廖又明，陳霖?zé)?/p>

(1.中國(guó)船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無(wú)錫，214082;2.賓夕法尼亞大學(xué) 工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，美國(guó) 費(fèi)城)

0 引 言

E－navigation (電子導(dǎo)航)在“大數(shù)據(jù)”理念、“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，以及在具有劃時(shí)代意義的“云計(jì)算技術(shù)”為代表的信息化技術(shù)大爆發(fā)的背景下，以凝聚著當(dāng)代先進(jìn)的信息化技術(shù)、具有革命性突破的技術(shù)發(fā)展平臺(tái)為依托，開(kāi)創(chuàng)電子導(dǎo)航的新時(shí)代。以歐、美及亞洲的日、韓等海洋業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已率先邁入E－navigation 領(lǐng)域，并取得了令人驚喜的成績(jī)。

以“大數(shù)據(jù)”理念、 “互聯(lián)網(wǎng)+”思維構(gòu)建的基于“云技術(shù)”的導(dǎo)航系統(tǒng)，將是集信息化技術(shù)、航海電子技術(shù)、基于安全/環(huán)保理念、國(guó)際/國(guó)內(nèi)海洋法合規(guī)性評(píng)估下的行業(yè)規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)、新型經(jīng)營(yíng)運(yùn)行理念，以及全球性共享/合作為一體的，凸顯E 時(shí)代技術(shù)特征的航海運(yùn)行體系。新一代E－navigation已成為助力和引領(lǐng)導(dǎo)航事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的驅(qū)動(dòng)器。

圖1 基于云技術(shù)的E－navigation 概念圖Fig.1 Cloud-based E－navigation concept map

1 E－navigation的發(fā)展

1.1 IMO 推進(jìn)E－navigation的開(kāi)展

國(guó)際海事組織(IMO)是E－navigation發(fā)展的有力推手，在2006年7月IMO 第52 屆年會(huì)上將其列為主旨議題進(jìn)行重點(diǎn)研討，隨后在海上安全委員會(huì)(MSC)第81 次會(huì)議上正式作出實(shí)施E－navigation 研究的戰(zhàn)略決策。并明確以國(guó)際海事組織下屬單位:導(dǎo)航、無(wú)線電通信及海上搜救分技術(shù)委員會(huì)(COMSAR)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，委任導(dǎo)航分技術(shù)委員會(huì)作為協(xié)調(diào)方，監(jiān)督/促進(jìn)各分技術(shù)委員會(huì)按期實(shí)施各研究項(xiàng)目、按計(jì)劃節(jié)點(diǎn)完成相關(guān)任務(wù)，以保證E－navigation的構(gòu)架能在目標(biāo)完成年(2008年)內(nèi)按計(jì)劃如期完成。

1.2 E－navigation 構(gòu)架思路

IMO 認(rèn)為:E－navigation的目的是開(kāi)發(fā)一個(gè)具有戰(zhàn)略性的、集成先進(jìn)的信息化技術(shù)和電子導(dǎo)航技術(shù)的新型E－navigation (電子導(dǎo)航)系統(tǒng)。由構(gòu)建模塊及各子系統(tǒng)，特別是信息化/電子技術(shù)系統(tǒng)所構(gòu)架的海事導(dǎo)航系統(tǒng)，將是一個(gè)由“云技術(shù)”支撐的“包羅萬(wàn)象”的。在有助于提高航行安全性、提升導(dǎo)航精度(這將對(duì)整體的海上安全和環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生極大影響)的同時(shí)，以減少機(jī)械作業(yè)運(yùn)行量及導(dǎo)航儀操作負(fù)擔(dān)為目的的信息化電子導(dǎo)航系統(tǒng)。這樣一個(gè)全新理念的創(chuàng)新技術(shù)，所面臨的挑戰(zhàn)在于確保所有構(gòu)建模塊及子系統(tǒng)在整個(gè)導(dǎo)航體系中的適用性、系統(tǒng)性，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建起高效的實(shí)時(shí)顯示導(dǎo)航環(huán)境、簡(jiǎn)化船員操縱流程的新型導(dǎo)航系統(tǒng)。

E－navigation 最終將以具有革命性突破的、全新的結(jié)構(gòu)化模塊組成方式，提供能確保符合各種導(dǎo)航通信技術(shù)和服務(wù)、準(zhǔn)確安全、為各種船舶提供簡(jiǎn)捷、精準(zhǔn)且性價(jià)比極佳的智能化全球共享導(dǎo)航系統(tǒng)。

