港口引航工作中現(xiàn)代電子技術(shù)的應(yīng)用分析

申宏江

（上海港引航站，上海 200082）

從目前港口引航作業(yè)的現(xiàn)狀而言，要想進(jìn)一步提升引航效果，應(yīng)重視現(xiàn)代電子技術(shù)的作用價(jià)值，根據(jù)實(shí)際情況，將現(xiàn)代電子技術(shù)合理運(yùn)用到港口引航作業(yè)中去，同時(shí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)等各類先進(jìn)設(shè)備取代原本的人力引航模式?，F(xiàn)如今，我國(guó)港口引航作業(yè)所使用的電子技術(shù)通常以GPS 以及AIS 技術(shù)為主，這類技術(shù)的合理應(yīng)用不僅能夠提升引航作業(yè)的整體效果，還能夠保證引航作業(yè)可以順利開(kāi)展。

1 AIS 技術(shù)

AIS 也被稱之為自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，具體構(gòu)成情況大致如圖1 所示。從另一種角度而言，AIS 就是作為一種數(shù)字助航系統(tǒng)設(shè)備，其中包括網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)以及現(xiàn)代通訊等各類技術(shù)，同時(shí)以全球定位系統(tǒng)為重要基準(zhǔn)，并在第一時(shí)間內(nèi)了解并掌握船舶的實(shí)時(shí)位置、行駛速度以及航行方向等相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳遞給周邊船舶以及海岸，確保船舶靠近岸邊時(shí)能夠及時(shí)認(rèn)知海岸船舶動(dòng)態(tài)以及各種靜態(tài)信息，最終以各類信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)出更加科學(xué)合理的管控方案，從而保證各個(gè)船舶之間能夠更加協(xié)調(diào)平衡。與此同時(shí)，還要根據(jù)實(shí)際情況，創(chuàng)設(shè)出更加完善的避讓措施，從多方面、多角度確保船舶在行駛過(guò)程有著更為優(yōu)秀的安全可靠性。其次，此項(xiàng)技術(shù)大致分為數(shù)據(jù)通訊、GPS 差分定位以及AIS 信息運(yùn)用。

圖1 船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

其一，數(shù)據(jù)通訊。通常直至運(yùn)用AIS 船舶引航系統(tǒng)對(duì)各類信息數(shù)據(jù)實(shí)施高效傳輸作業(yè)，其中包括GSM 短信等相關(guān)內(nèi)容，對(duì)比各種傳輸方式，GSM 短信在實(shí)際應(yīng)用時(shí)極其方便，而GPRS 公網(wǎng)通信能夠?qū)⒏黝愋畔?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)较鄳?yīng)系統(tǒng)中去，并且能夠充分滿足長(zhǎng)期在線條件，促使此項(xiàng)技術(shù)經(jīng)常運(yùn)用在船舶短航數(shù)據(jù)傳輸作業(yè)過(guò)程中；

其二，GPS 差分定位已然取代了原本的船信標(biāo)GPS，促使引航設(shè)備最終顯現(xiàn)的便捷性能夠達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2 AIS 技術(shù)的應(yīng)用特征

2.1 避免信息數(shù)據(jù)失真

從事引航工作的相關(guān)人員在對(duì)船舶開(kāi)展引航作業(yè)時(shí)，通常會(huì)以RADAR 或ARPA 技術(shù)實(shí)時(shí)獲取各個(gè)船只的信息數(shù)據(jù)，倘若船舶在行駛過(guò)程中遇到較為惡劣的天氣環(huán)境，就會(huì)嚴(yán)重干擾RADAR 以及ARPA 正常運(yùn)行，最終獲得的信息數(shù)據(jù)也會(huì)發(fā)生極其嚴(yán)重的失真狀況，引航作業(yè)也會(huì)因此難以順利開(kāi)展，致使船舶顯現(xiàn)的安全可靠性難以達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。如若能夠?qū)⒋隧?xiàng)技術(shù)融入到系統(tǒng)中去，引航人員就可以充分運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)順利完成引航作業(yè)，始終確保船舶能夠保持在主航道范圍內(nèi)，并在第一時(shí)間內(nèi)獲得其他船舶的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，以此優(yōu)化原本的避讓計(jì)劃，從而保證船舶能夠正常行駛。相較于上述技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)獲取目標(biāo)船舶的各類信息，其中包括行駛速度有以及船舶類型等相關(guān)內(nèi)容，積極引導(dǎo)引航人員以此類信息數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，合理定位當(dāng)前船舶的實(shí)時(shí)狀態(tài)，從而保證最終創(chuàng)設(shè)的避讓對(duì)策更加科學(xué)合理[2]。

