平，保障導航的安全性。一方面利用光纖通信技術和數(shù)字化技術構建先進的寬帶網(wǎng)絡，使船舶局域網(wǎng)質(zhì)量得到提升，同時擴大網(wǎng)絡覆蓋面積，進一步加強船舶之間以及船舶與岸邊基地之間的信息交互，提高船舶導航的真實性。另一方面，通過一體化設計，提高網(wǎng)絡智能控制水平。在運行過程中，選擇更加優(yōu)質(zhì)清晰的網(wǎng)絡路徑進行連接，為使用者提供更加良好的服務，有效保障信息通信效果。

5 結語

現(xiàn)代信息技術的應用較為廣泛，將其應用到船舶通信導航領域中能夠有效提高通信導航系統(tǒng)的實際應用效果，在信息技術的幫助下，構建局域網(wǎng)和信息管理體系，滿足船舶在通信和導航等方面的實際需求，進一步優(yōu)化船舶航行過程中的安全性。