基于信息系统架构的船舶交通服务系统核心能力建设

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　　【摘 要】 为分析我国船舶交通服务（VTS）系统建设存在的问题和不足，以信息系统为视角，分析其核心系统架构并结合当前VTS系统热门技术分析其发展建设的重点和瓶颈。按照下一步核心能力建设要点，对我国VTS系统的未来发展提出建议：着力增强VTS系统数据采集能力、着力增强VTS系统数据处理能力、着力增强VTS系统数据传输能力。
　　【关键词】 船舶交通服务（VTS）;信息系统;核心能力;数据采集系统;数据处理系统;数据传输系统
　　船舶交通服务（VTS）系统的实质是船端与岸端进行信息整合和交换的完整信息系统。VTS系统在正常运行过程中广泛采集各种交通数据或信息，使VTS系统使用者了解和掌握水域内的交通形势，这就需要依靠尽可能完备的数据采集系统;分析、评估、处理信息，使信息成为VTS系统使用者进行决策和管理的依据，这就需要依靠智能化、可视化的数据处理系统;实施船岸之间信息交互、数据交换，对交通态势施加影响，这都离不开信息传输系统。因此，VTS系统的核心架构为数据采集系统、数据处理系统和信息传输系统（见表1），目前这3大系统已经成为VTS系统建设的主要攻坚点。
　　1 VTS系统核心架构
　　1.1 数据采集系统
　　当前，我国VTS系统数据采集的重点是雷达、AIS和其他数据等3个方面。
　　（1）雷达。雷达是VTS区别于其他导助航手段的基本要素，目前依然是VTS系统获取船舶位置和动态数据的主要手段。为了增强雷达在数据采集方面的作用，对雷达的参数、性能、选址等进行调整优化，成为VTS中心必不可少的工作内容，但囿于雷达系统的复杂性，此类工作已经远不能满足新形势下VTS系统建设的需要。当前，雷达系统的建设主要体现在量的增长，通过增设新的雷达站来减少雷达盲区，扩大雷达覆盖面积，从而提升雷达在VTS数据采集方面的能力。
　　（2）AIS。AIS是VTS系統在数据采集方面的革命性进步。AIS的引入将VTS系统开发为现代信息系统，为VTS系统在目标定位、船舶识别和航次信息交换等方面提供了新的途径，极大延伸了VTS系统的测控范围且丰富了数据内容，提高了数据可靠性。在引入AIS的过程中，VTS中心着重攻克AIS图像与雷达回波的关联难题，解决两个信息源造成的“双眼皮”问题，实现AIS数据的持续可靠输入。在此基础上，区域VTS中心联网方案通过使船舶信息在不同VTS中心间传输成为可能来进一步提高数据采集效率。
　　（3）其他数据。除了雷达和AIS两大基础数据来源外，VTS中心也特别重视提升辅助数据的采集能力。各VTS中心基本都建设或接入了辖区CCTV、北斗、气象观测等设施设备，实现了现场情况的全天候、立体化、综合性的可视化展示，进一步夯实了VTS作为海上监管数据中心的作用。此外，交通运输部海事局还推动建设综合监管指挥系统，将辖区基本数据、海量船舶基础数据、不同来源船舶动态数据，乃至搜寻救助等资源数据进行了系统整合，使得VTS系统数据汇入海事综合数据，极大丰富了VTS中心的数据来源。
　　1.2 数据处理系统
　　近年来，各VTS中心积极顺应互联网发展大势，不断深化VTS系统各类操作和管理软件的开发及应用，持续加强VTS系统大数据的挖掘和分析，不但全面升级了VTS系统基础数据处理系统，而且在以标识多样化和3D显示为代表的人机交互界面优化、以自动播发提醒为代表的智能化应用、以MIS系统为代表的查询和管理软件升级、以交通流研究为代表的数据采集分析，以及以移动APP为代表的E航海支持系统等领域分别进行了卓有成效的研究。这些做法不仅使得VTS系统的决策辅助能力更加完善、操作功能更加丰富、人机界面更加友好，还实现了VTS系统数据资源的深度利用，有效破除了VTS信息孤岛现象，显著提升了VTS中心的管理和服务能力。VTS数据处理系统的优化和升级是我国VTS中心发展建设的亮点，并取得了明显突破，标志着我国VTS系统软件建设逐渐走向现代化、信息化、智能化和国产化。
　　1.3 数据传输系统
　　VTS数据传输系统主要是指用于船岸之间数据传输的通信设备。VTS中心所配备的与船舶之间进行通信的设备主要有VHF、AIS、NAVTEX/NAVDAT等;船上配备的通信设备主要有VHF、自动雷达标绘仪（ARPA）、AIS、NAVTEX、国际海事卫星组织（INMARSAT）、甚小口径终端（VAST）等。在船―岸交互中，VHF无线通信、AIS报文传输及卫星通信是最为常用的3种方式，其中又以VHF无线通信和AIS报文传输为主要手段，VHF无线通信主要用于语音通信，AIS主要用于数据通信。船―岸交互工作流程见图1。
　　区别于岸基数据网络建设的突飞猛进，目前船岸之间的数据传输依然处于瓶颈状态，建设和发展都较为缓慢。目前有较大突破的研究是基于AIS系统的船岸信息交换，实现了发送短信、二进制信息和助航设施信息的功能，但AIS信息传输能力仍然较弱，一次最大121字节，难以匹配E航海建设的发展需求。为了破解传输难题，提高VTS数据辅助船舶航行的效能，各VTS中心还对中远距离提出甚高频数据交换系统（VDES）建设设想，对远海距离进行卫星通信尝试，通过建设可以覆盖港口、航道和交通密集区的公网方式加强岸基网络建设，实现岸基对船舶的辐射和带动效应，并取得一定的效果。
