陳志強

（長江水上交通監(jiān)測與應急處置中心，湖北 武漢 430000）

隨著全球一體化進程的推進，水路運輸活動越發(fā)重要，然而隨之而來的是對船舶通航安全的重視。目前，我國內(nèi)河已經(jīng)建立的VTS、AIS等系統(tǒng)尚未實現(xiàn)全線連接，無法快速、準確地對船舶動態(tài)信息進行持續(xù)跟蹤，導致相關應急救援活動時效較長，錯過最佳救援時間，導致不可挽回的損失。基于上述情況，本文以電子航道圖為基礎，設計了一套內(nèi)河船舶動態(tài)信息顯示系統(tǒng)，能夠?qū)ο嚓P通航信息進行全方位展示。

1 長江電子航道圖相關概述

長江電子航道圖的作用。長江電子航道圖是一種利用現(xiàn)代計算機計算和地理信息技術，將長江航道相關要素進行技術處理，制作而成的內(nèi)河數(shù)字化地圖，它整合了航標、礙航物等眾多航道基礎數(shù)據(jù)。電子航道圖能夠幫助船舶避免障礙物和危險區(qū)域，確保航行安全。其通常由航海電子設備上的顯示屏來展示，這些設備可以通過衛(wèi)星導航系統(tǒng)、雷達和其他傳感器來獲取相關數(shù)據(jù)，并將其顯示在船舶上。另外，電子航道圖可以顯示航道的深度、航標、船只位置和其他重要信息，以幫助船舶駕駛員做出正確的航行決策。與傳統(tǒng)的紙質(zhì)航道圖相比，電子航道圖的優(yōu)勢在于其實時性和準確性，可以隨時更新，以反映最新的航道變化和通航條件。與此同時，電子航道圖還可以與其他航海設備集成使用。例如，它可以與自動導航系統(tǒng)配合使用，以自動控制船舶的航向和速度；它還可以與船舶通信系統(tǒng)集成，以實時傳輸航行數(shù)據(jù)和航道更新。盡管電子航道圖在內(nèi)河航行中起著重要的作用，但仍然需要船舶駕駛員具備良好的導航技能和判斷力。電子航道圖只是輔助工具，船舶駕駛員仍然需要依靠自己的經(jīng)驗和知識來做出最終的決策。

2 基于電子航道圖的船舶動態(tài)信息顯示系統(tǒng)設計思路

2.1 系統(tǒng)需求分析

（1）該系統(tǒng)需要獲取船舶的動態(tài)信息。船舶動態(tài)信息是系統(tǒng)實現(xiàn)的重要基礎，為了實現(xiàn)這一目標，系統(tǒng)需要與現(xiàn)有的船舶AIS、VTS及北斗等設備及系統(tǒng)進行通信，船舶上的導航設備通常會定期發(fā)送船舶的位置、速度、航向等信息。系統(tǒng)通過與船舶設備建立連接，實時接收船舶的動態(tài)信息。

（2）系統(tǒng)需要將船舶的動態(tài)信息與電子航道圖進行集成。系統(tǒng)將船舶的動態(tài)信息與電子航道圖進行匹配，通過圖形化的方式顯示船舶的位置和航行狀態(tài)。為了提高系統(tǒng)的實時性和準確性，系統(tǒng)還需要實時更新電子航道圖。電子航道圖由長江航道局提供，包含最新的航道信息和浮標位置。系統(tǒng)需要定期從數(shù)據(jù)源獲取最新的電子航道圖，并將其與船舶的動態(tài)信息進行匹配。

（3）為了方便用戶查看船舶的動態(tài)信息，系統(tǒng)還需要提供用戶界面。用戶界面可以是一個圖形化的界面，顯示船舶的位置、速度、航向等信息。用戶可以通過界面進行操作，如放大、縮小地圖、選擇特定的船舶、到達港口推薦航線等。此外，為了提高系統(tǒng)的可用性和安全性，系統(tǒng)還需要具備一定的功能。例如，系統(tǒng)可以設置警報功能，當船舶出現(xiàn)異常情況時，自動觸發(fā)警報。系統(tǒng)還可以提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能，用戶可以查詢過去一段時間內(nèi)的船舶動態(tài)信息。

2.2 系統(tǒng)結構設計思路

基于電子航道圖的船舶動態(tài)信息顯示系統(tǒng)以長江航道局最新電子航道圖為基礎，利用數(shù)據(jù)交換平臺實現(xiàn)電子航道圖與應急指揮所之間的數(shù)據(jù)融合的系統(tǒng)。

3 基于電子航道圖的船舶動態(tài)信息顯示系統(tǒng)具體設計

基于電子航道圖的船舶動態(tài)信息顯示系統(tǒng)主要由電子航道圖數(shù)據(jù)庫與顯示系統(tǒng)兩個部分組成。電子航道圖作為系統(tǒng)整體的數(shù)據(jù)源，完成相關信息的存儲與轉(zhuǎn)化，而顯示系統(tǒng)需要從數(shù)據(jù)庫中獲取通航相關數(shù)據(jù)，并將其展示給船舶駕駛員。

