盛黎

摘 要：目前，內河船舶監(jiān)管主要有VTS監(jiān)控、AIS監(jiān)控及基于通信網(wǎng)絡GPS監(jiān)控三種主要方式，前者為主動探測船舶目標，連續(xù)跟蹤船舶運行動態(tài)，后兩者皆通過船載終端上傳定位信息到中心來實現(xiàn)船舶監(jiān)控。本文主要對后兩種方式的組成原理進行剖析，并通過其通信協(xié)議、系統(tǒng)建設、使用成本、通訊網(wǎng)絡、推廣難易及適用性六個方面的比較，說明在內河航運，基于通信網(wǎng)絡GPS監(jiān)控比AIS監(jiān)控更具有優(yōu)勢，未來的應用前景更為廣闊。

關鍵詞：GPS監(jiān)控；內河；船舶監(jiān)管；應用

近年來，隨著我國低碳交通體系的逐步建立，內河水運得到快速發(fā)展，船舶數(shù)量增加，大型化日益加劇，船舶航行安全、航行效率以及通航秩序顯得尤為重要，對于船舶的監(jiān)控管理就十分迫切。同時，通信技術迅速發(fā)展，特別是交通水運信息化的推進為船舶的監(jiān)控提供了必要的技術支撐。目前，內河航運的船舶監(jiān)控主要有VTS監(jiān)控、AIS監(jiān)控和基于通信網(wǎng)絡GPS監(jiān)控（以下簡稱GPS監(jiān)控），后兩者實現(xiàn)方式相類似，下文就這兩種方式進行詳細介紹和深入比較。

1 AIS監(jiān)控

AIS是自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System） 英文首字母縮寫詞。它通過甚高頻（VHF）數(shù)字通信以廣播方式不斷地向附近的船舶和岸臺播發(fā)自己的身份識別標志、船舶類型、載貨情況、航線、目的港、當前船位與速度等信息，同時接收來自岸臺的查詢和附近船舶的AIS信息，并把有關信息以圖形和電文方式顯示在自己設備的屏幕上，使船舶、船岸間能夠共享信息，以實現(xiàn)船舶的自動識別和監(jiān)視。

AIS設備一般分為A、B、C、S、N5級，其中A、B類用于船舶，C類用于基站。按照SOLAS公約強制要求，國際航行300總噸及國內航行500總噸以上的船舶均要求安裝AIS，目前國內內河航運符合條件的船舶安裝的是為B類AIS設備。根據(jù)系統(tǒng)VHF數(shù)據(jù)鏈路接入?yún)f(xié)議的不同，B類AIS設備分為采用SOTDMA（自組織時分多址）接入?yún)f(xié)議的“SO”和采用CSTDMA（載波偵聽時分多址）協(xié)議的“CS”兩種，目前國內大部分AIS選用的是后者。它借助GPS/DGPS（差分GPS）接收機精確定位和測速功能，采用載波偵聽時分多址聯(lián)接（CSTDMA）數(shù)據(jù)通信技術，通過VHF發(fā)射/接收機實現(xiàn)船船和船岸的數(shù)據(jù)交換①。

AIS監(jiān)控系統(tǒng)由船載AIS終端和監(jiān)控中心兩部分組成，岸站接收到的船載AIS信息（NMEA語句）并通過RS-232接口發(fā)送到通信服務器，通信服務器把解析后的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控中心通過應用服務器調用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)并在電子航道圖上展現(xiàn)來實現(xiàn)其監(jiān)管的功能。

2 GPS監(jiān)控

基于通信網(wǎng)絡GPS監(jiān)控系統(tǒng)主要由船載GPS終端、通信網(wǎng)絡和監(jiān)控中心組成。通信一般采用中國移動GPRS或者中國電信CDMA網(wǎng)絡，基于3G網(wǎng)絡的目前尚不多見，下以GPRS為例。GPRS（General packet radio service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱，它采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結構、無線調制標準、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結構，能夠提供比現(xiàn)有GSM更高的數(shù)據(jù)率，是一種采用分組交換和傳輸技術的高速、低速數(shù)據(jù)及信令的高效率數(shù)據(jù)傳輸方式。