圖2 E－navigation 概念圖Fig.2 E－navigation concept map

通訊/搜尋/救援分技術(shù)委員會(huì) (COMSAR:Communications and Search and Rescue)主張:應(yīng)該明確定義用戶的需求范疇，因?yàn)檎嬲?qū)動(dòng)E－navigation發(fā)展的動(dòng)力是用戶的需求而不僅靠技術(shù)的先進(jìn)性。如果利用海上救助委員會(huì)(GMDSS)現(xiàn)有的基于GMDSS的特點(diǎn)服務(wù)區(qū)的服務(wù)設(shè)備，作為E－navigation 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，并配以基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的信息化技術(shù)，可實(shí)施全球性共享的E－navigation服務(wù)系統(tǒng)。為此，COMSAR 分技術(shù)委員會(huì)肩負(fù)統(tǒng)籌實(shí)施海事領(lǐng)域技術(shù)可行性、實(shí)施應(yīng)用審查及更新升級(jí)等事項(xiàng)。COMSAR 由此成為了設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，包括船用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)操作模式和軟件操作系統(tǒng)的編制與安裝，編制所有用戶及研制者均應(yīng)遵循的創(chuàng)建、變更/升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程的主導(dǎo)單位，以此確保各組建模塊在電子導(dǎo)航系統(tǒng)中的統(tǒng)一、高效運(yùn)行。

圖3 E－navigation的構(gòu)建與海事應(yīng)用的關(guān)系Fig.3 E－navigation the construction of navigation and Marine applications

E－navigation 技術(shù)委員會(huì)以發(fā)展的戰(zhàn)略眼光，結(jié)合當(dāng)代信息技術(shù)重新制定并實(shí)施推進(jìn)E－navigation/概念、關(guān)鍵技術(shù)及結(jié)構(gòu)化模塊組建模式等的實(shí)現(xiàn)研究。國(guó)際海事組織牽頭邀請(qǐng)其他相關(guān)機(jī)構(gòu)科研單位參與到新一代導(dǎo)航系統(tǒng)的研制中，特別是力薦將國(guó)際海洋協(xié)會(huì)中的航標(biāo)/燈塔、國(guó)際海道測(cè)量等組織(國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì))作為重要的參建力量，納入其中共同參與各要素模塊的構(gòu)建。組織各分技術(shù)委員會(huì)構(gòu)架以各自信息數(shù)據(jù)無(wú)縫鏈接機(jī)制，并倡導(dǎo)世界各國(guó)積極參與，共筑全球性共享的新一代E－navigation 系統(tǒng)［2］。

圖4 E－navigation 效果圖Fig.4 E－navigation effect diagram

2 E－navigation 構(gòu)建與關(guān)鍵技術(shù)

新概念E－navigation 是基于“大數(shù)據(jù)”理念，由“云技術(shù)”支撐的信息化電子導(dǎo)航系統(tǒng)。它由信息技術(shù)、電子導(dǎo)航技術(shù)、海洋運(yùn)輸行業(yè)規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際海洋法合規(guī)性及新型國(guó)際合作模式構(gòu)架而成，凸顯E 技術(shù)特征的新一代導(dǎo)航體系。

圖5 E－navigation 構(gòu)架流程圖Fig.5 E－navigation structure flow chart

2.1 基于信息化技術(shù)的E－navigation 構(gòu)建模式

IMO (國(guó)際海事組織)對(duì)E－navigation的定義是:具有與海事相關(guān)的任何海洋信息的全面采集、集成交換、船/岸同步信息化數(shù)據(jù)顯示/分析、提升導(dǎo)航和相關(guān)服務(wù)能力、確保其海上安全及對(duì)海洋環(huán)境污染可控在最小限度內(nèi)的新一代E－navigation 系統(tǒng)。文獻(xiàn)［3］以“安全、環(huán)?！睘樽谥嫉募夹g(shù)要素、關(guān)鍵技術(shù)與模塊系統(tǒng)化體系的構(gòu)建模式，及運(yùn)行方式、高效的操作流程和聯(lián)動(dòng)運(yùn)行能力等為目的，提出了基于信息化技術(shù)的E－navigation 構(gòu)建方案及應(yīng)用，實(shí)施基于遠(yuǎn)程信息技術(shù)的E－navigation 構(gòu)建法的實(shí)用性及先進(jìn)性的實(shí)現(xiàn)研究。

2.2 E－航海:信息云服務(wù)的創(chuàng)建與智能交互的構(gòu)架

隨著信息/通信技術(shù)的進(jìn)步，以及對(duì)地球監(jiān)測(cè)能力的提升，特別是近年來(lái)由其創(chuàng)建的新形海事信息服務(wù)，在解決海洋航運(yùn)安全、治理海洋環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展等方面有了突破性地發(fā)展。在各國(guó)高度重視及傾斜性政策的支持下，其技術(shù)發(fā)展十分迅速，且行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。特別是在海運(yùn)行業(yè)有著超300 萬(wàn)名員工，營(yíng)業(yè)額占?xì)W盟GDP 2%以上的歐洲，為了保持其引領(lǐng)地位和競(jìng)爭(zhēng)力，正在通過(guò)集中研究、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新以及利用新型市場(chǎng)機(jī)遇來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，力爭(zhēng)以歐洲e－Maritime 框架作為主導(dǎo)世界海洋信息化產(chǎn)品和服務(wù)的主體。歐洲版的E－navigation 模式是以:如何讓海洋從業(yè)者及相關(guān)機(jī)構(gòu)啟用信息智能交互平臺(tái)——這一最具挑戰(zhàn)性的課題為著力點(diǎn);開(kāi)創(chuàng)新型的跨學(xué)科、跨領(lǐng)域，以信息技術(shù)和通信技術(shù)相關(guān)機(jī)構(gòu)及專家參與的研制理念的主導(dǎo)下，創(chuàng)建新形的信息集成理論知識(shí)及應(yīng)用技術(shù);開(kāi)創(chuàng)各探討性課題的研究、總結(jié)并提供e－Maritime 運(yùn)行構(gòu)架模式，以此構(gòu)建多元化的高附加值的市場(chǎng)產(chǎn)品與服務(wù)。這些基于云技術(shù)的智能交互服務(wù)技術(shù)，備受國(guó)際海事組織的青睞，正在得以越來(lái)越多地被IMO 引用及推薦［4］。