3.1 電子航道圖數(shù)據(jù)庫

3.1.1 電子航道圖數(shù)據(jù)庫構成

根據(jù)實際數(shù)據(jù)使用需求，可以將電子航道圖中的相關數(shù)據(jù)劃分為兩大類：一是現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息；二是需要新建的補充信息。現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息需要包括AIS信息、VTS 信息、北斗信息、船員基本信息、船員信息、違規(guī)信息、通信設備信息、船舶報港信息、船舶基本信息、船舶動態(tài)信息等，該部分信息的獲取主要是利用數(shù)據(jù)交換平臺從目前已經(jīng)建設完成的數(shù)據(jù)庫取得。還需要補充信息包括氣象信息、水文信息、專家信息以及搜救力量等應急資源信息、協(xié)調(diào)單位信息等，此部分信息需要進行專門的收集與整理。兩部分信息均利用數(shù)據(jù)庫的形式進行儲存與管理。

3.1.2 相關數(shù)據(jù)處理流程

在船舶通航過程中，需要對相關通航信息進行接收與處理，此功能可以通過利用數(shù)據(jù)交換平臺實現(xiàn)與電子航道圖的對接，以接收AIS設備信息、VTS設備信息以及北斗設備信息等。同時利用數(shù)據(jù)交換平臺以統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準實現(xiàn)對數(shù)據(jù)格式、坐標、時標等的轉(zhuǎn)化處理，實現(xiàn)對點跡、航跡、單航軌跡、航跡跟蹤等相關數(shù)據(jù)進行處理，最后，對相關信息進行存儲管理，并向通過顯示系統(tǒng)展示給船舶駕駛員。如船舶航跡融合跟蹤功能，可以利用靜態(tài)權重和動態(tài)權重相結合的算法對權重進行融合，靜態(tài)權重負責讀取相關文件，動態(tài)權重負責對數(shù)據(jù)延遲等進行調(diào)整。利用卡爾曼算法對數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)對船舶航跡的數(shù)據(jù)跟蹤。該方法測得的航跡更加精準，同時能夠避免因數(shù)據(jù)延遲出現(xiàn)船舶位置目標突然跳變的情況。

3.2 船舶動態(tài)信息顯示系統(tǒng)

船舶動態(tài)信息顯示系統(tǒng)主要由電子航道圖子系統(tǒng)、航道圖作業(yè)子系統(tǒng)、航道圖更正子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)、信息查詢子系統(tǒng)以及接口管理子系統(tǒng)、動態(tài)跟蹤子系統(tǒng)組成。顯示系統(tǒng)的航道圖數(shù)據(jù)需要滿足IHO S-52國際標準，并符合《長江電子航道圖制作規(guī)范》《水運工程測量規(guī)范》等行業(yè)標準，并且船舶駕駛員需要能夠?qū)降缊D進行相關操作。

3.2.1 電子航道圖子系統(tǒng)

航道圖顯示是該系統(tǒng)最基礎的功能，同時也是為通航工作提供相關信息的直接手段。電子航道圖子系統(tǒng)能夠根據(jù)實際情況，實現(xiàn)對航道圖的選擇、縮放、漫游等基本操作，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)對航道圖的分層顯示、模式選擇、背景控制以及光標復位、定位顯示、校正等功能。其中航道圖顯示可以根據(jù)船舶通航的實際需求在數(shù)據(jù)庫中選擇相關水域的航道圖；漫游功能可以實現(xiàn)船舶駕駛員對即將通航水域航道圖的提前了解，模式管理可以為船舶駕駛員根據(jù)實際通航情況選擇如地圖顯示模式或者S-52模式等；定位顯示功能能夠?qū)崿F(xiàn)船舶駕駛員自主定位并顯示定位點附近航道圖，或者根據(jù)報警求救信息位置自動定位并顯示航道圖。而其他與通航有關的位置信息或者天氣信息等都可以在航道圖上進行疊加展示。

3.2.2 航道圖作業(yè)子系統(tǒng)

通過該子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多方位距離測量、航道圖標繪制以及修改、航線管理等功能。利用航道圖作業(yè)功能，能夠促使船舶航行有效避免惡劣天氣帶來的不利影響，同時實現(xiàn)對航線的繪制，并根據(jù)實際情況，選擇對既定航線進行修正。船舶駕駛員可以利用航道作業(yè)子系統(tǒng)實現(xiàn)對通航過程中各種要素信息的查詢。

3.2.3 航道圖更正子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)具備身份驗證、航線手動更正、自動更正3個主要功能。在船舶駕駛員需要對航道圖進行更正時，需要利用身份驗證功能，對船舶駕駛員的合法操作權進行驗證，只有在驗證通過后，才能對航道圖進行更正、修改、保存等操作。其中手動更正功能主要是通過航道圖更正工具進行操作，手動更正航道圖需要嚴格按照標準進行操作。而局域網(wǎng)用戶可以直接利用自動改更正功能進行航道圖更正。

