简析信息管理在航海技术中的应用

1.引言

航海技术是一个时代科学技术水平的缩影。世界信息技术突飞猛进，带动了航海技术向信息密集型转变，现代信息技术已被广泛运用于现代航海。另外就航运而言，研究如何适应现代信息技术的发展，实现全围乃至全球范围内航海信息资源的利用与共享，研究现代信息技术如何保障海上航行安全、提A航运效率，是促进航运事业发展的必由之路。

作为世界主要海运和贸易大国的美国的海运系统（MTS）广泛运用现代信息技术，来建立MTS信总管理与基础设施支持系统，来保证美国海运系统的先进、可靠、高效、可行、易达、具有全球竞争力并可负环保之责的航海运输系统。并在以下三个战略领域开展行动：

建立导航和航海气候信息：及时获得准确、可靠的导航信息是最重要的安全问题。提供准确、及时的水文、图表和天气数据对于MTS的未来运作、船舶安全以及将环境危害降至最低限度。

货物、旅客和船舶跟踪：政府机构和许多商业性部门需要有关船舶、货物和旅客所在位肯和移动位。以支持MTS的商业运作，对事故作出快速反应和屯急处理，将现有系统和拟建系统整合起来，应用现代信息技术增加人们对MTS运作的认识。

水路交通管理信息：交通管制和助航系统应能为船舶提供指示和预测，同时最大限度地提高系统保证船舶安全运输的能力。这样的系统将为船员、港口和航道管理者提供所有有关航道、水上活动、船舶、货物以及船员等方面及时、准确的信息。

近年来我国信息技术的发展十分迅速。在今后几年交通信息化建设的重点是，抓好“123重点工程”的建设，其中智能运输和交通基础设施建设质量安全监控和水上运输安全监控是重点之一。在航运方面正在建设交通运输EDI信息网、交通客货运输信息服务网、水上安全监督信息网等航海信息网和信息服务网。在航海安全等方面已普遍采用全球定位系统GPS）、地理信息系统（GIS）和船舶交通管理系统（VTS）等信息技术；积极推进智能运输系统（ITS）的研究建设。主要包括：利用DGPS、VTS、以及ECDIS技术、通用船载自动识别系统（AIS）等，实现智能船舶导航。通过以上智能运输系统和相关技术的开发研究，使交通信息技术产业化有所突破。现代航海技术的发展必将越来越多地依靠信息技术的发展和科技进步。

2.现代信息技术在航海中的应用

2.1 智能航海系统

智能系统充分利用了计算机图形处理技术、数值天气预报等高科技手段。智能系统中的电子海图，基本包含海图的全球水文资料、航道资料、助航物、障碍物、港口设施、海岸线、规则分界线和必要的地貌特征等各层资料。航海者可以在工作平台上编制航行计划、计划航迹和转向点。同时系统通过电子邮件可以随时接收周版航海通告和海洋气象等信息，在较短时间内自动改正全部海图；使用者能够及时了解全球各地的气象、台风、海况，包括海平面和高空的气压场、风场以及峰面、气旋、台风、潮汐、海流等资料的实况和7〜10天中期预报；随时显示船舶的动态和港口资料。智能系统可以显示船舶的位置和动态，包括船舶状态、货载情况、航线资料、船舶技术资料、航次资料以及船舶与气导公司之间来往的报文。船舶利用GPS来精确定位，当出现了偏离或者走到危险区域，智能系统可以立即发警报提醒，要求他们迅速调整。直观的电子海图所有的状态形象地显示其中，每走一分钟或者几秒钟，系统设置的黑匣子都会详细地记录各种状态参数。通过精确的电子定位系统，伴随着电子海图技术的出现，带动了航海这门经验密集型行业向信息密集型转变。

2.2 Internet与未来的航海信息系统

以Internet为代表的现代信息技术得到越来越广泛的应用，基于Internet/Intranet的计算机网络系统正在替代传统的管理模式，信息的交流与共享已成为当今社会发展的主流。随着无线宽频网络应用的进一步扩展，特别是基于Internet与无线通讯技术来构筑航海信息系统将对21世纪的航海产生积极的影响。未来的航海信息系统将以陆上航运网站、船载移动网站为中心，以无线通讯方式实现Internet环境下的信息共享与交换，利用该系统可实时获取航海相关的全部信息，为船舶航行安全提供全方位的信息服务。

航运网站是未来航海信息系统的信息发布中心，它将以Web方式提供以下信息为船舶或其他航运部门服务，是船舶航行安全保障的信息源。

航运网站作为Internet上的信息存储和发布的节点，将成为未来航海应用中的重要环节。利用网站提供的信息服务，可为船舶航行安全提供更加可靠的技术保障，它具有以下功能：

1）电子海图改正功能。电子海图改正功能的实现将加快电子海图卖用化的进程。电子海图数据在航运网站是将矢量空间数据存放在数据库中，利用基于In-ternet的电子海图Web应用平台，将海图数据综合进Web进行信息发布，任何用户可以使用浏览器查询或获取Web站点中的电子海图信息。航运网站可从“航海通告”出版部门获取其航海通告信息，以人工或自动方式改正电子海图数据，将改正后的海图信息通过Web即时发布，提供给船舶或其他用户使用。

2）航线设计功能。航线设计是确保船舶航行安全的重要环节。通过浏览器方便地査询或下载航运网站中与设计航线相关的最新海图信j、、推荐航线、航海通告、航标和碍航物、航道信息、潮汐表、入港指南、气象信息等。在电子海图系统平台上方便地设计计划航线，并可用大比例尺海图信息自动检验其计划航线的安全，为航线设计人员提供可靠的数据依据和方便的设计手段，并具有自动报告计划航线的功能，为船舶的实时推算和监控提供依据。