2.3 IMO的E－navigation 研究——海事信息公共應(yīng)用平臺(tái)的構(gòu)建

成立于2006年的國(guó)際海事組織E－navigation專家小組，一直以來(lái)致力于E－navigation 研究推廣。近期提出了旨在以構(gòu)建常用海事“大數(shù)據(jù)”構(gòu)架E－navigation的新概念。專家小組一再?gòu)?qiáng)度:任何產(chǎn)品或服務(wù)從一開(kāi)始，便需確保海事數(shù)據(jù)測(cè)量、統(tǒng)計(jì)及格式標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性，其宗旨是為日后的各參與及開(kāi)發(fā)單位，乃至于用戶應(yīng)用等奠定基本保障。在此基礎(chǔ)上才能高效地組織所有海事基本信息數(shù)據(jù)，提升商業(yè)運(yùn)輸船與陸上聯(lián)通及相互之間的數(shù)據(jù)交換與通信協(xié)作，強(qiáng)化海洋船舶交通運(yùn)輸管控力，確保達(dá)到海上船只航運(yùn)安全、環(huán)保運(yùn)行的目的［5］。

圖6 基于E－navigation的船舶交通遠(yuǎn)程管制區(qū)Fig.6 E－navigation based vessel traffic remote control area

2.4 E－航海標(biāo)準(zhǔn)化與構(gòu)架基礎(chǔ)

e－Maritime 概念雖仍在完善中，有待統(tǒng)一的權(quán)威性定義，但需認(rèn)識(shí)到構(gòu)建E－navigation的標(biāo)準(zhǔn)化，仍是概念定義階段必將觸及，并將是對(duì)概念定義以極大影響的重要流程，為此建立“標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范”的制定規(guī)程十分必要。鑒于目前國(guó)際海事組織內(nèi)暫無(wú)滿足與導(dǎo)航安全直接相關(guān)的強(qiáng)制性安全系統(tǒng)的定義，標(biāo)準(zhǔn)化目前還不具備列入研討/頒布的條件。而基于當(dāng)前的認(rèn)知，可將初期e－Maritime 結(jié)構(gòu)概念及其定義，以及地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)，作為實(shí)現(xiàn)e－Maritime最終概念定義的基礎(chǔ)，給出若干旨在以推薦性為目的研討型，而非立法性議案的標(biāo)準(zhǔn)化提案，以其開(kāi)展作為E－navigation 構(gòu)架標(biāo)準(zhǔn)草案，這其中將囊括標(biāo)準(zhǔn)的制定、標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模塊及標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施要?jiǎng)t［6］。

2.5 E－navigation 基礎(chǔ)信息無(wú)縫交互支撐系統(tǒng)

國(guó)際海事組織(IMO)的海事通信分技術(shù)小組在E－navigation 無(wú)縫信息交互應(yīng)用的研究中，首先在總結(jié)E－navigation 初期潛在解決方案的基礎(chǔ)上，羅列出了主要需優(yōu)先考慮的潛在方案，選定了基于成本效益和風(fēng)險(xiǎn)分析為主旨，詳細(xì)的船/岸信息交匯應(yīng)用構(gòu)架模式。并給出了一個(gè)旨在以支持E－navigation 無(wú)縫信息/數(shù)據(jù)交換的構(gòu)建系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐模式的案例，以此闡述其功效、所達(dá)預(yù)定目標(biāo)，及由此而觸發(fā)的若干后續(xù)課題的設(shè)想［7］。

圖7 E－概念的水文數(shù)據(jù)采集與提供服務(wù)示意圖Fig.7 E－concept of hydrological data acquisition and service supply

2.6 基于E－navigation的環(huán)境研判提升緊急援助響應(yīng)的研究

在對(duì)船舶處于任何狀態(tài)下實(shí)施安全方面的處置時(shí)，船舶狀態(tài)和所處海洋環(huán)境是海上交通系統(tǒng)安全的核心要素。特別是在緊急情況下能快速、準(zhǔn)確和可靠地向操船作業(yè)者提供與安全息息相關(guān)的必要信息。對(duì)海上事故信息的收集和研判，是基于操作救援機(jī)械進(jìn)行救助作業(yè)操作的基本支持。作為典型的船員落水(PoB)事故，需給出案例中的操縱援助和決策支持的實(shí)施程序，例如迅速反饋并恢復(fù)事故發(fā)生位置等相應(yīng)數(shù)據(jù)。通過(guò)信息分析選定事故案例和現(xiàn)有解決方案，這其中將應(yīng)用到基于代表先進(jìn)技術(shù)的E－navigation 緊急響應(yīng)及救助成效。其研究課題的重點(diǎn)是分析識(shí)別流程、相應(yīng)的救助響應(yīng)效果，以及對(duì)最具潛在優(yōu)勢(shì)的方法——基于E－navigation的救援響應(yīng)評(píng)估分析，隨后提供實(shí)際應(yīng)用需求及發(fā)展動(dòng)向參數(shù)等建議［8］。

