岳博文，田為民，王 寶，王高峰

（交通運(yùn)輸部北海航海保障中心天津通信中心，天津 300456）

0 引言

2018年我國(guó)三部門聯(lián)合印發(fā)《智能船舶發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019-2021年）》，2019年七部委聯(lián)合印發(fā)《智能航運(yùn)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》，同年3月，中國(guó)開(kāi)啟了“基于岸基協(xié)同的船舶智能航行與控制關(guān)鍵技術(shù)”的研究，以期引領(lǐng)和指導(dǎo)智能船舶航行領(lǐng)域發(fā)展。因目前智能航運(yùn)領(lǐng)域發(fā)展程度還不高，智能船舶與非智能船舶將長(zhǎng)期并存，在信息服務(wù)方面二者所需主要信息種類雖基本一致，但智能船舶更需符合機(jī)器理解的語(yǔ)義表述和信息標(biāo)準(zhǔn)，此外，岸基管理服務(wù)平臺(tái)還需AIS信息、航標(biāo)遙測(cè)遙控信息等，這些信息的來(lái)源、格式、傳輸途徑龐雜不統(tǒng)一，多途徑的異構(gòu)信息源難以高效匹配各有所需的信息使用者。在這種情況下，建立一套統(tǒng)一規(guī)范的信息標(biāo)準(zhǔn)可供智能船舶使用、可使信息整合高效便捷，就顯得十分重要。

國(guó)際海道測(cè)量組織（IHO）提出的S-100標(biāo)準(zhǔn)目前只給出了結(jié)構(gòu)框架，并沒(méi)有數(shù)據(jù)格式的具體標(biāo)準(zhǔn)，智能航行領(lǐng)域尚無(wú)通用的信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，因此，需結(jié)合現(xiàn)行其他信息標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際使用需求制定一套完整的針對(duì)智能航行的信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，且應(yīng)充分考慮標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)對(duì)象。如圖1所示。

圖1 智能航行信息標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)對(duì)象

1 信息標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)方案研究

1.1 信息分類

智能航行具有數(shù)據(jù)量大、來(lái)源多、變化快等特點(diǎn)，需要高效的管理和傳輸支持，其中，海上安全信息、交通組織信息、航線計(jì)劃信息、水文氣象信息、航行控制信息為必不可少的關(guān)鍵信息類型，參照e-航海標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)框架的S-100協(xié)議并根據(jù)中國(guó)船岸協(xié)同智能航行技術(shù)研究需要，確定了包括助航標(biāo)志、礙航物等在內(nèi)的可用于實(shí)際信息交換的15類信息服務(wù)格式。

1.2 信息格式標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化生成主要是對(duì)各種信息按一定編碼規(guī)則進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫(kù)生成，便于系統(tǒng)規(guī)范應(yīng)用和傳輸，滿足智能航行系統(tǒng)快速、便捷、規(guī)范接收和應(yīng)用。下面從結(jié)構(gòu)化的二進(jìn)制格式標(biāo)準(zhǔn)和可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言XML格式標(biāo)準(zhǔn)兩方面，對(duì)智能航行信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)。

1.2.1 二進(jìn)制格式標(biāo)準(zhǔn)化

相較傳統(tǒng)語(yǔ)音模擬信號(hào)傳輸和文本傳輸，二進(jìn)制報(bào)文傳輸具有諸多優(yōu)勢(shì)，目前我國(guó)有關(guān)二進(jìn)制化的海事服務(wù)信息的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有《船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）中國(guó)區(qū)域二進(jìn)制信息技術(shù)規(guī)范》（JT/T 1276-2019），該標(biāo)準(zhǔn)以二進(jìn)制形式規(guī)范了AIS中國(guó)區(qū)域二進(jìn)制應(yīng)用信息的結(jié)構(gòu)、分類和編碼規(guī)則。從智能航行信息支持需求來(lái)看，選用6號(hào)尋址報(bào)文作為標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)更為合適。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的AIS二進(jìn)制報(bào)文由三部分組成：標(biāo)準(zhǔn)AIS的數(shù)據(jù)幀格式；應(yīng)用標(biāo)識(shí)符（AI）；應(yīng)用數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度可變）。由于是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，考慮到數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)銜接性，對(duì)于數(shù)據(jù)幀格式部分及應(yīng)用標(biāo)識(shí)符（AI）部分不做改變。應(yīng)用數(shù)據(jù)部分則有如下不足需變更與補(bǔ)充：信息規(guī)則種類有欠缺；語(yǔ)義結(jié)構(gòu)上無(wú)法充分滿足航行警告類信息服務(wù)；規(guī)則內(nèi)部給出的內(nèi)容種類不足，且預(yù)留的可拓展比特位也不足以滿足要求。

