現(xiàn)代通信與信息技術(shù)在海事通信中的應(yīng)用展望

1、現(xiàn)代通信與信息技術(shù)在海事通信中的應(yīng)用展望1 引言 健全可靠的海事通信不但是船舶安全航行和正常運營的需要 更是海上生命安全必不可少的基本保證。它從原始的旗語、燈光信號開始 經(jīng)過人工莫爾斯無線電報、無線電話、無線電傳真 發(fā)展到現(xiàn)在的海事衛(wèi)星通信系統(tǒng) 特別是 inmarsat 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng) 和gmdss 全球海上遇險與安全系 統(tǒng) 使海事通信發(fā)生了翻天覆地的變化。inmarsat 可以為海陸空提供電話、電傳、傳真、數(shù)據(jù)、國際互聯(lián)網(wǎng)及多媒體通信業(yè)務(wù) 而 gmdss 系統(tǒng)實現(xiàn)了船與船、船與岸臺全方位和全天候即時溝通 信息。gmdss 還能提供緊急與安全通信業(yè)務(wù)和海上安全信息的播發(fā)以及進(jìn)行常規(guī)通信。gd

2、mss 在船上的 使用導(dǎo)致了駕駛與通信合一 傳統(tǒng)的船舶報務(wù)員已被取消。 進(jìn)入 21 世紀(jì) 隨著包括數(shù)字通信技術(shù)、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、雷達(dá)技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大規(guī)模集成電路和微處理技術(shù)等現(xiàn)代通 信和導(dǎo)航技術(shù) 的發(fā)展 海上通信體系建設(shè)得到了迅速的發(fā)展。以通信和信息技術(shù)為核心的交通管理系統(tǒng) vts 、船舶自動識別系統(tǒng) ais 、水上安全電視監(jiān)控系統(tǒng) cctv 、全球海上遇險與安全系統(tǒng) gmdss 等現(xiàn)代化管理手段使得海事通信實現(xiàn)了數(shù)字化、智能化、立體化和現(xiàn)代化 在確保水上交通安全、改善水上交通秩序、確保船舶航行安全方面發(fā)揮出了積極的作用。 縱觀海事通信技術(shù)的發(fā)展歷程 海事通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了航海事

3、業(yè)的發(fā)展 而航海事業(yè)的發(fā)展也帶動了通信技術(shù)的進(jìn)步 因此研究現(xiàn)代通信與信息技術(shù)在海事通信中的應(yīng)用對保障海上航行安全、實現(xiàn)全球航海信息資源的利用與共享、促進(jìn)航運事業(yè)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。本文主要分析現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新一代衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數(shù)字海洋技術(shù)及新一代寬帶無線移動通信技術(shù)等現(xiàn)代通信與信息技術(shù)在海事通信中的應(yīng)用。2 海事通信中現(xiàn)代通信與信息技術(shù)的應(yīng)用展望 2. 1 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用 人類社會進(jìn)入 21 世 紀(jì)以來 internet 網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對社會產(chǎn)生了巨大影響。陸地網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)經(jīng)過近十幾年的飛速發(fā)展 技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)成熟的水平 應(yīng)用 以方面已滲透到人類社會的各個領(lǐng)域 市場運作也已

4、經(jīng)進(jìn)入全面商業(yè)化的階段。 tcp/ ip 協(xié)議為核心的國際互聯(lián)網(wǎng) 以 adsl 技術(shù)為基礎(chǔ)的電信網(wǎng) 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng) 廣播電視網(wǎng)以及各種廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)等已經(jīng)將地球陸地連成了一片 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)可以將語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息傳送到地球陸地上任何有需求的地方。目前 下一代網(wǎng)絡(luò) ngn 的研究已全面展開 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將繼續(xù)朝著開放、集成、高速、高性能、寬帶和智能化方向發(fā)展。這些不斷發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將為海洋搜救通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供強有力的技術(shù)保障。 以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的航海信息系統(tǒng)的建設(shè)近年來取得了長足的進(jìn)步 其中影響較大的有下面幾種系統(tǒng)。 1 船舶交通管理系統(tǒng) vts 該系統(tǒng)一般由雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)