圖8 數(shù)據(jù)采集/分析及提供流程圖Fig.8 Data collection/analysis and provision flow chart

2.7 E－navigation與S－100 數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)服務(wù)管理系統(tǒng)的構(gòu)建

目前，國(guó)際海事組織 (IMO)正致力于E－navigation信息服務(wù)構(gòu)架的研究，支撐、協(xié)調(diào)E－navigation 共享及利用各種海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，打造新型的船/岸信息數(shù)據(jù)無(wú)縫鏈接的數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)。國(guó)際海事組織通過(guò)國(guó)際海道測(cè)量分技術(shù)委員會(huì)提供的s－100 數(shù)據(jù)庫(kù)，是最基礎(chǔ)的海事基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù) (E－navigation CMDS)。因此，E－navigation 提供的各種服務(wù)數(shù)據(jù)，及數(shù)據(jù)格式等均應(yīng)與s－100 數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)并保持一致。E－navigation為了向用戶提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)，不僅充分共享、利用電子導(dǎo)航圖(ENC)數(shù)據(jù)、水深數(shù)據(jù)、潮汐數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)及自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)數(shù)據(jù)等各種各樣的s－100－基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，更需協(xié)調(diào)與基本數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。構(gòu)建E－navigation 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，旨在處理基于s－100 數(shù)據(jù)庫(kù)，且便于E－navigation服務(wù)的，具備動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)和高效利用各種s－100的數(shù)據(jù)管理服務(wù)系統(tǒng)。這其中既有s－100 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以及旨在以處理各種基本的s－100 數(shù)據(jù)的，ENC (SENC)內(nèi)核管理技術(shù)構(gòu)建的s－101 ENC 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)管理各種基于s－100 數(shù)據(jù)的同時(shí)，實(shí)施s－100數(shù)據(jù)模型特點(diǎn)和基于s－100 數(shù)據(jù)的即時(shí)分析處理，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)成基于s－100－feature－oriented 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式的s－100 數(shù)據(jù)服務(wù)管理系統(tǒng)［9］。

2.8 海事與遠(yuǎn)程海上信息服務(wù)系統(tǒng)

全程控制船舶運(yùn)輸系統(tǒng)的重要性，越來(lái)越得以海事界的認(rèn)可且日顯必要。目前致力于該項(xiàng)系統(tǒng)工程的關(guān)鍵領(lǐng)域的重點(diǎn)研究項(xiàng)目——多網(wǎng)集成運(yùn)行，取得了重大的突破性成就，那就是基于海洋/陸地信息的無(wú)縫鏈接系統(tǒng)、新型傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)連通技術(shù)的組網(wǎng)應(yīng)用。旨在達(dá)到更有效地交通流的智能控制、更高效地利用網(wǎng)絡(luò)資源的能力，立足于未來(lái)的海上遠(yuǎn)程信息化處理系統(tǒng)，將是突破空間、海域及陸地距離的新型的E－navigation 系統(tǒng)［10］。

圖9 海上遠(yuǎn)程信息化服務(wù)系統(tǒng)示意圖Fig.9 Ocean remote information service system diagram

2.9 IMO 推薦的“在線窗口”式E－navigation 數(shù)據(jù)同步交互系統(tǒng)

有如船舶/港口船舶監(jiān)控中心、海上交通控制中心，以及通過(guò)海上信息通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所謂的“一個(gè)窗口”的信息化交換概念，是指由陸地/船舶/港口/沿海國(guó)家海洋行政當(dāng)局所組建的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)終端窗口上，提供一個(gè)統(tǒng)一的鏈接節(jié)點(diǎn)開(kāi)展全方位海事信息化數(shù)據(jù)服務(wù)。例如，在波蘭是由國(guó)家海上安全系統(tǒng)中心指定波蘭海域交互數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)、地區(qū)區(qū)域管轄范圍，及信息化服務(wù)數(shù)據(jù)提供機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)既定義了一艘船和一個(gè)接觸點(diǎn)之間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式，還給出了系統(tǒng)功能與體系結(jié)構(gòu)，以及訪問(wèn)信息流等級(jí)要求及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)訪問(wèn)指標(biāo)等。該系統(tǒng)是國(guó)際海事組織 (IMO)和國(guó)際船用導(dǎo)航/燈塔協(xié)會(huì) (IALA)推薦的基于E－navigation 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)現(xiàn)已多次完成相關(guān)海/陸聯(lián)調(diào)［11］。