下面以助航標(biāo)志類信息標(biāo)準(zhǔn)化方案法為例，講解上述3點(diǎn)的修改辦法，修改前后對(duì)照見(jiàn)表1及表2，解釋見(jiàn)表后文段。

表1 航標(biāo)工作預(yù)報(bào)編碼規(guī)則

表2 視覺(jué)航標(biāo)狀況編碼規(guī)則（新增）

語(yǔ)義結(jié)構(gòu)及信息規(guī)則方面的修改補(bǔ)充重點(diǎn)參照《中華人民共和國(guó)航行警告標(biāo)準(zhǔn)格式》（GB 17577- 2009）以及新版送審稿，按照“主體、地點(diǎn)、主述、時(shí)間、補(bǔ)充”的語(yǔ)義結(jié)構(gòu)劃分，對(duì)原有類別進(jìn)行調(diào)整：將表1中的“狀態(tài)”改為“分類”，并劃分為視覺(jué)航標(biāo)狀況、視覺(jué)航標(biāo)動(dòng)態(tài)、無(wú)線電航標(biāo)三類，新增相應(yīng)規(guī)則（其一見(jiàn)表2），內(nèi)容按照國(guó)標(biāo)，添加熄滅、燈光失常、損壞、移位等7個(gè)內(nèi)容；此外根據(jù)16類信息服務(wù)實(shí)際需求，需逐個(gè)進(jìn)行規(guī)則補(bǔ)充，此處不再一一列舉。筆者將全部的16類信息進(jìn)行了二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)化，形成完整的二進(jìn)制格式標(biāo)準(zhǔn)方案成果（略）。

模擬信息二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)化后具有如下優(yōu)點(diǎn)：一是傳輸效率大大提高，僅需幾個(gè)比特位即可完成傳輸，適合海上帶寬不足的情況，還可滿足智能船舶低時(shí)延、實(shí)時(shí)性高的信息需求；二是規(guī)范化，異構(gòu)數(shù)據(jù)的描述方式均被惟一化；三是易于機(jī)器理解，方便智能船舶使用以及軟件二次開(kāi)發(fā)；四是易修改易拓展，未來(lái)可通過(guò)增減規(guī)則類別、使用預(yù)留擴(kuò)展位、拓展比特位數(shù)等方式滿足變化的需求。

1.2.2 XML格式標(biāo)準(zhǔn)化

XML即可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言，它獨(dú)立于平臺(tái)和應(yīng)用，可解決異構(gòu)數(shù)據(jù)交互及共享問(wèn)題，較于二進(jìn)制格式其更適合寬帶系統(tǒng)的信息傳輸。XML同時(shí)也是IMO確認(rèn)采用的S-100標(biāo)準(zhǔn)中推薦使用的用于進(jìn)行不同接口間技術(shù)交換和模型描述的標(biāo)記語(yǔ)言。

因目前尚無(wú)可參考的具有完整體系的XML格式的智能航行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以在標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中，依舊以JT/T 1276-2019、GB 17577-2009以及其最新送審稿為標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，并結(jié)合二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)化成果進(jìn)行架構(gòu)。

XML標(biāo)準(zhǔn)化首要工作就是將16個(gè)海事服務(wù)信息內(nèi)容層次化、結(jié)構(gòu)化，下面以GB 17577-2009航警標(biāo)準(zhǔn)中的視覺(jué)航標(biāo)動(dòng)態(tài)語(yǔ)義結(jié)構(gòu)表為例。如表3所示。

