虚拟航标及其应用研究

郑祥鑫+刘枭

摘 要：虚拟航标是现代化船舶助航服务新技术，该技术涵盖了计算机技术、卫星导航定位新技术、电子海图以及船舶自动识别系统（Automatic Identification System， 简称AIS系统）等高新技术手段。本文主要介绍了虚拟航标的定义、优点以及使用局限性，并对虚拟航标的实际应用及未来发展趋势进行分析。

关键词：虚拟航标 AIS 应用

1.引言

航标是保障船舶航行安全以及航行效率的重要设施，航标通常设于通航水域或其近处，以标示航道、锚地、滩险及其他碍航物的位置，是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的人工标志。传统的船舶航行方向确定依赖岸边的灯塔、灯浮以及灯船等提示性的航海指标，然而受海上天气多变的影响，在浓雾、暴风、暴雨等天气环境中，传统视觉航标的功能会受到很大的影响。而随着航海技术的不断提升，AIS岸基系统以及船用AIS得到普及，该技术突破了传统航标灯的视觉局限性，并且通过航标动态信息发布，能够在最短的时间将航标信息发布到附近在航船舶，从而为船舶的安全航行提供更好的服务。

2.虚拟航标及分类

2.1基于AIS的虚拟航标

虚拟航标完全基于AIS设立的，基于AIS的虚拟航标指的是在航标上安装AIS设备，航标的工作模式与商船上面安装的AIS大致相同，工作方式是点对点的方式。AIS设备运行过程中，在信号覆盖的区域商船接收到船舶发出的航行信号后，船舶依赖自己的系统将彼此之间的信息显示在计算机控制系统终端中，最终达到船舶安全航行的目的。虚拟航标与海上航行的大商船类似，只不过虚拟航标往往设置在规定的位置，通过其中的信号发布功能，能够使数据快速准确的传输，达到船舶安全航行的目的。虚拟航标综合应用多项高新技术，包括现代计算机技术、AIS技术、电子海图技术以及卫星导航定位技术等，借助基站以及发射机等设备，能够在船舶电子海图上显示各种助航标志。AIS用于航标中以保证航行安全的功能发挥主要表现为以下措施：（1）提供AIS与船用雷达显示器上用于辨识航标的全天候指示手段；（2）补充航标现有信号；（3）将浮标位置使用信号发生，显示与终端位置；（4）为船用雷达提供基准点；（5）为航迹、航路、区域以及禁区作出标记或者勾画出界线；（6）提供气象、潮汐以及海况等具体数据；（7）对航标的工作状态进行系统分析与信息收集；（8）标注近海建筑物，如海上钻井平台、海上风力发电厂等。

2.2虚拟航标分类

基于AIS的虚拟航标通常包括两种类型，一种是有实体的虚拟航标，另一种是无实体的虚拟航标。

有实体的虚拟航标有称作“仿真航标”，本身是真实存在的，而能够用于航标信息发送的AIS站却经常设立在远离航标的位置。仿真航标所发出的AIS电文需要从另外地方进行发射，但是航标实际上位于AIS电文中给出的位置。在一些情况下，为了达到经济实用的目的，往往不在航标上安装AIS设备，在此时就可以采取仿真航标进行单独设立，仿真航标通常有两种，一种是“监控仿真航标”，另一种是“预防仿真航标”，前一种航标使从远离航标的AIS站进行电文发送的，因此航标与AIS之间存在通信链路，并且还航标中常常包括了GNSS接收机、处理器以及非AIS数据链，通过航标与AIS之间构成通信链路来确认航标位置以及状态。而后一种仿真航标则从远离航标的AIS站发射电文，但是航标不受监控，其位置与运行状态不能很好的掌控。

无实体的虚拟航标指的是AIS电文系航标电文，AIS中所指示的位置并不存在物理航标，通常情况下，在视觉显示器上产生视在或者“虚拟航标”更为合适。这个时候，显示器上的规定位置出现实际上并不存在的物理航标，在显示器上也会标准该信号所对应的航标为虚拟航标。比如，在新的沉船出设置物理浮标之前，如果无实物浮标，可以使用虚拟浮标进行替代，或者用于航道的临时划分，在紧急情况下能够表现出巨大作用。

