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摘 要

在航海保障领域中，航标可以为船舶提供专业、可靠的导助航服务。随着越来越多的信息技术被应用到航海领域中，船载自动识别系统（Automatic Identification System，简称AIS）普及率大大提高，AIS网络系统的覆盖面也越来越广，已经实现沿海水域的全覆盖，在一些通航密度较大的关键水域甚至可以做到多重覆盖。同时，AIS虚拟航标也被广泛应用，由于虚拟航标是一种高技术的新型航标，在使用过程中还存在显示符号不统一、缺乏布设标准等关键问题。

本文通过查阅AIS应用规范以及相关的国际标准和文献，在分析AIS网络系统和AIS航标工作原理的基础上梳理了AIS虚拟航标的显示符号和布设的一般原则，进一步介绍了虚拟航标的典型应用场景，为虚拟航标的推广应用提供了理论支撑，同时也为后续进行该领域的研究奠定了理论基础。

关键词：AIS；航标；虚拟航标；电子海图

Abstract

In the field of navigation support, navigation marks can provide professional and reliable navigation services for ships. As more and more information technologies are applied to the field of navigation, the popularization rate of AIS is greatly increased. The coverage of the AIS network system is also becoming wider, it has achieved full coverage of coastal waters, and even multiple coverage can be achieved in some key water areas with greater navigation density. At the same time, AIS virtual navigation mark is also widely used. Since virtual navigation mark is a new type of high-tech navigation mark, there are also key issues such as inconsistent display symbols and lack of layout standards during use.

By referring to the AIS application specifications and related international standards and documents, this paper combs the general principles of the display symbols and layout of the AIS virtual navigation mark on the basis of analyzing the working principle of the AIS network system and AIS navigation mark, and further introduces the typical application scenarios of the virtual navigation mark. Provides theoretical support for the popularization and application of virtual navigation aids, and at the same time lays a theoretical foundation for subsequent research in this field.

Key Words：AIS ;Navigation mark;Virtual Navigation mark;Electronic Chart

目录

第1章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1虚拟航标关键技术研究现状 2

1.2.2虚拟航标应用现状 4

1.3研究的基本内容 6

1.4技术路线 8

第2章 虚拟航标关键技术研究 9

2.1虚拟航标组成及其工作原理分析 9

2.1.1AIS网络系统组成及原理 9

2.1.2AIS虚拟航标系统组成 11

2.1.3虚拟航标实现技术 13

2.2虚拟航标显示符号 18

2.2.1虚拟航标显示的有关规定 18

2.2.2AIS航标显示符号的使用现状及问题 20

2.2.3关于AIS航标显示符号的建议 21

2.3虚拟航标布设方法 23

2.3.1虚拟航标布设的一般原则 23

2.3.2影响虚拟航标布设的因素 25

2.4本章小结 26

第3章 虚拟航标的典型应用 27

3.1虚拟航标的优势及局限性 27

3.1.1虚拟航标的优势 27

3.1.2虚拟航标的局限性 29

3.2虚拟航标应用场景分析 30

3.2.1临时性虚拟航标应用场景 30

3.2.2永久性虚拟航标应用场景 31

3.3虚拟航标功能拓展 32

3.3.1信息传输 32

3.3.2电子导航 32

3.4本章小结 33

第4章 结论与展望 34

4.1结论 34

4.2展望 34

参考文献 35

致谢 37

第1章 绪论

航标作为一种保障船舶航行安全的水上标志，在水路交通运输、水上施工作业、海洋资源开发的方面发挥着重要作用。通常情况下航标管理部门通过在可通航水域及其临近水域设置航标来标识航道、水上建筑物、险滩及其他碍航物的位置，引导船舶避开危险水域、定位作业、采取转向行动等。

1.1研究目的及意义

据统计水运是所有运输途径中费用最低的，很多大宗货物都是通过船舶来完成转运，世界贸易中十分之九的货物运输依靠水运。而船舶作为一种古老的水上运输工具，在其航行过程中，需要借助航标、灯塔等海上助航物标来完成定位、转向等基本操作。然而海上天气多变、在冬季通常会出现较大范围的浓雾、暴风雨等恶劣天气，传统视觉航标的助航功能会受到较大的影响。相比之下，一种基于AIS的虚拟航标具有诸多传统实体航标无法比拟的优势。例如在突然发生沉船、搁浅等海难事故时，航标管理部门需要在事发水域快速设置适宜的航标，防止次生事故的发生，若设置实体航标则需要较长的时间，很难达到理想的效果。在一些狭水道等特殊水域直接设置实体航标可能会占用有限的可航水域，从而降低航道利用效率，不利于航运事业的发展。传统航标灯有着严格的灯质控制标准，在进行灯质控制的过程中需要消耗大量的电能，进行航标维护、巡检时通常要借助航标船，这不仅费时费力，而且还会对海洋环境造成污染。

虚拟航标是一种没有实物的数字化航标，泛指基于AIS技术的虚拟航标，通常情况下在电子海图、电子海图信息与显示系统（ECDIS）、雷达等助航设备上显示。根据其工作原理可分为以下两类：第一类是有实际标体的虚拟航标，这类航标的AIS设备并没有直接安装在实际标体上，出于对经济、适用性的考虑，通常将AIS设备安装在离航标比较远的地方，并以甚高频（VHF）频段电磁波的形式将虚拟航标实际坐标位置、种类、名称等信息播发出去，航标作用范围内的船舶收到该信息后，即可在电子海图等设备上显示出该航标符号。第二类是完全没有任何实体的虚拟航标，这种航标既没有标体也没有AIS等附属设备，是由航标管理部门在其专门的管理系统中设置的，设置成功后船载电子海图等设备会自动更新，并在相应位置上显示出特定类型的虚拟航标符号，而航标管理部门可以根据实际需要对虚拟航标做出相应的调整，进一步优化助航体系，增进船舶航行安全。大范围的增加虚拟航标的应用，不仅可以有效降低航标管理部门的维护成本，还能够减少传统航标的能源消耗，减少或者避免对海洋环境的污染。而随着无线通讯和信息数字化等技术在航运领域的应用，航海科学技术水平不断提升，通过AIS网络系统来发布航标信息已经能够轻易实现，从发布到船载AIS终端接收到该信息历时很短，基本可以实现即发即收。本次研究将在虚拟航标研究现状的基础上，分析其组成及工作原理，研究虚拟航标显示符号和配布方法。探讨虚拟航标的应用范围并对其功能进一步总结、拓展，为虚拟航标的推广应用提供理论支撑，为后续的研究工作做一定的铺垫。

1.2国内外研究现状

对虚拟航标关键技术和典型应用进行研究有助于虚拟航标的推广应用，更好的发挥其导助航作用。目前国内外很多学者都做过关于虚拟航标布设优化、构建技术、命名和显示符号等方面的研究工作，并以虚拟航标应用实例来分析其应用场景及特点。尝试将AR技术等新型技术利用到虚拟航标上，对虚拟航标的功能进行拓展。

1.2.1虚拟航标关键技术研究现状

（1）虚拟航标实现原理

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