表3 視覺(jué)航標(biāo)動(dòng)態(tài)

根據(jù)表3的基本內(nèi)容，保留原本的5結(jié)構(gòu)劃分方式，將各部分內(nèi)容進(jìn)行歸類，將同一類信息總結(jié)成一個(gè)元素名，并且確保元素種類足夠覆蓋所有原內(nèi)容，總結(jié)后的元素名如表4所示。

表4 視覺(jué)航標(biāo)動(dòng)態(tài)元素

而后對(duì)每一個(gè)元素再進(jìn)行細(xì)化完善，并補(bǔ)充消息ID等標(biāo)志元素，最終形成完整的元素結(jié)構(gòu)。如圖2所示（部分元素展開(kāi)略）。

圖2 視覺(jué)航標(biāo)動(dòng)態(tài)類XML元素結(jié)構(gòu)

元素結(jié)構(gòu)完成后，需通過(guò)比對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)逐一確定元素的類型、取值、值限制等內(nèi)容，保證充分滿足要求。以燈光“顏色”元素為例，因其具有離散取值范圍，所以類型定為simpleType，并逐一列出可能的取值：“白、紅、綠、黃、藍(lán)、黑”，值類型為string，又因其可以出現(xiàn)黃/藍(lán)等顏色組合，且非“主述內(nèi)容”元素的必要值，所以最小出現(xiàn)次數(shù)為0，最大不做限制。需注意的是，XML結(jié)構(gòu)定義文檔為英文，專用名詞及表述方式當(dāng)遵守GB 17577-2009中的英文標(biāo)準(zhǔn)。逐一對(duì)16類信息進(jìn)行加工，即可形成完整XML結(jié)構(gòu)定義文檔（成果略）。

XML格式標(biāo)準(zhǔn)可解決多源異構(gòu)數(shù)據(jù)匯聚及多樣化信息服務(wù)輸出等問(wèn)題；相較二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)格式，其更適合高帶寬信息傳輸環(huán)境，信息更具可讀性，信息接收方、平臺(tái)接入方無(wú)須對(duì)照表即可知曉信息含義；此外，XML格式也兼具機(jī)器易于理解、易修改拓展等優(yōu)點(diǎn)。

2 應(yīng)用拓展和前景展望

2.1 海岸電臺(tái)數(shù)字化

當(dāng)下中國(guó)的海岸電臺(tái)數(shù)字化僅實(shí)現(xiàn)了傳輸信道或載波調(diào)制的數(shù)字化，而未實(shí)現(xiàn)信息本身的數(shù)字化，航警信息在傳送各環(huán)節(jié)中還無(wú)法做到語(yǔ)義識(shí)別和自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)，信息傳輸速率還有較大提升空間，本文給出的二進(jìn)制信息標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)方案或可為當(dāng)下海岸電臺(tái)數(shù)字化改造提供參考。

2.2 定制化信息服務(wù)

經(jīng)本文提出的方案標(biāo)準(zhǔn)化后的海事服務(wù)信息，不論是二進(jìn)制格式還是XML格式，均可同時(shí)“標(biāo)簽化”，每條信息都可以提煉出若干信息標(biāo)簽，通過(guò)對(duì)包含特定標(biāo)簽的信息篩選、歸類、封裝，可以形成具有特定價(jià)值、指定范圍的信息集，結(jié)合北斗系統(tǒng)的高精度定位及授時(shí)功能，從而提供高定制化信息服務(wù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

“智能航運(yùn)”是我國(guó)實(shí)現(xiàn)交通強(qiáng)國(guó)、航運(yùn)強(qiáng)國(guó)的重要抓手，而高質(zhì)量的通信信息服務(wù)則是智能航海保障的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文面向?qū)χ悄芎竭\(yùn)背景下基于船岸協(xié)同的船舶智能航行的信息服務(wù)需求，從二進(jìn)制格式傳輸和XML格式傳輸兩方面給出了信息標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)方案，并對(duì)方案優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，同時(shí)也為方案在其他領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行了拓展和展望。