3.虚拟航标的优点以及局限性

3.1虚拟航标的优点

（1）虚拟航标与实体航标同样具有良好辅助船舶安全航行的功能。

（2）虚拟航标具有设置、更改以及取消功能，并且这些操作都是借助软件来完成，因而成本往往较低。

（3）虚拟航标的设置、更改以及取消非常迅速，在突发海上时间需要快速设置航标时，虚拟航标表现出更大的优势。如某一海域出现沉船事故，就可以使用软件在该处设立虚拟航标，提示附近的船舶注意。

（4）相比实体航標，虚拟航标不受各种天气条件的限制。与海上实体的灯浮相比，实体灯浮需要航标船进行抛标与撤出，并且航标的设置与取消需要在天气良好并且海上条件相对平稳的时候进行，在大风大浪等恶劣天气下根本不能进行实体航标的设置。而虚拟航标的设置及更改通过AIS无线数字通信技术来实现，因此无论在航标的设置还是更改上都不会受到天气的影响，且航标设计后也具有安全性、稳定性、排他性、抗干扰性等优势。

（5）虚拟航标设置完成后不会出现实体航标的漂移问题，因此具有更高的导航精确度。而实体航标在设置完成后，还容易受天气、船舶碰撞等因素的影响，出现标位严重漂移的情况。并且虚拟航标能够通过软件来实现助航功能，能够确保标位的准确性，从而为船舶提供更加准确的导航助航服务。

3.2虚拟航标的局限性

（1）虚拟航标对AIS网络系统可靠性有非常高的要求。然而实际中AIS网络系统的可靠性却容易受到诸多因素的影响，比如电源系数、数据链路、设备质量以及强电磁干扰等。

（2）一些船舶驾驶人员往往会因为不能直接观察到实际航标发出的灯光而产生恐惧心理，因此虚拟航标的实际推广存在一些问题。

（3）虚拟航标要求船舶上装有AIS设备以及电子海图，这些设备的购买成本较高，因此虚拟航标往往只局限于大型船舶，小型船舶因为设备条件的限制，无法使用虚拟航标。

（4）虚拟航标的使用往往缺乏相应的法律依据，海事航标部门工作的重心往往放在实体航标的法律构建上，这使得虚拟航标的设置缺乏相应法律法规支持，使得航标的可信度及可依赖度不高。

（5）虚拟航标使用成功取决与航海者，但是目前对于航海者而言，其掌握的方向性航标仅仅为传统的灯塔、灯浮等，因此使用虚拟航标需要相应的海事培训支持，以保证航海者能够正确的解读虚拟航标信息。

4.虚拟航标的应用及未来发展趋势

虚拟航标通常因为没有实际航标的存在，常常使用AIS信息显示屏上所设置的特定位置航标来进行航行方位的判断。在船舶航行过程中，虚拟航标是非常重要的助航标志，实际应用主要包括以下几个方面：（1）在船舶沉海后，往往不是第一时间使用实体航标进行标注，此时就可以使用虚拟航标作为新城川的紧急标记，用来提示附近船舶注意航道的变更；（2）需要设置永久性的航标，在设置前可以使用虚拟航标来临时标记航道的危险区；（3）在船舶运输繁忙的航道，往往交通流比较复杂，如果在区域内设置实体航标，往往会出现高度的漂移，并且实体航标常常被看成是阻碍航行的障碍物，此时就可以设置虚拟航标用来代替实物航标。

随着信息技术的快速发展，AIS的功能在不断完善，此外电子海图也在船舶中不断普及，航海人员将原先依赖纸质海图上表示的航标变为使用电子海图实施显示的虚拟航标，使得驾驶过程中只需根据航标进行航道的调整。虚拟航标中各种助航标志在电子海图中清晰的标识出来，这将大大提升船舶航行安全及航行效率。

此外，传统的航标在提供安全助航的同时，需要消耗大量的电池或者蓄电池，并且在航标的设置上要用到大量的航標作业船，会产生大量的能源。而虚拟航标的应用则能够节约大量的人力、物力及资源，大大减少环境污染。

5.结语

AIS技术在航标系统中的应用，推进了航海事业的发展。然而基于AIS的虚拟航标的应用以及普及取决于计算机、卫星定位等一些高新技术的应用，相信随着科学技术的进一步发展，AIS网络系统将全面建成，虚拟航标也将得到更好的推广及应用，从而为海上船舶提供安全、便捷、稳定的助航服务。

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