GPS船舶監(jiān)控依托于移動通信運營商的網(wǎng)絡覆蓋，終端首先通過通訊模塊撥入Internet或專網(wǎng)與通信服務器建立TCP連接，定期從GPS接收機中接收船舶經(jīng)緯度、速度等信息，然后對這些數(shù)據(jù)進行處理，按照協(xié)議打包，并將數(shù)據(jù)包上傳到通信服務器，通信服務器把接收到的數(shù)據(jù)按照對應協(xié)議解析，存儲數(shù)據(jù)并推送到監(jiān)控中心服務端口，監(jiān)控中心不斷從通信服務器獲得最新數(shù)據(jù)，將其展現(xiàn)在電子航道圖上來實現(xiàn)其船舶監(jiān)管的功能，同時也能從數(shù)據(jù)庫中調出實現(xiàn)船舶歷史定位查詢和軌跡回放。

3 兩者比較

3.1 通信協(xié)議

AIS監(jiān)控協(xié)議是國際統(tǒng)一標準，其數(shù)據(jù)格式采用NMEA語句符合IEC61162-1和ITU1371-1協(xié)議，因此，AIS通用性很強，不存在兼容性問題。船舶安裝了AIS設備，無論用哪個AIS系統(tǒng)，只要在岸站覆蓋范圍內，都能夠被監(jiān)控，同時也便于以后系統(tǒng)間整合和數(shù)據(jù)交互。

GPS監(jiān)控系統(tǒng)其數(shù)據(jù)格式、封包方法等通信協(xié)議一般是由建設單位根據(jù)需求自行制定，國家沒有統(tǒng)一標準。因此，GPS監(jiān)控系統(tǒng)只能是某個單位或某個行業(yè)內部的監(jiān)控系統(tǒng)，各個監(jiān)控系統(tǒng)之間互不兼容，所以其應用范圍相當狹窄，無法打破單位或行業(yè)之間的限制。但隨著相關規(guī)范和標準的制定和實施，如長三角地區(qū)運輸船舶GPS數(shù)據(jù)交換標準，不同的GPS監(jiān)控系統(tǒng)間也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3.2 系統(tǒng)建設

AIS設備最初用于沿海VTS監(jiān)控，海船的船位通過岸基AIS基站獲取的，在開闊無遮擋的情況下其覆蓋范圍僅限于離海岸50海里以內，而內河水道彎曲遮擋物多，要想實現(xiàn)整段水域全覆蓋就必須建設很多基站，這樣系統(tǒng)建設難度很大，后期維護成本也很高。而GPS監(jiān)控利用移動通信運營商的網(wǎng)絡，很好地解決終端信號覆蓋的問題，因此其系統(tǒng)建設和后期維護費用要低得多，而且實施起來相比較為容易。

3.3 使用成本

AIS使用自己VHF通信網(wǎng)絡，無運營商，無任何使用費用，但是對設備本身要求較高，且需通過中國船級社的認證，價格昂貴。而普通GPS終端對處理能力要求不高，其設備費用低廉，通常只有AIS設備的1/4甚至更低，船岸通信依托于運營商無線網(wǎng)絡，因此使用GPS監(jiān)控設備會產(chǎn)生一定的費用，按照數(shù)據(jù)流量收費，但隨著通信資費越來越便宜，正常情況設備使用的流量套餐費用目前也僅為5-10元/月，其綜合使用成本要遠小于AIS設備。

3.4 通訊網(wǎng)絡

AIS使用2個VHF頻道進行通訊，屬于專網(wǎng)通訊，不受公網(wǎng)的影響，通信的質量有保證，同一基站覆蓋范圍內能夠同時容納幾百艘船舶的通信，但其帶寬較窄且受基站影響覆蓋范圍有限。GPS終端容易在接入基站繁忙或通訊信號較弱時產(chǎn)生信道阻塞，造成信息的延時、丟包甚至終端掉線，但其組網(wǎng)靈活，接入帶寬可隨監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模的增大容易被擴容，同時GPS終端使用范圍不受地理條件影響，只要在運營商信號覆蓋范圍內即可。