5、、船舶數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及船舶交通服務(wù)指揮中心組成 輔以vhf 通信系統(tǒng)、閉路電 視監(jiān)控 系統(tǒng)、氣象 系統(tǒng)等 在 距離海 岸 25 nmile 范圍內(nèi) 對船舶交通實施監(jiān)督、管理和控制并提供咨詢服務(wù)。目前這類系統(tǒng)在我國沿海各主要港口、碼頭都已逐步建立 對保障船舶交通安全、提高船舶通航效率、協(xié)調(diào)海上應(yīng)急救助和保護(hù)水域環(huán)境等具有重要作用。 2 cctv 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng) 這是一個典型的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng) 整個系統(tǒng)包括圖像采集、信息傳輸、圖像處 理三大子系統(tǒng) 由監(jiān)控攝像點、現(xiàn)場監(jiān)控站和監(jiān)控中心組成 監(jiān)控中心一般設(shè)在地方海事局實現(xiàn)對管轄區(qū)內(nèi)的一些主要港口、渡口、碼頭、港池、以及進(jìn)出港航道和外錨地等水域的監(jiān)控

6、。通過局域網(wǎng)各級管理人員可隨時了解各監(jiān)控點的現(xiàn)場情況 并對所需瀏覽圖像進(jìn)行靈活編輯操作 通過網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳至上級海事主管部門。目前 該系統(tǒng)已經(jīng)或正在我國沿海各海事部門部署和運行。 3 船舶自動識別系統(tǒng) ais 這是一種集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計算機技術(shù)和電子顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和船舶避碰設(shè)備。ais 由船載設(shè)備和岸基設(shè)施共同組成。船載設(shè)備是一種工作在 vhf 海上頻段的船載廣播式應(yīng)答器 它可以連續(xù)自動地向其它船舶或岸臺播發(fā)和接收鄰近船舶的靜態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)和航行狀態(tài)信息實現(xiàn)船舶間和船岸間船舶信息和航行狀態(tài)的自動交換、監(jiān)測和識別 岸基設(shè)施由基站、基站控制器、服務(wù)器、基站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和相應(yīng)的

7、控制、應(yīng)用軟件組成 系統(tǒng)可實時監(jiān)測、存儲、處理基站岸臺接收到的信息并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心。通過 ais 船舶監(jiān)測系統(tǒng) 可以準(zhǔn)確定位在港船舶的位置坐標(biāo) 查看船舶的詳細(xì)信息 并對多條船舶進(jìn)行實時跟蹤定位 極大地提高船舶航行的安全。 其它各種航海信息系統(tǒng)、海事信息網(wǎng)等也在規(guī)劃和建設(shè)之中。但是海上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無論在技術(shù)上、規(guī)模上以及應(yīng)用服務(wù)上都同陸地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有比較大的差距 要在短期內(nèi)建設(shè)一個類似陸上 internet 的全球海上互連網(wǎng)還不太現(xiàn)實。因此 海洋信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)當(dāng)是按需求、按市場逐步推進(jìn)的過程。首先 以各級海事局為中心 以海岸港口、碼頭、船舶為信息點 構(gòu)建一個基于 ip 的有線、寬帶光主干信息網(wǎng)