3）入港指南功能。航运网站的基础数据库包含了各港口航道、水深等船舶进出港相关信息，并可从各海监部门、港口获取最新的港口资料，以Web方式向进出港船舶提供服务，任何船舶在进出港时可方便地查询与浏览最新的入港指南信息，为船舶进出港导航。

4）电子商务功能。电子商务的应用是建立在In-ternet平台上，通过网站的形式实现信息交换。对于企业内部各信息源和信息的应用部门，通过企业的In-tranet传输和获取各自的信息，实现企业内部的电子商务。对外，网站成为企业信息门户和交易平台。 

5）船载移动网站将船舶作为载体，使其成为流动的网络平台。该平台的构筑以Internet/Intranet技术为基础，对内接收各种船舶动态数据，实时生成本船状态数据库，并以Web方式向外提供信息查询服务。当船舶需要与外界进行数据交换时均可用标准的Inter-net浏览器进行交互与浏览，可实时査询或下载航运网站中与船舶航行相关的信息，为船舶航行安全提供保障。

6）岸船通信是船舶与陆地间信息传输的纽带，随着Internet和卫星通信技术的高速发展，岸船之间的通信也发生了很大的变化。自90年代起，LEO、MEO和混合式轨道卫星通信系统广泛应用于全球电信网。通过卫星实现Internet的高速无缝接入加速了无线互联网的应用，使船载移动网站与外界进行信息交换时没有通信链路和通讯协议的障碍，实现了全球网络一体化，为航海信息资源的实时共享提供技术保障。

7）船舶之间的相互通讯。自动识别系统（A1S）可连续自动发送船舶呼号、船位、航向、航速、船首向和转弯速度等信息；船载移动网站可通过互联网浏览与查询他船的详尽信息，为避碰或海难救助提供决策依据。

2.3 数字地球与未来的航海

“数字海洋”是“数字地球”在海洋中的具体应用，它以空间位置为主线，按照地理坐标构造海洋的信息模型，建立海洋的三维空间数据集。“数字海洋”为今后海洋利用提供了一个完整的应用平台。利用“数字海洋”中的多维建模和虚拟现实技术构建“数字港口”；利用多源数据融合，将所获取的各种有关港口信息无缝集成到“数字港口”的框架中；利用WebGIS将这些信息在Intemet上进行发布，以实现三维海洋信息的全球共享。通过它，进出港口的船舶可以用可视化的方式浏览入港指南，为船舶进出港导航。对于港监部门，可以实时对港口交通进行监控，引导船舶采取合理的避让措施。“数字交通”是“数字地球”在交通领域中的应用，表现为“智能交通信息系统”（ITS）。ITS是集地理信息系统、现代通信技术、全球定位系统、遥感、遥测、遥控及智能化分析与决策于一体的交通系统。

现GPS、ARPA、ECDIS已比较广泛地应用于船舶航行中，面向港口交通服务的VTS也在各主要港口投入运行。但这些设备和系统的作用是独立的、分散的、局域的。而海运智能交通系统的实质就是要利用先进的信息技术、通讯技术和网络技术将所有的航海应用系统有机地结合在一起，最终形成一个开放的集查洵、控制、管理、决策于一体的综合交通信息系统，从而实现提高交通的安全水平、提高通航能力和航运效率的目的。面向航海领域，智能交通系统主要包括：船舶监控系统、交通管理系统、自动导航系统、自动避碰系统、突发事件应急系统及交通信息网上发布等模块。

交通地理信息系统（GIS-T）:是收集、存储、管理、综合分析及处理空间信息和交通信息的信总系统，它是G1S技术在交通领域的延伸，是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成。包括电子海图子系统、数据库子系统和信息分析子系统。

自动导航模块：是利用各种传感器设备获取船舶的航行参数，如位置、航向、航速等，在KCDIS上实时进行标绘，与设定的计划航线和预警门限进行比较，从而实现船舶的自动导航。

自动避碰模块；避碰一直是人们致力研究的热点和难点，尤其是多船会遇局势下的避碰方法。然而全球化通信网络的不断发展和船舶自动识别系统（AIS）的实际应用为船舶避碰提出了一种全新的解决方案。

交通管理与突发事件处理模块：主要完成现有VTS中心的各项职能。利用ARPA、AIS等设备实时监控海上的所有船舶，特别是港口、航道等交通敏感区。设置预警区域，显示报警点的位及报警内容，为指挥人员处理突发事件的决策方案提供依据。

通信及信息交换模块：通信是智能交通的重要环节。在海上要利用各种通信手段如卫星通讯、VHF\GSM等等，其目的就是保证中心与用户都能实时获得所需要信息，指导船舶安全航行，确保交通顺畅。信息交换模块主要指利用网络资源，如Internet，实时发布和获取与交通相关的各种信息，实现信总共享，从而建立起一个广域的、甚至全球的智能交通信息网络。

3.现代航海需探讨的技术

随着现代信息技术在航海领域的应用进一步深入，将会面临许多需要研究的问题。在技术上解决无线通讯的可靠性、安全性问题；从理论和方法上研究现代信息技术在未来航海信息系统的应用过程中所涉及的关键技术，如：信息交换技术、网络通讯技术、船载自动识别系统（A1S）功能研究、实现电子海图自动改正的标记语言XML的研究、遥感及卫星图像的自动处理与信息获取、数字海洋的数据共享体系的研究、基于We-bGIS的三维动态可视化技术等。研究现代信总技术在未来航海领域的应用，是航海领域发展的一个重要方向。我们期待着同行们共同进行有意义的探讨。

作者：赵鹏（武汉理工大学航运学院）