2.10 E－navigation 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的構(gòu)架

開(kāi)展旨在將通用數(shù)據(jù)向海上傳輸過(guò)程中的各類數(shù)據(jù)和建模，與e 導(dǎo)航概念的一致性研究，其目標(biāo)是為單個(gè)運(yùn)輸物體提供可行的通用溝通模式、數(shù)據(jù)傳輸路徑、數(shù)據(jù)連接方法與識(shí)別，及實(shí)用的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等具體解決方案的實(shí)現(xiàn)研究。這其中不僅將涉及到原型架構(gòu)在Efficien Sea E－navigation概念研究工作中的驗(yàn)證取項(xiàng)與方法，還需給出原型概念結(jié)構(gòu)在新型“單窗口界面”式的鏈接點(diǎn)選取方法、可行性等與系統(tǒng)構(gòu)架基本方式相融合的研究［12］。

2.11 海上智能交通系統(tǒng)的構(gòu)建

涉及所有運(yùn)輸方式的智能型交通系統(tǒng)概念始于80年代，陸地上的道路運(yùn)輸相關(guān)研究發(fā)展較為突出。最近水運(yùn)，尤其是海上運(yùn)輸獲得了越來(lái)越多的關(guān)注，海上智能交通系統(tǒng)的建設(shè)呈現(xiàn)突飛猛進(jìn)之勢(shì)，發(fā)展極為迅速?；谶h(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)所構(gòu)架的智能型海上交通系統(tǒng)是未來(lái)的發(fā)展方向，目前研究的重點(diǎn)已進(jìn)入海上運(yùn)輸中的核心技術(shù)——海洋導(dǎo)航系統(tǒng)。信息化技術(shù)為其發(fā)展勾勒出了突破性發(fā)展的方向，這也是目前國(guó)際上海洋導(dǎo)航系統(tǒng)走向入實(shí)際化的重點(diǎn)研究課題［13］。

圖10 E－navigation 仿真系統(tǒng)研究與海試Fig.10 E－navigation simulation system research and sea trials

3 專家觀點(diǎn)

3.1 E－navigation的革命——海事“云”

國(guó)際海事組織(IMO)認(rèn)為:歷史性的信息化技術(shù)大爆發(fā)的機(jī)遇，促成了E－navigation 成為助力及引領(lǐng)航海運(yùn)輸業(yè)高速發(fā)展的重要突破口;適應(yīng)用戶需求、貼近人們?cè)竿峭苿?dòng)其發(fā)展的基礎(chǔ)條件和最有力的應(yīng)用推手。國(guó)際海事組織E－navigation 規(guī)劃、研究分技術(shù)委員會(huì)的專家們認(rèn)為:1)只有基于海上云技術(shù)構(gòu)建的新一代海事信息數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，才能構(gòu)建起具有高效地讓海事各使用方受到最佳性價(jià)比的服務(wù);2)由云技術(shù)為核心的技術(shù)模塊系統(tǒng)，以近乎完善的適用性，是解決E－navigation 系統(tǒng)方案全球性應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)保障;3)基于云技術(shù)的導(dǎo)航體系能打造出統(tǒng)一的海上導(dǎo)航技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范、國(guó)際/國(guó)內(nèi)海洋法合規(guī)性、統(tǒng)一海上作業(yè)操作標(biāo)準(zhǔn)、減輕作業(yè)人員工作強(qiáng)度，以及行政執(zhí)法和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用成本最佳化的全球性共享的完整體系［14］。

圖11 基于海事云技術(shù)E－navigation 概念圖Fig.11 E－navigation based on maritime cloud concept map

3.2 信息化智能運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)環(huán)境的保護(hù)

潛在的云技術(shù)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)及數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)不僅是工業(yè)技術(shù)又一次革命性的技術(shù)突破，并且對(duì)運(yùn)輸業(yè)發(fā)展的引領(lǐng)性影響更是日益顯現(xiàn)。信息通信技術(shù)引入到運(yùn)輸行業(yè)，將以一種前所未有的突破性創(chuàng)新推動(dòng)力，促進(jìn)運(yùn)輸業(yè)界的信息化智能交通系統(tǒng)(ITS)技術(shù)的大發(fā)展。特別是在面對(duì)日益嚴(yán)峻的低碳化經(jīng)濟(jì)要求的挑戰(zhàn)，ICT的引用不失為旨在以環(huán)保為目的的適應(yīng)新型能源要求的重要舉措?；谠朴?jì)算平臺(tái)進(jìn)行解決方案的仿真計(jì)算;通過(guò)云計(jì)算技術(shù)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信息化數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)所提供的個(gè)性化服務(wù)，可取得低碳化的能源使用、高效地減少空耗、提供能源定點(diǎn)/定量的全方位可行性量化服務(wù)的最佳成效［15］。

3.3 基于云技術(shù)的智能運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

當(dāng)代的信息/通信技術(shù)(ICT)為打造更高效、更快捷、更可靠且更具社會(huì)福利性的信息化智能交通系統(tǒng)(它)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在的重任是加速其成為全球性共享常用化智能運(yùn)輸系統(tǒng)。這其中云計(jì)算服務(wù)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是構(gòu)建該系統(tǒng)的核心技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵所在，更是解決系統(tǒng)方案、應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的有力助手。一般來(lái)說(shuō)，云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的具有數(shù)據(jù)計(jì)算、資源共享、計(jì)算機(jī)軟件和數(shù)據(jù)信息交互等功能的服務(wù)平臺(tái)，并可按需向客戶端計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備，如電網(wǎng)、鐵路網(wǎng)及公路網(wǎng)等提供個(gè)體化服務(wù)?；凇按髷?shù)據(jù)”理念、互聯(lián)網(wǎng)思維的云計(jì)算服務(wù)，尤其是在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)域所展露出來(lái)的越來(lái)越明顯的引領(lǐng)優(yōu)勢(shì)，是構(gòu)建未來(lái)海上交通導(dǎo)航模式最為理想的基礎(chǔ)支撐及發(fā)展方向［16］。