3.2.4 數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)包括身份驗證、數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)修正以及數(shù)據(jù)備份等功能，在使用該功能前，需要對操作者的合法操作權進行驗證，利用相關數(shù)據(jù)導入工具，能夠?qū)⑹噶亢D數(shù)據(jù)、光柵海圖數(shù)據(jù)、港口及設施、水域的氣象及水流/波浪等數(shù)據(jù)以及其他屬性數(shù)據(jù)與航道等相關信息或者全域地圖數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)中進行保存，方便隨時取用。

3.2.5 信息查詢子系統(tǒng)

船舶駕駛員可以通過該子系統(tǒng)實現(xiàn)對指定區(qū)域內(nèi)的船舶動態(tài)信息以及通航情況的詳細信息進行查詢。可查詢的相關信息包括船舶的基本信息、船員基本信息、通信設備信息、船舶動態(tài)信息、危險品規(guī)則信息等。與此同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)對求救船舶的相關信息查詢，如專家信息、氣象信息、水文信息、搜救力量信息、協(xié)調(diào)單位信息、應急資源信息和通航環(huán)境等。

3.2.6 接口管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)能夠?qū)PS、VTS、AIS、北斗等相關設備的接口進行管理。如通過GPS、北斗等接口，能夠讀取設備給出的船舶通航過程的動態(tài)信息等；利用Inmarst-C/F接口，能夠?qū)崿F(xiàn)對船舶的動態(tài)信息顯示系統(tǒng)的各類運行參數(shù)進行配置、修改等操作，同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)通航過程中與港口信息實現(xiàn)岸船通信。

3.2.7 動態(tài)跟蹤子系統(tǒng)

通過該子系統(tǒng)，船舶駕駛員能夠在顯示系統(tǒng)上直觀地看到船舶通航過程中的航向、航速、位置等動態(tài)信息，除了能夠?qū)崿F(xiàn)對自身船舶信息的顯示外，還可以對一定范圍內(nèi)其他船舶的動態(tài)信息進行顯示，避免出現(xiàn)碰撞事件，對于目標船舶的動態(tài)或者靜態(tài)信息，可以按照實際使用需求進行區(qū)分，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對自身或者目標船只的歷史航行軌跡查詢與顯示。

4 基于電子航道圖的船舶動態(tài)信息顯示系統(tǒng)測試與結果

通過對該系統(tǒng)的實際測量，可以確認電子航道圖的主界面能夠?qū)崿F(xiàn)對通航附近的如水深、水文信息、水流方向以及岸線信息等相關信息的直觀展示，并且船舶駕駛員在具備合法操作權限的基礎上，可以對上述信息進行查詢、操作。另外，在實際測試過程中，也對一定范圍內(nèi)的船舶通航情況進行了測試驗證。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對本船只通航范圍內(nèi)，其他船舶的經(jīng)緯度信息以及船向、航向、航速等相關信息的顯示，能夠為船舶駕駛員提供良好的通航安全保證。另外，通過本系統(tǒng)的船舶動態(tài)信息跟蹤子系統(tǒng)，能夠接收一定范圍內(nèi)的求救信息，包括求救信息的相關船舶形式信息以及預計到達所在地的時間等相關信息。而上述功能的實現(xiàn)，能夠有效減少在船舶發(fā)出求救信息后相關部門收集信息的時間，實現(xiàn)對求救信息實時收集，自動處理，極大程度上提高了相關部門的應急響應速度，有效地保證了船舶通航以及船員的人身安全。

另外，該系統(tǒng)配置的相關工具功能，可以有效地對電子航道圖進行選擇、縮放、查詢、測距、更正以及航道圖下載，打印等功能，極大程度上提高了電子航道圖的可操作性與可讀性，使得應急指揮工作更加便捷、快速。通過測試，結果顯示，區(qū)域性的較大電子航道圖的加載時間在15s內(nèi)，單幅航道圖能夠在4s內(nèi)完成加載，并且每秒對電子航道圖進行一次刷新，每2～4s對船舶位置進行標繪，同時利用船舶自身的動力系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)該系統(tǒng)的全天候運行。另外，該顯示系統(tǒng)具備較高的顯示精度，其中電子航道圖的航向等信息精度到小數(shù)點后一位，航速信息精確到小數(shù)點后1位；電子航道圖的比例尺可以實現(xiàn)1:2000～1:500萬之間的調(diào)整。

5 結語

綜上所述，目前國內(nèi)的船舶通航管理工作日趨復雜，船舶的動態(tài)跟蹤信息分布于各個系統(tǒng)中，無法形成統(tǒng)一的、直觀的獲取。而本文所設計的船舶動態(tài)信息顯示系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電子航道圖、VTS系統(tǒng)、AIS系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)的連接整合。利用數(shù)據(jù)交換平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)在電子航道圖中對船舶通航的實時信息進行動態(tài)跟蹤以及實時顯示，同時還能夠根據(jù)實際情況，對電子航道圖進行更正等。上述功能的實現(xiàn)，為我國船舶通航應急反應與應急救援指揮工作提供了良好的信息支撐，對于提升應急指揮效率有著重要的推動作用。