8、 其作用是接收、傳輸和綜合來自不同通信系統(tǒng)、不同信息源的航運、安全、搜救等航海信息 由各種航海信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理后形成各種文檔、指令、數(shù)據(jù)和圖表 上傳或下傳到有關(guān)海事機構(gòu) 為船舶航行安全提供全方位的信息服務(wù) 其次 在港口、碼頭附近的近海區(qū)域建立無線局域網(wǎng) 以技術(shù)成熟的蜂窩系統(tǒng)gsm、cdma 等移動通信系統(tǒng)為基礎(chǔ) 在岸邊建立大功率基站 船上配備各種專用移動終端、無線儀表和無線視頻監(jiān)控設(shè)備 實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)航行船舶的實時通信、動態(tài)信息采集和視頻監(jiān)控。在遠(yuǎn)海區(qū)域一方面利用日益成熟的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) 船上配備適當(dāng)?shù)男l(wèi)星終?通過衛(wèi)星將航海信息實時接入陸上航海信息中心 另一方面 利用近年來發(fā)展的無線移動局

9、域網(wǎng)技術(shù) wimax、 hoc 等 在一些 特殊海域或遇險搜救現(xiàn)場建立臨時無線局域網(wǎng) 完成海 ad上信息傳遞。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線寬帶技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)的高速發(fā)展 通過衛(wèi)星實現(xiàn)海陸網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)使航行在任何海域的船載移動網(wǎng)站都能高速無縫接入到陸地國際互聯(lián)網(wǎng)中 實現(xiàn)全球網(wǎng)絡(luò)一體化 將是現(xiàn)代航海事業(yè)奮斗的目標(biāo)之一。 2. 2 新一代衛(wèi)星通信系統(tǒng) 自 在未來的海洋通信系統(tǒng)中 衛(wèi)星通信將越來越占主導(dǎo)地位。 1982 年國際海事衛(wèi)星組織 international maritime satellite organizat ion inmarsat 開 始提供全球海事衛(wèi)星通信服務(wù)以來 通信衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷

10、了四代。隨著第三顆第四代海事通信衛(wèi)星于 2008年 8 月發(fā)射成功以及 2009 年 2 月完成對第四代衛(wèi)星的全球覆蓋調(diào)整 海事衛(wèi)星第四代通信系統(tǒng)具備了在陸地、海上和空中提供便捷的高速移動寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)的服務(wù)能力 新寬帶多媒體業(yè)務(wù)將全面開啟寬帶移動衛(wèi)星通信應(yīng)用的新紀(jì)元。 新一代衛(wèi)星通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合將是現(xiàn)代海洋通信系統(tǒng)發(fā)展的趨勢 兩者間的合作意味著人類將邁入一個隨時隨地都能夠進(jìn)行語音通信的時代。inmarsat 已經(jīng)和正在開發(fā)這類產(chǎn)品 例如 inmarsat 全球分區(qū)網(wǎng)絡(luò) gan 、inmarsat 區(qū)域性寬帶網(wǎng)絡(luò) r-bgan 、inmarsat 寬帶全球區(qū)域網(wǎng) bgan 以及 inma

11、rsat 手持機 istphone 等。其中inmarsat 基于 internet ip 和 gprs 技術(shù)的 r- bgan 產(chǎn)品實現(xiàn)了移動衛(wèi)星寬帶數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) 可提供基于 ip 協(xié)議的一條 144 kbit/ s 安全共享信道 其輕便小巧的終端設(shè)備使企業(yè)客戶可方便地連接到因特網(wǎng)、企業(yè)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng) 或者簡單方便地發(fā)送電子郵件覆蓋范圍包括歐洲、中東、非洲、東歐和次大陸地區(qū)的 99 個國家。由國際海事衛(wèi)星組織所主導(dǎo)、獲得歐洲太空總署支持的寬頻全球局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) bgan 是具有寬帶網(wǎng)絡(luò)接入、移動實時視頻直播、兼容 3g 等多種前衛(wèi)通信能力的新一代 inmarsat 全球衛(wèi)星寬帶局域網(wǎng)系統(tǒng)。bg

