韓佳彤

摘 要：本文構(gòu)想了無人船時代航海保障部門如何更好針對無人船提供航海保障服務(wù)。在航?，F(xiàn)有的航標、通信、測繪業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，結(jié)合E航海理念和人工智能等相關(guān)技術(shù)，為升級完善航保服務(wù)功能提供思路。

關(guān)鍵詞：無人船 航海保障 服務(wù)

1.前言

無人船的學(xué)名叫水面機器人，是一種不需要人上船駕駛， 可以完全獨立自主執(zhí)行任務(wù)的船只。據(jù)專家預(yù)測，未來十年將是無人船領(lǐng)域發(fā)展的黃金時間，從軍用到民用的潛在市場在千億級別以上。無人船時代來臨被認為只是時間問題。

無人船時代來臨，傳統(tǒng)的視覺航標和VHF語音發(fā)布助航信息等航海保障手段作用將削弱，取而代之的應(yīng)該是根據(jù)無人船的操控系統(tǒng)要求、工作特點、運動特性來提供相應(yīng)的助航服務(wù)。因此，針對無人船的航海保障服務(wù)應(yīng)聚焦于：提供利于無人船控制系統(tǒng)識別的無線電航標或利于機器視覺識別的視覺航標；加強大帶寬、高速度、高頻率、高可靠性的海上通信鏈路建設(shè)；建設(shè)船船信息交互和船岸信息通訊平臺，能夠根據(jù)船舶吃水、船舶類型等提供適合船舶的推薦航線，并沿途推送水文氣象、航行通警告等海上安全信息；提供與真實環(huán)境相同的虛擬現(xiàn)實仿真航行平臺等。

2.航標服務(wù)

無人船的控制主要依靠陸地控制中心和雷達、攝像頭、紅外傳感器等，因此，為無人船提供的航標服務(wù)應(yīng)以無線電導(dǎo)航臺、無線電指向標、差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）、船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）、雷達指向標、雷達應(yīng)答器等無線電航標和利于機器視覺識別的目視航標為主。目前，AIS基站信號已基本實現(xiàn)對我國沿海近岸主要通航水域、長江干線和內(nèi)河4級以上高等級航道及部分封閉水域的通信覆蓋。依托AIS基站設(shè)置的AIS虛擬航標設(shè)置快捷，成本低廉，且易于被船用電子海圖識別和解析，因此無人船時代AIS虛擬航標將發(fā)揮巨大作用。

3.通信服務(wù)

依賴電子導(dǎo)航的無人船與岸基系統(tǒng)的信息交換將更為頻繁，海上通信平臺應(yīng)用需求和業(yè)務(wù)將大幅擴展。無人船艇的通信對象主要有無人船艇與母船之間、無人船艇之間， 通信的內(nèi)容主要有母船對無人船艇的指令信息、無人船艇實時回傳的運動狀態(tài)信息以及視頻信息等。目前的海事通信平臺，服務(wù)內(nèi)容分散、手段單一、帶寬、信息處理的效率和數(shù)據(jù)存儲容量漸漸無法滿足海洋信息系統(tǒng)擴展需要，成為海上多種應(yīng)用系統(tǒng)性能瓶頸。

無人船時代的通信服務(wù)一是要加強甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（V D E S）、甚小口徑衛(wèi)星終端站（VSAT）、衛(wèi)星通信等大帶寬、高速度、高頻率、高可靠性的海上通信鏈路建設(shè)。二是加強海事云通信平臺建設(shè)。云計算平臺是大數(shù)據(jù)時代最熱門的研究方向之一。主要利用虛擬技術(shù)、分布式計算及并行網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)，有效整合不同區(qū)域的信息資源和不同的硬件結(jié)構(gòu)，并進行有效地劃分和利用，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲能力，同時提高計算、傳輸和存儲效率?？蛻艉头?wù)通過標準服務(wù)技術(shù)支持的標準化W e b服務(wù)技術(shù)進行通信，以建立和促進通信。E航海戰(zhàn)略確定后，以“按需服務(wù)和屏蔽數(shù)據(jù)源”的理念將成為未來發(fā)展趨勢。即用戶無需關(guān)心自己所需的信息通過何種渠道、何種具體設(shè)備，而是怎樣能夠方便快捷地獲取到所需信息。因而，所有船舶信息數(shù)據(jù)的收集和傳輸最好基于通用的協(xié)議模型。同時數(shù)據(jù)傳輸要滿足用戶相互識別需求。海事云的概念為地理環(huán)境中的身份管理，身份驗證，加密，真實性驗證，服務(wù)發(fā)現(xiàn)和帶寬/覆蓋高效消息提供了標準化的協(xié)議和功能支持。通過定義面向服務(wù)的通信系統(tǒng)，可以在全球互操作性的背景下輕松開發(fā)針對海事最終用戶的創(chuàng)新解決方案，從而為航運管理和服務(wù)部門提供一個開放的供應(yīng)商中立平臺，有助于信息交換無邊界，并在互聯(lián)網(wǎng)，衛(wèi)星，蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字無線電鏈路等各種通信渠道上得到保障。這一概念應(yīng)能夠使各種船舶類型以及海上結(jié)構(gòu)和岸上的異構(gòu)軟件系統(tǒng)，包括智能手機，平板電腦和個人計算機等，根據(jù)標準化接口，協(xié)議和訪問控制權(quán)進行交互（EfficienSea2，D3.2）。三是拓展AIS系統(tǒng)功能。由于基于V H F通信頻段和S O T D M A通信協(xié)議的AIS系統(tǒng)存在系統(tǒng)容量和VHF通信系統(tǒng)9.6kbps的傳輸帶寬限制，無法適應(yīng)船舶間和船岸間越來越多的信息傳輸需求。有學(xué)者提出基于公網(wǎng)GPRS / CDMA / 3G通信系統(tǒng)移動IP技術(shù)的自動識別技術(shù)，作為AIS系統(tǒng)的補充。