2.2 防止生成錯(cuò)誤信息

如若能夠?qū)IS 技術(shù)應(yīng)用到港口引航作業(yè)中去，不僅能夠充分避免生成各種錯(cuò)誤信息，確保避讓計(jì)劃更加科學(xué)合理，因此，復(fù)雜引航作業(yè)的相關(guān)人員應(yīng)及時(shí)了解并掌握此項(xiàng)技術(shù)的特征以及技術(shù)各類需求，才能夠在具體工作熟練使用此項(xiàng)技術(shù)處理各種難題。從另一種角度而言，AIS 靜態(tài)信息通常以人工錄入方式為標(biāo)準(zhǔn)，倘若員工責(zé)任感較差，就會(huì)導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤狀況。

3 現(xiàn)代電子技術(shù)在港口引航工作中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 雷達(dá)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用及建議

雷達(dá)技術(shù)作為船員和引航員的“眼睛”，其能夠準(zhǔn)確探測(cè)和測(cè)量水面物標(biāo)的具體方位與距離。雷達(dá)技術(shù)主要通過(guò)發(fā)射高頻脈沖對(duì)物體的距離進(jìn)行測(cè)量，雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。通常情況下，港口采用的雷達(dá)波段為S 波段和X 波段，其中X 波段波長(zhǎng)為3cm，該雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)360°全方位的實(shí)時(shí)偵查；S 波段波長(zhǎng)為10cm，其屬于短波。在港口引航過(guò)程中，雷達(dá)主要用于避碰、導(dǎo)航和定位，根據(jù)相對(duì)矢量線可以計(jì)算出船舶最近會(huì)遇距離和會(huì)遇時(shí)間，進(jìn)而判斷出船舶是否存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2019 年3 月某港口東航道2、3 號(hào)浮到61 號(hào)浮航行船舶雷達(dá)位置和雷達(dá)速度均出現(xiàn)丟失報(bào)警的情況。針對(duì)該問(wèn)題港口管理部門懷疑船舶雷達(dá)目標(biāo)跟蹤（TT）和自動(dòng)標(biāo)繪（ARPA）功能出現(xiàn)了故障。但經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)船舶雷達(dá)并未出現(xiàn)故障，造成該故障問(wèn)題的主要原因?yàn)樵撍騁PS 信號(hào)存在丟失情況，雷達(dá)圖數(shù)據(jù)顯示區(qū)如圖3 所示。

圖3 雷達(dá)圖數(shù)據(jù)顯示區(qū)

從圖中可以看出該港口船舶對(duì)于方向的分辨主要利用GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)，艏向采用陀螺羅經(jīng)，無(wú)法直接顯示經(jīng)緯度。從船舶航行速度來(lái)看，船舶航行速度主要可以通過(guò)GPS 或計(jì)程儀顯示，計(jì)程儀可以分為海底計(jì)程儀和水層計(jì)程儀。計(jì)程儀屬于主動(dòng)傳感器，其可以直接顯示船舶的航行速度，而GPS 屬于被動(dòng)傳感器，其需要由船員執(zhí)行相應(yīng)的操作才能夠顯示對(duì)地船速和對(duì)地航向。而雷達(dá)技術(shù)則能夠根據(jù)船舶的實(shí)際位置檢測(cè)船舶周邊的情況，同時(shí)推算出船舶的航速、航向、會(huì)遇距離和會(huì)遇時(shí)間等。此外，雷達(dá)技術(shù)也能夠直觀的顯示船舶和會(huì)遇船的真運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而避免船舶出現(xiàn)碰撞事故。在引導(dǎo)船舶進(jìn)入港口過(guò)程中應(yīng)用雷達(dá)技術(shù)，可以幫助引航員快速掌握和明確水域浮筒、燈標(biāo)和陸地岸線等，進(jìn)而準(zhǔn)確地將船舶引入港口。

3.2 AIS 技術(shù)的應(yīng)用及建議

利用AIS技術(shù)能夠快速識(shí)別配備有AIS系統(tǒng)的船舶，通常情況下AIS 系統(tǒng)能夠識(shí)別20NM 范圍內(nèi)的物體，根據(jù)天氣情況和地形條件等，AIS 技術(shù)識(shí)別范圍可以進(jìn)一步擴(kuò)大。與雷達(dá)技術(shù)相比，AIS 技術(shù)識(shí)別范圍更大，且受到高樓大廈、地形遮擋等因素的影響較小，不會(huì)出現(xiàn)誤跟蹤、漏跟蹤等問(wèn)題，此外AIS 技術(shù)在雷暴天氣環(huán)境中仍能夠準(zhǔn)確快速地識(shí)別船舶。

某船舶在進(jìn)入桂山島港口過(guò)程中，其雷達(dá)信號(hào)被牛頭島所遮擋，在電子海圖中只能觀察到船舶的AIS 圖標(biāo)，如圖4 所示。由于牛頭島遮擋了船舶雷達(dá)直射波，因此船舶雷達(dá)僅顯示了牛頭島的海岸線，但是船舶的AIS 系統(tǒng)可以直觀地顯示牛頭島的具體情況。通常情況下，雷達(dá)主要通過(guò)反射微波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，而AIS 則是通過(guò)VHF 探測(cè)目標(biāo)，雷達(dá)在利用反射微波探測(cè)目標(biāo)時(shí)極易受到地形因素的影響，而AIS 受到的影響相對(duì)較小，因此在高山遮擋的航道水域中，引航員應(yīng)當(dāng)時(shí)刻觀察AIS圖標(biāo)，避免出現(xiàn)船舶航線匯入錯(cuò)誤的情況。