　　2 VTS系统核心能力建设存在的问题和瓶颈
　　2.1 数据采集能力有待进一步加强
　　《交通强国建设纲要》明确提出，要构建泛在先进的交通信息基础设施，构建综合交通大数据中心体系。对标这一要求，VTS系统的数据采集能力虽然有了质的提高，但离大数据中心的赋能要求还有一定距离。突出表现在VTS数据是分散和孤立的信息中心，各VTS中心信息融合和联网还存在不同的技术壁垒，VTS系统本身对不同信息源的整合能力有待进一步加强，在船舶基础资料、航次信息、通航数据、水文气象、港航部门信息、搜救力量配置等数据的整合能力仍然存在提高空间。 　　2.2 数据处理能力还有提升空间
　　VTS数据的提取、分析和应用潜力仍有待进一步挖掘。当前大量VTS数据闲置，自动化水平不够，且缺少集中统一的数据存储、提取机制，MIS的数据统计潜力没有被彻底释放，VTS系统对交通形态的预测和推演能力距离智能化要求还有一定距离，在交通信息推送、气象信息广播、异常行为识别和预警信息发布、船岸信息交换等方面依然没有摆脱传统模式，部分VTS系统仍然存在操控界面复杂、决策支持工具不够精确等问题。
　　2.3 数据传输能力存在短板
　　数据传输能力和通信链路短板仍然是VTS系统发挥作用的首要瓶颈和痛点。当前，尽管VTS中心有数据、船员有需求，但船岸之间缺桥路、缺链接，VTS数据采集成果很难及时、有效地传输给需求者。不仅如此，船岸之间通信代差还在持续扩大，岸基通信已迎来5G时代，海上通信却依然难以实现点对点通信。目前各VTS中心在数据传输方面的建设工作进展缓慢，以E航海建设试点为代表的探索工作缺少自上而下的统一规划和系统布局，船岸通信局部链路建设尚未取得实质性进展。
　　3 VTS核心能力建设建议
　　3.1 着力增强VTS系统数据采集能力
　　（1）及早布局5G网络建设，通过5G技术将雷达、AIS、CCTV、航标、监测站、执法船艇、无人机和单兵装备及其他微终端连接成为完整的物联网，建设网格化、智能化的数據采集体系，拓宽数据和信息采集渠道，全面升级VTS系统数据采集能力。
　　（2）进一步整合渔业、航标、气象、港口、引航、救助和船舶运输企业等单位数据，打破不同信息源壁垒，积极融入地方大数据网络建设，选取海事监管关键区域节点，建立若干区域性VTS数据中心，承担云端数据的储存、提取、优化和安全防护职能，建成交管大数据神经节点。
　　（3）逐步统一各VTS系统数据资源的内容、格式，建立包含气象信息、航次信息、航行计划、通航要素、诚信管理、安全信息、法律法规等信息资源的全面数据库，形成“交管云数据”，实现各VTS系统之间的信息交换、数据共享和通信互助等功能，以及重要水道、主要港口和其他VTS中心的一站式信息获取功能。
　　3.2 着力增强VTS系统数据处理能力
　　（1）面向VTS中心核心业务提出解决方案，通过智能算法深度研判通航要素与交通流的作用规律，提升VTS系统船岸数据处理水平，增强VTS系统决策支持能力，建立标准化操控模块，优化VTS中心在航线交换、航行提示、交通监管与信息推送等方面的工作流程，促进VTS中心操作和日常管理的智能化、清单化、立体化、可视化和便捷化。
　　（2）从宏观需求层面做好VTS系统数据的存储、记录和分析工作，科学设置数据统计关键词，通过相应的统计学方法从海量大数据中有效提取关键数据，加强对交管大数据的挖掘力度，以服务于交通态势研判、航海科学分析乃至经济发展指数研究等海上安全治理工作，破除孤岛困局，让VTS系统的数据和设备实现更大价值。
　　（3）主动融入交管大数据，积极开展VTS系统数据转换、信息融合、智能运算、安全防护等研究工作，针对船员、港航企业、其他公共安全部门的不同需求完善各类软件的功能设计，确保内外部数据平滑、有序对接，增强VTS中心的数据协同能力，打造信息共享平台。
　　3.3 着力增强VTS系统数据传输能力
　　（1）升级VTS中心的岸基通信设备，在各试点单位既有经验基础上，短期内在港口水域附近建设多功能浮标、手机网络传输站、连续运行卫星定位服务系统（CORS）台站等通信支持系统，在有VTS信息覆盖的重要航道及近海水域加快布局建设VDES基站、4G网络发射塔、移动基站、船载基站等多种类型的通信保障设备，争取在重要水域突破船岸信息传输瓶颈，实现先进技术向重点水域的延伸，实现岸基网络向近海拓展。
　　（2）全面推进E航海探索实践，利用现有公网系统，重点面向手机终端用户探索建立VTS中心信息发布平台，通过岸基网络对各类型信息的数据进行融合处理，为船舶定制最有价值的通航信息，发布重要气象信息、安全管理建议、预警预防信息等时效信息，为船舶提供风险可视化的二维、三维展示数据，实时提示未来若干时间段可能遭遇的威胁，使得船方更多地从岸基的巨量监管数据中获得有效信息，部分解决船岸通信代差带来的信息传输受限问题。
　　收稿日期：2019-11-13
　　作者简介：唐绪谦（1987―），男，本科，研究方向为VTS运行发展及国际履约
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