3.5 推廣難易程度

AIS是船檢規(guī)范規(guī)定必須安裝的設備，內河航行500總噸以上的船舶均要求配備AIS終端，監(jiān)控部門只需建設AIS接收基站即可獲得船舶監(jiān)控數(shù)據(jù)。而GPS終端它不是規(guī)范要求安裝的設備，強制推廣安裝易引發(fā)船員抵觸，船舶監(jiān)管部門通過GPS監(jiān)控與行業(yè)應用相結合，以提升服務能力為出發(fā)點，如蘇北運河“一票通”服務，把GPS監(jiān)控與傳統(tǒng)過閘業(yè)務相結合，通過流程再造，實現(xiàn)了安裝GPS終端的船舶在蘇北運河“一次登記、全程服務”快速過閘業(yè)務，既提升了服務水平，又達到了行業(yè)監(jiān)管的目的，同時也得到了船員的認可，都主動申請安裝，其設備使用率、在線率也遠高于同類系統(tǒng)。

3.6 內河適用性

AIS作用是避免船舶碰撞、保障生命安全、減少財產(chǎn)損失，解決了船岸信息傳輸這個大難題，實現(xiàn)船岸信息聯(lián)網(wǎng)、船舶信息共享，但由于海運與內河水運的基礎條件不同，AIS在內河應用存在局限性。海上船舶航行只需確定航線，水面開闊定點轉向即可，車、舵設定后可以幾小時不變，與他船會讓少且距離遠；內河航道彎、淺、窄，且變化多，支叉、邊灘、淺灘及各類水上設施多，再加之不同水位期的變化，航道條件極為復雜，內河船舶之間近距離航行、近距離會讓避碰操縱極為平常，船距都是以米為單位計，特別在繁忙航道、港區(qū)等船舶密集區(qū)，AIS避碰提示過多就會干擾駕駛員操縱船舶，因此AIS在內河航道特別是二級及以下航道僅僅只起到船岸聯(lián)網(wǎng)和信息共享的作用。其次，AIS設計初衷是服務于海運需求，工作頻率選用了162MHZ左右的2個頻點，收發(fā)同頻，帶寬25KHZ，屬于視距傳播無線電，對于遮擋比較敏感，因此將其應用于內河，受帶狀曲折水域和建筑、樹木遮擋的影響，距離將遠小于海上應用。一般來說，在內河航道，正常天氣情況下，標準B類船臺2W發(fā)射功率，極限距離為13-14海里，因而其岸站密度要高于海運。同時其傳輸帶寬很窄，很難擴展其他業(yè)務應用。第三，AIS門檻要求很高，盡管內河使用的B類設備比A類要簡單，無需外接外置GPS、羅經(jīng)，雙路供電等要求，但相比其他電子設備，其需求有限，配套的無線通信、基帶處理等都沒有成型的模塊方案可以采用，加上它較為特殊的調試方案，符合標準的AIS設備成本一直居高不下，對于大量內河航運的船舶來說，動輒上萬元的價格也難起承受。同時設備對使用人員也有較高的要求，目前內河船員文化層次和海員相比還有很大的差距。第四，隨著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建成和推廣使用，今后越來越多的終端將使用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，由于AIS采用的是國際統(tǒng)一標準，因此很難兼容北斗導航，而GPS監(jiān)控僅需要把GPS模塊更換成北斗模塊，甚至可以實現(xiàn)兩者并存。

4 結束語

綜上所述，鑒于內河水運的復雜性，相對于AIS監(jiān)控而言，基于通信網(wǎng)絡GPS監(jiān)控在實現(xiàn)成本、功能擴展、內河適用性等方面具有明顯優(yōu)勢，也更能體現(xiàn)內河船舶管理與服務一體化的需求。隨著今后GPS監(jiān)控行業(yè)規(guī)范的制定以及地區(qū)間平臺傳輸標準出臺，同時把這種GPS監(jiān)控與行業(yè)應用相結合，通過功能拓展逐步提升服務能力，其生命力是不言而喻的。

[參考文獻]

[1]梅燕（上海海事局）.《AIS在海事管理中的應用》.

[3]李宇（青島遠洋船員學院）.《AIS在航海中的應用及展望》.

[3]熊志輝（岳陽海事局）.《淺談提升AIS內河安裝率、在線率》.

①B級AIS設備數(shù)據(jù)交換發(fā)送的靜態(tài)信息如MMSI、船名、船舶類型、船長船寬等，動態(tài)信息如經(jīng)緯度、航速、航向等。