圖4 電子海圖

3.3 雷達(dá)與AIS 融合技術(shù)的應(yīng)用及建議

AIS 技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)均存在優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，將其進(jìn)行融合可以達(dá)到互補(bǔ)的目的，在船舶引航過(guò)程中引航員可以利用AIS 技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)獲取全面可靠的船舶信息，通過(guò)制定合理的引航方案，可以進(jìn)一步保證船舶航行安全性。

某船舶在航行過(guò)程中雷達(dá)屏幕同時(shí)出現(xiàn)了AIS 圖標(biāo)和雷達(dá)圖標(biāo)，雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)距離有遠(yuǎn)有近，因此引航員無(wú)法準(zhǔn)確判斷雷達(dá)信息和AIS 信息的準(zhǔn)確性。出現(xiàn)船舶雷達(dá)信息與AIS 信息不在同一位置的主要原因有兩方面，一方面是船舶AIS 目標(biāo)檢測(cè)位置即船舶AIS 天線位置，而AIS 天線通常安裝于船舶駕駛室上方位置；雷達(dá)探測(cè)位置即船舶回波前沿位置，如果監(jiān)測(cè)目標(biāo)船舶長(zhǎng)度為400m，則雷達(dá)檢測(cè)距離與AIS 監(jiān)測(cè)具體存在400m的差距。另一方面，AIS 與雷達(dá)技術(shù)信息更新頻率存在一定差異。AIS 信息更新速度如表1 所示。在42 號(hào)浮船舶航行速度為15 節(jié)的情況下，AIS 信息更新速度為6s；航行速度為12 節(jié)時(shí)，AIS 信息更新速度為10s。而雷達(dá)信息更新速度通常為3s，并且不會(huì)受到船舶航行速度的影響，因此引航員在近距離避碰過(guò)程中應(yīng)當(dāng)以雷達(dá)監(jiān)測(cè)距離為準(zhǔn)。

表1 AIS 信息更新速度

4 優(yōu)化現(xiàn)代電子技術(shù)使用情況的建議

為進(jìn)一步加強(qiáng)港口引航工作的管理，港口需要構(gòu)建完善的船舶引航管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)主要由GPS、GPRS、計(jì)算機(jī)技術(shù)和GIS 等技術(shù)組成，并且該系統(tǒng)集港口船舶拖輪管理、船舶動(dòng)態(tài)管理、引航管理和GIS 管理等功能。此外，該系統(tǒng)還需包括導(dǎo)航系統(tǒng)、引航管理系統(tǒng)、電子海圖系統(tǒng)、VTS 管理系統(tǒng)和海圖監(jiān)管系統(tǒng)等。在構(gòu)建管理系統(tǒng)過(guò)程中，港口部門需要綜合應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)、GPS 定位技術(shù)、AIS 技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)等進(jìn)而實(shí)現(xiàn)海上導(dǎo)航、港口引航和陸地監(jiān)控的實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化和統(tǒng)一化管理。港口引航管理系統(tǒng)除了需要具備以上功能外，還需要向港口提供引航作業(yè)、航海和海圖數(shù)據(jù)處理功能，通過(guò)對(duì)港口引航作業(yè)信息進(jìn)行分析，幫助引航人員構(gòu)建出完善的引航作業(yè)流程。此外，港口部門也需要借助DEI 技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是構(gòu)建引航作業(yè)申請(qǐng)和船期預(yù)報(bào)申請(qǐng)功能。另外，利用該系統(tǒng)構(gòu)建港口船舶監(jiān)控中心，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)港口附近海域AIS 船舶、拖輪和引航船舶的動(dòng)態(tài)化管理。同時(shí)也能夠?qū)Ω劭诘拇霸诤胶屯２吹葼顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而幫助港口做好船舶引航工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，要想充分滿足出口貿(mào)易的各類需求，應(yīng)加快港口現(xiàn)代化建設(shè)腳步，合理運(yùn)用更加先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)，從多方面、多角度保證引航作業(yè)能夠順利開(kāi)展。從另一層面而言，AIS 技術(shù)作為一種極其先進(jìn)的技術(shù)，從事引航作業(yè)的相關(guān)人員應(yīng)重視此項(xiàng)技術(shù)的作用價(jià)值，根據(jù)港口引航作業(yè)的實(shí)時(shí)情況，合理運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)，確保引航人員能夠在第一時(shí)間內(nèi)了解并掌握船舶各類信息數(shù)據(jù)，并以各類信息數(shù)據(jù)為重要基準(zhǔn)，創(chuàng)設(shè)出更加科學(xué)合理的避讓對(duì)策更加科學(xué)合理。