圖12 國(guó)際E－navigation 研討會(huì)盛況Fig.12 International E－navigation seminar

4 國(guó)際上E－navigation 技術(shù)研究現(xiàn)狀

4.1 E－navigation 國(guó)際會(huì)議概要

E－navigation 技術(shù)研究備受世界各國(guó)海事機(jī)構(gòu)的重視，2013年1月29－31日召開(kāi)的“2013E－navigation 國(guó)際會(huì)議”，以及于2014年1月28～30日召開(kāi)的“2014 E－navigation 國(guó)際會(huì)議”分別有來(lái)自近30個(gè)國(guó)家和地區(qū)，代表110個(gè)相關(guān)研究或?qū)W術(shù)組織的170 余名專家學(xué)者、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、用戶及制造商等領(lǐng)域的代表出席了這些國(guó)際研討會(huì)。這些來(lái)自于各方面的代表，充分利用國(guó)際研討會(huì)這一平臺(tái)，發(fā)表代表國(guó)際上當(dāng)前E－NAVIGATION研究最新成就、相關(guān)發(fā)展動(dòng)向及新的規(guī)劃，由此展示當(dāng)前E－navigation 相關(guān)研究最新成就及發(fā)展動(dòng)向。

4.1.1 E－navigation 戰(zhàn)略規(guī)劃

國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)e－NAV 委員會(huì)主席、燈塔導(dǎo)航與無(wú)線電導(dǎo)航(GLA RRNAV)研究專家尼克·沃德博士作為該論壇主旨發(fā)言人，在回顧e－Navigation 研究歷程的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)安全、可靠的導(dǎo)航體系，將是在有效的信息分析/交互這其中將是在包括海/陸之間的數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)上，集成和展示船上陸地上信息。其可用性在于相同的信息通過(guò)各相關(guān)執(zhí)行者(及利益者)能保障船舶航行間數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)性最小、數(shù)據(jù)流暢性陽(yáng)高。并強(qiáng)調(diào)其先決條件是:標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化及國(guó)際間交互操作可靠性。構(gòu)架海事通信及信息基礎(chǔ)設(shè)施——海事服務(wù)機(jī)構(gòu)的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)信息的即時(shí)傳輸。而今后仍將以s –100 數(shù)據(jù)庫(kù)為共用基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上快速地組成部分新型的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其規(guī)格相關(guān)的對(duì)象數(shù)據(jù)基于如IVEF (國(guó)米VTS 交換格式)的格式，并定義在該數(shù)據(jù)模型框架內(nèi)。它是一個(gè)開(kāi)放的在線系統(tǒng)，各領(lǐng)域可申請(qǐng)更標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，并給出新的標(biāo)準(zhǔn)格式的說(shuō)明，在協(xié)助消除行業(yè)歧義的基礎(chǔ)上完善數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。e－Navigation發(fā)展時(shí)間表將視提出的問(wèn)題是否對(duì)海上服務(wù)及產(chǎn)品規(guī)范化服務(wù)的可行性而定，它必將是一個(gè)并行開(kāi)發(fā)的過(guò)程及開(kāi)放的模式。

國(guó)際海事組織海上安全部秘書(shū)長(zhǎng)Gurpreet Singhota 先生總結(jié)了始于2006年的E－navigation的發(fā)展歷程，強(qiáng)調(diào)E－navigation 全球統(tǒng)一實(shí)施的必要性。e－Navigation的發(fā)展過(guò)程，不是幾小時(shí)的國(guó)際會(huì)議就能一蹴而就，而是一個(gè)需要全球性合作的長(zhǎng)期共進(jìn)的宏大工程。目前有必要考慮COMSAR的重組，在此基礎(chǔ)上相關(guān)機(jī)構(gòu)才能提出具體方案，并制定實(shí)施計(jì)劃，才能在協(xié)調(diào)一致的基礎(chǔ)上分期按計(jì)劃完成E－navigation的構(gòu)建［17］。