12、an 將對 85 的全球陸地面積提供無縫隙網(wǎng)絡(luò)覆蓋 終端設(shè)備承載最高達(dá) 492 kbit/s 的高速互聯(lián)網(wǎng)接入、話音、傳真、isdn、短信、語音信箱等多種業(yè)務(wù)應(yīng)用模式。 新一代衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)具備了進(jìn)行全球通信的水平 但要真正實現(xiàn)上述功 能 在裝備、協(xié)調(diào)、運營、管理等方面還有許多工作要做 一些關(guān)鍵技術(shù)還需要進(jìn)一步完善。 2. 3 數(shù)字海洋技術(shù) 1998 年 美國副總統(tǒng)戈爾提出了數(shù)字地球的概念 認(rèn)為數(shù)字地球是一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)、多分辨率和三維的地球表示 并可在其上添加許多與人們生產(chǎn)生活相關(guān)的各種信息。數(shù)字海洋是數(shù)字地球的一部分 可簡單表述為: 數(shù)字海洋是由海量、多分辨率、多時相、多類型空間

13、對海洋觀測數(shù)據(jù)和海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)及其分析算法和模型構(gòu)建而成的虛擬海洋世界。 為迎接海洋 21 世紀(jì) 我國從國家發(fā)展戰(zhàn)略的高度出發(fā)于 1998 年底提出構(gòu)建 數(shù)字海洋 的戰(zhàn)略設(shè)想 將發(fā)展數(shù)字海洋列入 十五 和 2015 年國家海洋科學(xué)技術(shù)發(fā)展計劃 明確了中國 數(shù)字海洋 建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)、總體構(gòu)想和戰(zhàn)略步驟。2006 年 國家海洋局批準(zhǔn)了 中國近海數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)框架構(gòu)建 項目實施方案。目前 大部分建設(shè)任務(wù)已經(jīng)進(jìn)入系統(tǒng)集成、系統(tǒng)測試及試點性節(jié)點部署階段 數(shù)字海洋信息基礎(chǔ)平臺已經(jīng)建成或正在各省市海事局建設(shè) 各種海洋綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)也在相繼展開。作為數(shù)字海洋原型系統(tǒng) 國家海洋局在2009 年 6 月正式發(fā)

14、布了中國數(shù)字海洋公眾版 信息服務(wù)系統(tǒng) 標(biāo)志著我國數(shù)字海洋 建設(shè)已進(jìn)入實質(zhì)性實施和應(yīng)用階段。 數(shù)字海洋 是一項龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。從科學(xué)角度看 地球科學(xué)、海洋科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物科學(xué)以及空間科學(xué)、信息科學(xué)、計算科學(xué)等的進(jìn)步為人類認(rèn)識和探索海洋奠定了堅實的理論基礎(chǔ) 技術(shù)方面 現(xiàn)代遙測遙感技術(shù)、高速信息處理技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實與可視化技術(shù)等為數(shù)字海洋的建設(shè)提供了強有力的技術(shù)支持 系統(tǒng)構(gòu)成方面全球海洋觀測系統(tǒng) goos 、地理信息系統(tǒng) gis和全球定位系統(tǒng) gps 構(gòu)成了 數(shù)字海洋的重要支撐平臺。 海事通信的數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化是數(shù)字海洋 的重要組成部分 典型系統(tǒng)有以下

15、4 種。 1 自動避碰系統(tǒng) 自動跟蹤目標(biāo) 測量和顯示來船的位置、航向、航速、相對運動和碰撞危險數(shù)據(jù)。同船舶自動識別系統(tǒng)ais 結(jié)合 可連續(xù)向其它船舶傳送船舶自身數(shù)據(jù) 并可連續(xù)接收其它船舶的數(shù)據(jù) 有利于減少因船舶識別和避碰決策失誤引起的船舶碰撞事故。 2 交通管理與突發(fā)事件處理系統(tǒng) 主要 完 成 現(xiàn)有 vts 中 心 的 各 項 職 能。利 用 arpa、ais 等設(shè)備實時監(jiān)控海上的所有船舶 特別是港口、航道等交通敏感區(qū)。設(shè)置預(yù)警區(qū)域 顯示報警點的位置及報警內(nèi)容 為指揮人員處理突發(fā)事件的決策方案提供依據(jù)。 3 自動導(dǎo)航系統(tǒng) 利用各種傳感器設(shè)備獲取船舶的航行參數(shù) 如位置、航向、航速等 在 ecdi

