E-航海航线服务设计与实践.docxVIP

? ? E-航海航线服务设计与实践 ? ? 余锦超 摘 要：总结E-航海项目建设经验，阐述E-航海航线服务设计规范和技术细节，说明E-航海航线服务的实际应用场景。 Key：E-航海 航线服务 智能导航 在E-航海时代，高速海上数字通信将广泛应用，船岸、船船之间将更紧密地连结在一起。E-航海岸基系统可为船舶提供更准确更实时导航服务，船船之间的人工无线语音交流和人工判断，向人工智能协商转变。航线服务是E航海基础服务之一，通过航线服务可使船舶间航行意图互知，实现智能船舶避碰，支撑无人船技术发展；同时，主管部门可以掌握船舶航行计划，使得安全监管和生产调度更加科学高效。船舶航行全球性要求航线服务必须符合国际标准规范，这是IMO/IHO HGDM工作组正在积极开展的工作。 1.航线服务E-航海技术服务规范 航线服务规范遵从IALA G1128《Guideline on specification of e-navigation Technical Services》的有关要求，按照航线服务的规范模型、技术方案、实例模型等三部分进行定义说明。这三部分逐步从抽象向实例化、具体化、可用化演进。航线服务规范参考“海事互联互通平台（MCP）”模式，采用REST服务架构的数据接口进行交互。 2.航线服务数据模型 IHO S-421是E-航海航线服务数据模型标准，目前正在参考IEC61174-2015标准进行起草修订，预计在2020年发布。按照IEC61174-2015标准，航线服务数据模型由航线数据，航行计划、航线信息等部分组成。以航线服务数据模型为基础，开发出三个重要的应用功能，分别是航线推荐、航线检查、航线交换。下文将重点详述这三个航线服务应用功能。 2.1航线网络数据库 航线网络数据采用“航线段组”来构建，每个航线段由起点航路点、终点航路点和两点之间的折线构成。航线段的空间坐标表达采用开放地理空间联盟（OGC）制定的WKT方式。多个航线段的起点和终点互相连结，构成整个航线网络。只有航线段组的起点和终点才参与航线推荐寻路算法。 在现实环境中，虽然小型船舶可以安全地航行在大中型船舶的习惯航线上，但是小型船舶和大中型船舶的微观航路具有较大差异。这个差异主要是由于小型船舶的航路在满足安全性的基础上更加经济。为了满足不同大小船舶航线推荐寻路的需要，按照船舶VL=长×宽的经验值作为分级标准，构建适航不同大小船舶的7个等级航线网络，分别为第一级：VL 320×45；第二级：180×32 VL≤320×45；第三级：120×22 VL≤180×32；第四级：90×18 VL≤120×22；第五级：65×15 V L≤9 0×18；第六级：50×11 VL≤65×15；第七级：VL≤50×11。 2.2航线网络数据库制作 对AIS船舶航行轨迹进行数据分析，按照2.1所述提取不同船舶等级的轨迹分布，通过对轨迹最大密度提取和海图数据的安全性比较，确定不同等级的航线轨迹空间分别。为了支持寻路算法运行，对于航线轨迹进行航线段化。通过航线段构建航线网络步骤如下：第一，设置航线段的空间数据。将航线轨迹分叉位置作为航线段的起点和终点，航线段内的空间折点为航线段中间点。第二，设置航线段的其他参数，主要包括航线段的单（双）向属性、航线段左右侧安全距离、前后安全距离、安全深度、限高数值、适宜航速、适航船舶类型等等参数。航线网络通过空间数据图形化显示如图一所示。 3.航线推荐 航线推荐是航线数据模型应用之一，按照用户航线请求做出正确的最佳寻路计算，并以正确的推荐航线数据返回给用户。航线推荐服务建立在航线网络数据库基础上，按照航线服务规范的定义提供标准请求接口，航线寻路算法推荐出最佳的航线结果，从接口返回給用户。 用户请求航线推荐服务，需传入船舶MMSI、吃水、高度、起点坐标、终点坐标、计划航速、计划起航时间、计划抵达时间等参数。航线推荐服务根据下文3.1、3.2、3.3所述方法寻路计算推荐航线依次经过的航线段组，并将每个航线段分解为依次相连的航路点组，最后将航线点组数据编序返回给请求用户；同时，航线推荐服务根据请求航线的计划时间、计划航速等计划相关参数，自动附带提供与航线相关的海上安全信息。不同的航线请求传入参数将导致不同航线推荐结果，例如船舶吃水深度从3米修改为6米，系统推荐出不同的航线如图二所示，下文将阐述航线推荐的方法。 3.1航线网络等级和通航条件预筛选 使用与船舶对应等级的航线网络推荐航线，可以获得符合该船舶的最佳航线。由于分级航线网络缩小了每次寻路算法的运算规模，可以缩短推荐航线的响应时间。 在该船对应等级的航线网络中，可能部分航线段不能满足该船关于吃水、限高、航道宽度、限速、适航船种等的航行安全要求。因此，在运行推荐航线算法前，可预先过滤掉不满足该船航行安全要求