4.構(gòu)建統(tǒng)一調(diào)配的海事信息共享大平臺

當(dāng)無人船舶普及后，很可能出現(xiàn)：當(dāng)船舶遇到緊急情況，岸上指揮者有的建議加速從他船船頭經(jīng)過，有的建議減速從他船船尾經(jīng)過，導(dǎo)致決策混亂。且“多龍治水”水上管理狀況造成海上監(jiān)管和服務(wù)部門各自掌握不同的數(shù)據(jù)，海上安全信息部門化、孤立化、碎片化，缺乏信息共享平臺，難以對數(shù)據(jù)進行有效分析、挖掘和整合，數(shù)據(jù)利用率不高，難以提供系統(tǒng)有效的海上安全信息。如果將所有船舶航線途經(jīng)信息匯總到同一平臺進行統(tǒng)一調(diào)配，可以避免這種情況出現(xiàn)。

因此需要構(gòu)建統(tǒng)一調(diào)配的海事信息共享大平臺。這一平臺能夠為船舶提供動態(tài)的航線計劃，實現(xiàn)基于AIS、ECDIS、水深數(shù)據(jù)模型以及環(huán)境管理工具的船舶積極動態(tài)的航線計劃。同時，可以收集、交換、整合、分析和顯示信息，包括航道、航標、港口、海況和地理、船舶船員、航運管理、貨物及航運市場、公共服務(wù)等信息在內(nèi)的所有信息，形成涵蓋主要涉水活動的、以海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的信息資源池，實現(xiàn)信息的無縫共享。這一大平臺應(yīng)立足于E航海系統(tǒng)基本架構(gòu)規(guī)范數(shù)據(jù)源標準，同時，根據(jù)海事和港航等單位需求，將采自數(shù)據(jù)中心的源數(shù)據(jù)接入有關(guān)部門的信息系統(tǒng)，實現(xiàn)充分有效地融合數(shù)據(jù)。 通過云計算對大量數(shù)據(jù)進行深度挖掘、篩選加工，通過微信公眾服務(wù)平臺、門戶網(wǎng)站、手機APP等服務(wù)方式，利用公網(wǎng)、甚高頻、衛(wèi)星鏈路等為用戶提供個性化定制服務(wù)。

5.研究開發(fā)“無人船仿真和虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)”

在常用的計算機仿真系統(tǒng)中，把人視為旁觀者，可視場景不會隨著用戶的視點進行相應(yīng)變化，沒有身臨其境之感，不強調(diào)實時交互，人的想法需要與計算機相適應(yīng)。虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)帶來了人機交互的新概念和新方法，強調(diào)人對虛擬環(huán)境的主導(dǎo)作用，作為參與者沉浸其中，使人機交互的內(nèi)容更生動和豐富，方式更和諧和自然。虛擬現(xiàn)實技術(shù)以計算機技術(shù)為核心，生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的虛擬現(xiàn)實環(huán)境。用戶通過特殊的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象交互。產(chǎn)生等同于真實環(huán)境的感受和經(jīng)驗。基于虛擬現(xiàn)實的無人船仿真訓(xùn)練系統(tǒng)包含高級三維圖形加速卡、立體眼鏡、大屏幕顯示設(shè)備、立體音響，頭盔現(xiàn)實和位姿跟蹤設(shè)備，應(yīng)用圖像全景建模、碰撞檢測、音頻虛擬等技術(shù)建立虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練系統(tǒng)，對無人船的遠程操控人員進行實操訓(xùn)練。

航保部門可以在提供電子海圖的基礎(chǔ)上進一步拓寬服務(wù)，為無人船提供虛擬的水上環(huán)境實景模型。可以采用基于圖像的全景建模技術(shù)，增強場景模型的深度感和真實感。比如：使用數(shù)碼相機在水域現(xiàn)場一個固定點環(huán)拍實景一系列相片，經(jīng)過拼接、平滑等處理，形成360度全景圖片，根據(jù)觀察者的角度，將圖片進行數(shù)字化變形，投影到虛擬場景中。

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