16、s 上實時進(jìn)行標(biāo)繪 與設(shè)定的計劃航線和預(yù)警門限進(jìn)行比較 從而實現(xiàn)船舶的自動導(dǎo)航。自動導(dǎo)航系統(tǒng)的實際應(yīng)用有效減少了海事事故的發(fā)生。 4 通信及信息交換系統(tǒng) 通信是智能交通的重要環(huán)節(jié)。在海上要利用各種通信手段如衛(wèi)星通信、vhf、gsm 等其目的就是保證中心與用戶都能實時獲得所需要信息 指導(dǎo)船舶安全航行 確保交通順暢。信息交換模塊主要指利用網(wǎng)絡(luò)資源 如 internet 實時發(fā)布和獲取與交通相關(guān)的各種信息實現(xiàn)信息共享 從而建立起一個廣域的、甚至全球的智能交通信息網(wǎng)絡(luò)。 我國的 數(shù)字海洋 建設(shè)還處于起步階段 要實現(xiàn)真正意義上的海洋數(shù)字化、透明化、可視化和海洋決策管理科學(xué)化、應(yīng)急響應(yīng)快速化、信息服務(wù)社會

17、化還有很長的路要走。 2. 4 新一代寬帶無線移動通信技術(shù) 無線移動通信技術(shù)經(jīng)歷了第一代、第二代 正逐步進(jìn)入第三代 3g 許多新的通信方式和通信系統(tǒng)不斷推出 如國際第三代合作伙伴計劃 3gpp 正在實施的長期演變 lte 項目計劃和高級國際移動通信 imt - advanced 研究計劃等都已經(jīng)在為后 3g 和第四代無線移動通信系統(tǒng)作準(zhǔn)備。移動通信發(fā)展的主要目標(biāo)是高速、寬帶、大容量 因此 發(fā)展新一代寬帶無線移動通信系統(tǒng)是當(dāng)前和未來通信技術(shù)的核心和方向。 作為海上移動通信 由于其所處的特殊環(huán)境 如海域遼闊、目標(biāo)分散、對象 船舶 移動、環(huán)境惡劣等并不是所有的移動通信方式都適合海上通信 因此研究如何

18、將已經(jīng)成熟的陸上移動通信技術(shù)適當(dāng)?shù)赝茝V到海洋通信中以及發(fā)展新一代海上寬帶無線移動通信系統(tǒng)是建設(shè)現(xiàn)代海洋的任務(wù)之一。從技術(shù)特點和技術(shù)水平角度 可以利用的技術(shù)和系統(tǒng)如下所述。 1 第二代 gsm 、第三代 cdma 蜂窩移動通 信系統(tǒng)優(yōu)點是技術(shù)成熟、陸地支撐條件好 缺點是通信距離短 建立海上移動基站困難等 因此比較適合在海岸港口碼頭和近海區(qū)域組網(wǎng)通信。新一代無線移動通信系統(tǒng)雖然在帶寬、傳輸速率以及移動性能上將有很大提高 但用于遠(yuǎn)海通信還需較大的改善。 2 直播衛(wèi)星 dbs 業(yè)務(wù)優(yōu)點是覆蓋范圍廣、不受地域限制 缺點是技術(shù)比較復(fù)雜、成本高、上下傳輸不對稱。理論上講 直播衛(wèi)星應(yīng)該是最適合遠(yuǎn)海通信的一種技術(shù) 也是未來最值得關(guān)注的海上通信方式。 3 無線局域網(wǎng) wlan作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸 無線局域網(wǎng)是近年來最為活 躍 的 研究 和 應(yīng) 用 領(lǐng) 域?；?于 ieee 802. 11、ieee 802. 16 、ieee 802. 20 等不同系列標(biāo)準(zhǔn) 無線局