4.1.2 E－navigation 規(guī)劃與實(shí)施

中歐應(yīng)用中心、大連海事大學(xué)的Zhen-jie Liu先生，以“E－navigation 在中國(guó):構(gòu)架與驗(yàn)證”介紹中國(guó)在過(guò)去和現(xiàn)在，以及大連海事大學(xué)e－Navigation 開(kāi)發(fā)和規(guī)劃的相關(guān)情況。中國(guó)的數(shù)字航標(biāo)工作已從1990年就開(kāi)始實(shí)施，在過(guò)去的幾年中已建立了RBN / DGPS 鏈、AIS。并建成了28個(gè)VTS 中心及一個(gè)完整的AIS 網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)河AIS 也正在進(jìn)行中。自2008年以來(lái)由國(guó)家主導(dǎo)建立的ENC 已用于多個(gè)國(guó)家級(jí)沿海港口和相應(yīng)的航道。中國(guó)正在規(guī)劃面向未來(lái)的e－Navigation，它將是包括基于AIS的空間檢測(cè)、定位、ENC的擴(kuò)展以及涵蓋其他水文數(shù)據(jù)的應(yīng)用。目前正在實(shí)施AIS 技術(shù)、自動(dòng)測(cè)試?yán)碚?、針?duì)AIS的標(biāo)準(zhǔn)化和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的項(xiàng)目的研究。許多項(xiàng)目已納入到了SAR、寬帶無(wú)線通信、與e－Navigation 相關(guān)性的展示及應(yīng)用、遠(yuǎn)洋船舶及物流流程的設(shè)計(jì)、信息管理/監(jiān)測(cè)等構(gòu)建中。

中歐應(yīng)用中心提供人機(jī)對(duì)面式的海事研究與產(chǎn)業(yè)化的國(guó)際合作與接軌。并在論證與查爾姆斯理工大學(xué)合作，文化/科技交流的可用性。

俄羅斯規(guī)劃發(fā)展部顧問(wèn)謝爾蓋先生，就俄羅斯一系列由國(guó)家資助/推進(jìn)E－navigation發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃的情況作了詳細(xì)地闡述。在俄羅斯實(shí)現(xiàn)了VTS 升級(jí)和區(qū)域擴(kuò)展、RIS/ AIS 網(wǎng)絡(luò)的延伸與集成、岸基GMDSS的定期升級(jí)以及國(guó)家LRIT 及監(jiān)控中心的運(yùn)行。2009年，開(kāi)始了旨在開(kāi)發(fā)一個(gè)國(guó)家級(jí)e－Navigation的實(shí)施計(jì)劃。由此可有效地在兼顧到俄羅斯海域各部位細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上，作到了幾乎覆蓋不同區(qū)域、高成本地在廣大偏遠(yuǎn)地區(qū)投入基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。通過(guò)E－navigation的服務(wù)布局形成了以VTS為中心的，從國(guó)家級(jí)服務(wù)、區(qū)域集中服務(wù)到本地服務(wù)的導(dǎo)航水平。該系統(tǒng)將是一個(gè)以規(guī)范注冊(cè)、統(tǒng)一目錄格式的e－Navigation服務(wù)模式。具備國(guó)內(nèi)甚至國(guó)際水平通用的e－Navigation 建模、模擬服務(wù)，乃至于標(biāo)準(zhǔn)圖表式申請(qǐng)更新、VTS 分配端口及航線，其數(shù)字服務(wù)等是基于AIS 或?qū)拵Щヂ?lián)網(wǎng)的海上導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)。海事衛(wèi)星AIS 計(jì)劃也將于2013年或2014年進(jìn)入衛(wèi)星發(fā)射階段。

瑞典海事管理局Ulf 斯維德貝格先生闡述了，旨在以海事信息資源集成與共享的“新一代信息管理”既所謂的“蒙娜麗莎2.0”項(xiàng)目。旨在為改善海員操作的新型服務(wù)方式，增加數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量新要求，并在海事領(lǐng)域內(nèi)完善相關(guān)利益者之間的數(shù)據(jù)交換、處理及服務(wù)應(yīng)用。其數(shù)據(jù)處理的方法將從今天的“需要知道”，向明天的“需要共享”的模式轉(zhuǎn)變。目前在歐洲共同體內(nèi)的安全處理與監(jiān)控采用的也是被稱作“蒙娜麗莎”項(xiàng)目的瑞典系統(tǒng)。

澳大利亞海事安全局尼克先生介紹了澳大利亞的水域空間管理的發(fā)展模式與進(jìn)展。須強(qiáng)調(diào)的是由國(guó)際海事組織領(lǐng)導(dǎo)發(fā)展的e－navigation 需要更多的相關(guān)國(guó)際組織和各政府間的大力協(xié)調(diào)。這種協(xié)調(diào)至關(guān)重要的一點(diǎn)是能以確保在日益復(fù)雜的管轄范圍內(nèi)，以及海上安全措施的實(shí)施上的可操作性。海上活動(dòng)隨時(shí)將會(huì)出現(xiàn)意想不到的沖突問(wèn)題，其重疊性和重復(fù)性日益嚴(yán)峻。澳大利亞海岸管控中心一再?gòu)?qiáng)調(diào)需要標(biāo)準(zhǔn)的格式工具來(lái)匯集和啟用系列的水域數(shù)據(jù)庫(kù)，以期應(yīng)對(duì)日益增加的近海資源采集及船舶交通增量所帶來(lái)的潛在安全識(shí)別及監(jiān)控處置問(wèn)題。在2010年創(chuàng)建了一個(gè)包含澳大利亞西北海岸相關(guān)信息庫(kù)，可以用來(lái)顯示海域之間相互依賴關(guān)系、人類活動(dòng)、人類活動(dòng)和環(huán)境參數(shù)，如鯨魚(yú)遷移和熱帶風(fēng)暴資源的地圖集。目前，類似的工作正在向澳大利亞?wèn)|北海岸延伸。澳大利亞地球科學(xué)地理空間使用澳大利亞海上空間信息系統(tǒng)(AMSIS)，正在編制新的航運(yùn)管理計(jì)劃，在澳大利亞?wèn)|北地區(qū)一個(gè)專門的水空間管理工作組已經(jīng)建立，它將使用AMSIS 系統(tǒng)解決管理問(wèn)題和水域空間識(shí)別，以適當(dāng)?shù)墓芾砟Ｊ浇鉀Q新型的水空間管理問(wèn)題。

