新一代船舶识别技术

摘 要 结合船舶识别系统的应用现状，对新一代船舶识别技术进行了初步研究探讨。

【关键词】AIS系统 VDES系统 船舶识别 航海云

1 引言

目前，在海上航行和海事领域中， AIS（Automated Identification System）系统是普遍使用的船舶自动识别系统。通过船-船、船-岸间的信息交互，可使AIS系统的船载用户和岸载中心得到及时准确的船舶静态信息、动态信息、与航次有关信息、与安全有关的信息等，有效保障了海上及港口区域船舶的航行安全和交通管理工作。

但是AIS系统受其自身体制所限，存在一定的缺陷，主要如下：

（1）AIS系统是一个覆盖范围有限的近似封闭的信息交互系统。对于船载系统而言其作用范围一般能覆盖25～50海里半径，而岸载系统的作用范围一般能覆盖200海里半径，该范围内的船舶信息可交互获取，但对于覆盖范围外的船舶信息无法有效获取。

（2）AIS系统频点和带宽有限，在船舶密级水域，信道阻塞率提高，存在丢失可能。同时，因频点有限，在船舶密级水域，在卫星上接收AIS信号时会出现大量时隙冲突，无法有效处理。

（3）AIS系统工作于半双工模式，不能同时收发信号，工作效率较低。

（4）AIS系统界面显示船舶数量有限，而存在重叠的可能。

因此，目前国际国内均在对船舶识别技术进行研究探讨，以期在充分利用现有技术的基础上进行发展，获得话语权。

2 船舶识别技术研究现状

现有通用船载自动识别系统的性能标准是1997年由国际海事组织航行安全分委员会确认通过的，迄今已近二十年。随着AIS系统的成熟和推广应用，其弊端也越来越明显，多国研究机构已经进行了大量的研究，新一代船舶自动识别系统技术标准的确立已经提上日程，目前称之为VHF Data Exchang System （简称VDES系统）甚高频信息交换系统。

VDES系统功能及频率划分如图1所示，VDES系统是一个兼容并蓄的集成化大系统，兼容目前应用广泛的AIS系统，又对AIS系统的补充如Long Range AIS系统和ASM系统有所支持，但其核心确立为VDE子系统，其研究的重点是船舶信息在VHF频段的有效传输和交换，其目的是实现在全球范围内对海上船舶的信息实时有效接收、处理、分析和交换，提高航行安全，实现高效的船舶交通规划和监管。

具体来说，VDES系统包含四个子系统：原有的AIS船舶自动识别系统、Long Range Identification and Tracking System（简称Long Range AIS系统）船舶远程识别和跟踪系统、Application Specific Messages（简称ASM系统）特定应用信息系统和VHF Data Exchange（简称VDE子系统）系统，为示区别，称VDE 系统为甚高频信息交换子系统。

3 VDES系统浅析

VDES系统中，Long Range AIS系统的运行机制与AIS系统基本一致，仅仅是收发频点和报文长度、内容有所区别。其功能是执行海上安保和搜救任务，报文内容少，l送间隔长，只能应用于特定的场合和环境。因此，在船舶稀疏区其信号需要通过星载Long Range AIS系统才能有效采集和传递，在船舶密集区因其信号发送间隔时间较长，可能无法及时有效的被周围船舶获取，均有一定的局限性。

ASM系统的频点和调制方式与AIS系统不一样，但其技术和性能没有本质性的区别，只不过是针对一些特殊应用的报文和新增应用的报文，并兼顾了“实时”通信的功能。

根据ITU-R M.2092-0的建议，可简单认为VDE子系统可使用VHF频段6个间隔25KHz的相邻频点用于接收信号，同时可使用VHF频段六个间隔为25KHz的相邻频点用于发射信号，输入信号与输出信号频带范围相隔4.6MHz。从理论分析VDE子系统的频段资源已远超AIS系统，信息交换功能的实现已具备基础，同时收发信号频段的分离使得信息传输的全双工模式成为可能，性能必然超越AIS系统。

4 航海云与VDE子系统

21世纪是个信息化的时代，“云概念”的应用已成为信息化的标志之一。“云概念”主要是指电子产品能够通过信息网络的“云计算”技术实现各种终端设备之间的互联互通，提供资源分享应用。

地球表面的70.8%都是海洋，海上航运系统的航线虽然很早就遍布全球，但信息的传递交换却落后于时代，急需进行变革。VDES船舶信息交换系统的成功与否，不仅仅取决于其对海上航行安全和规划的作用，还取决于其全球化、信息化的范围和程度。

目前，VDES系统的船载、岸载部分的技术性能标准已基本敲定，并在ITU-R M.2092-0的建议中体现，但星载部分的技术性能标准目前尚未确定，最快可能2019年才能形成基本标准。缺失的这一环节，个人认为是VDES系统全球化、信息化的关键。下面，将就VDE子系统的架构设计提出个人见解，抛砖引玉，以期共同探讨。

VDE子系统首先分成两个网络：

（1）地基网络；

（2）星基网络。

地基网络架构基本类似于现有的AIS系统，通过相邻的船-船、岸-船之间的信息交互，构建最初级的信息交互系统，该系统在此层面是由数量众多、覆盖面相对较小、相互独立，类似于一片片大小不一、形状不规则的云朵一样的子系统所构成，在船舶较少区域，该系统甚至允许单艘船组成一个独立的子系统。该系统最关键的部分，是所有的船舶和岸站在经过短时间的信息交互后，应能自动确认与星基网络交互信息的那台VDE设备（能接收的台站数量最多，称之为地星链接设备）并与之同步，该设备在接下来的时间内与星基网络建立联系，将当前接收采集到的船舶信息通过对星信道实时传输到星基网络。