加拿大海岸警衛(wèi)隊(duì)的丹尼爾·布列塔尼先生闡述了迄今的加拿大概念，以及在實(shí)現(xiàn)e－Navigation計(jì)劃的經(jīng)驗(yàn)。表示通過(guò)親密伙伴性關(guān)系的各方提供原則性指導(dǎo)，以及加拿大海岸警衛(wèi)隊(duì)與各利益相關(guān)者聯(lián)合實(shí)施E－navigation 計(jì)劃的影響力，基于加拿大概念的開(kāi)發(fā)和實(shí)施過(guò)程以及e－Navigation的可操作性日益成熟可行。

5 結(jié) 語(yǔ)

為如火如荼的E－navigation 研究及所取得的成果點(diǎn)贊的同時(shí)，國(guó)外E－navigation 相關(guān)研究機(jī)構(gòu)仍在加大研究力度，其人員/資金的投入空前高漲，E－navigation的研究仍在路上。反觀過(guò)去的研究，展望未來(lái)的發(fā)展，目前需努力解決的主要研究課題大致有如下幾方面:

1)定義E－navigation 概念、應(yīng)用范圍、使用目的、組建模式及受限范疇。其目的是給出E－navigation的系統(tǒng)構(gòu)架模式及方法;

2)以戰(zhàn)略性前瞻眼光梳理E－navigation 戰(zhàn)略框架課題，定義關(guān)鍵問(wèn)題的識(shí)別及關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)先級(jí)的界定;

3)對(duì)問(wèn)題識(shí)別結(jié)論進(jìn)行可行性評(píng)估，梳理/羅列可能出現(xiàn)的障礙及解決方法。以進(jìn)一步發(fā)展的戰(zhàn)略眼光制定構(gòu)架發(fā)展策略及研究方向;

4)在基于對(duì)機(jī)構(gòu)成員研究領(lǐng)域及在產(chǎn)業(yè)中重要作用及地位分析的基礎(chǔ)上，識(shí)別其可能肩負(fù)的職責(zé)及重任，進(jìn)行合作領(lǐng)域的可行性分析，及IMO 主導(dǎo)研究方向，統(tǒng)籌向相關(guān)國(guó)際組織委派研究技術(shù)子課題，強(qiáng)化全球化協(xié)同構(gòu)建力度;

5)由COMSAR 小組委員會(huì)和其他各相關(guān)方統(tǒng)籌信息數(shù)據(jù)的錄入，制定數(shù)據(jù)信息工作計(jì)劃，包括數(shù)據(jù)交互計(jì)劃/綱要 (給出逐步推出時(shí)間表的系統(tǒng))，及在導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)中作用。加快國(guó)際合作標(biāo)準(zhǔn)模塊的制定，以此加速構(gòu)建全球共享型的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化信息數(shù)據(jù)服務(wù)體系。

［1］E－navigationnet.

［2］E－navigation aspx.

［3］Telematic Approach to E－navigation Architecture Telematics－Support for Transport Communications in Computer and Information Science Volume 471，2014:1－90.

［4］e－Maritime:A framework for knowledge exchange and development of innovative marine information services，2009，8(2):173－201.

［5］Development of the IMO E－navigation Concept－Common Maritime Data Structure［R］.DOI:10.1007/978－3－642－24660－9_18.

［6］e－Maritime Standardisation Requirements and Strategies.2014.

［7］Technical Infrastructure to Support Seamless Information Exchange in E－navigation［J］.2013，395:188－199.

［8］E－navigation and situation－dependent manoeuvring assistance to enhance maritime emergency response［J］.2011，10:209－226.

［9］E－navigation－supporting data management system for variant S－100－based data［R］.2014.

［10］Marine and Telematics Systems.Telematics in the Transport Environment［J］.2012，329:334－348.

［11］Concept of One Window Data Exchange System for E－navigation System［J］.Transport Systems Telematics，2010，104:85－95.

［12］Data Transmission System for E－navigation［J］.Communica-tions in Computer and Information Science，2013，395:32－41.

［13］Maritime Intelligent Systems［J］.Transport Systems Telematics，2010，104:455－462.

［14］E－navigation Revolution－Maritime Cloud Concept［J］.Transport Systems Telematics，2014，104:455－462.

［15］Development trends in intelligent transport systems in respect to Environmental Protection［J］.Communications in Computer and Information Science，2010，104:183－193.

［16］The Advantages of the Use of Cloud Computing in Intelligent Transport Systems［J］.Modern Transport Telematics，2011，239:143－150.

［17］E－navigation Underway 2013 Conference［R］.

［18］E－navigation Underway 2014 Conference［R］.