VDES在海上通信中的应用研究

60 C W T 中国水运 2020·10
DOI 编码：10.13646/ki.42-1395/u.2020.10.024
VDES 在海上通信中的应用研究
赵显峰1，赵培雪2
摘　要：现阶段，通信技术仍然是航运业智能化发展的制约因素。

随着智能航运的有序推进，海上通信需求将不断增大。

VDES 系统采用国际通用标准，其双向高速通信能力可以更好地满足海上交通安全相关的数据传输和信息交换需求，应用前景极为广阔。

本文基于VDES 系统的技术特性，开展VDES 系统的应用方向和应用场景研究，为有关主管部门制定相关政策提供决策参考和技术支撑。

关键词：VDES；通信；应用
中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2020）10-0060-03
（1, 交通运输部规划研究院，北京 100028；2, 交通运输部海事局，北京 100736）
1 引言
从现阶段来看，通信技术仍然是航运业智能化发展的制约因素，一方面现有的海事卫星等通信系统费用昂贵且通信速率有限，另一方面由于海洋环境的特殊性，目前海上远程通信、高速实时数据传输远远落后于岸基，成为制约海洋经济发展的一个技术瓶颈。

随着智能航运业的有序推进，海上通信需求将不断增大，数据交换通道会越来越重要。

作为e-航海的数据交换通道之一，高频数据交换系统（以下简称VDES）在2013年由国际航标协会（IALA）首次提出，并在2015年世界无线电通信大会决定在水上移动业务领域正式引入。

2019年世界无线电通信大会确定VDES 卫星部分使用频率和采用规则。

在当前VDES 技术标准制定阶段，分析VDES 关键技术和应用需求，研判VDES 系统的应用路径，提出我国实施VDES 系统的技术政策的建议，更好地指
导VDES 系统的规划建设，推动我国e-航海建设的进一步实施，为我国航海电子产业的中国制造2025创造机会。

2 技术特性
VDES 系统是针对水上移动业务领域中的船舶自动识别系统（AIS）升级版，能在保护现有AIS 功能的基础上，通过引入特殊应用消息(ASM)和宽带甚高频数据交换(VDE)全面强化船舶通信的数据传输能力。

与传统的AIS 系统相比，VDES 系统的主要优势如下：2.1专用频段
VDES 系统具有频谱利用率高和抗干扰强等特点，系统根据业务属性不同开辟专用频段，保障信息传输可靠可控，数据信号保密性强，同时兼容原AIS 系统，能为海上动态监控提供更为可靠的数据。

2.2
收发兼顾
图1 VDES 的发展规划进程
VDES系统分为岸基和星基两部分，满足当前船船和船岸之间的双向数据交换，并为未来实现卫星与船舶之间的远程双向数据交换预留空间，为海上动态监控提供实时丰富的船舶数据。

2.3传输速率
传统的AIS系统的带宽比较窄，传输速率只有9.6kbps。

VDES系统在25kHz、50kHz、l00kHz三种不同带宽上分别达到76.8kbps、153.6 kbps、307.2kbps 传输速率，数据传输速率得到大幅度提升。

2.4系统可靠
VDES系统采用VHF频段，传输可靠性高，有一定绕射能力，空间损耗小，覆盖范围大，通信距离远，且具有优先级传输功能。

3 应用研究
VDES系统由AIS、ASM和VDE三部分组成：
（1）AIS信道主要传输船舶航行相关信息：
（2）ASM信道主要传输特殊应用报文；
（3）VDE信道主要传输宽带甚高频数据。

其中AIS信道的优先级最高，ASM信道的优先级次之，VDE信道的优先级最低。

3.1 AIS应用
AIS保持其最初的设计目的不变，实现助航和避碰，确保船舶海上航行安全。

VDES系统中的AIS保留了原始AIS系统的21种消息类型，详见表1。

表1 AIS的消息类型
消息ID消息名称消息ID消息名称
AIS1位置报告AIS12B类标准设备位置报告AIS2位置报告AIS13B类扩展设备位置报告AIS3位置报告AIS14数据链路管理信息
AIS4基站报告AIS15辅助导航报告
AIS5静态和航行相关数据AIS16信道管理
AIS6标准搜索和救援飞机位
置报告AIS17组分配命令
AIS7UTC时间和日期请求AIS18静态数据报告
AIS8统一世界时间/日期响
应AIS19单槽二进制信息
AIS9作业模式命令AIS20带信道状态的多槽二进制信
息
AIS10问讯AIS21远程自动识别系统广播信息
AIS11全球导航卫星系统广播
二进制信息
3.2 ASM应用
ASM是一种实时可靠的信息接收机制，用于提供非导航安全信息服务，如水文、气象、地区通知等，详见表2。

表2 ASM
的消息类型
消息ID消息名称消息ID消息名称
ASM1气象和水文数据ASM13区域通知—地址
ASM2危险货物指示ASM14路线信息—广播
ASM3航路封闭ASM15路线信息—处理
ASM4潮汐窗口ASM16环境数据
ASM5扩展的船舶静态和航行
相关数据ASM17文字描述—广播
ASM6船载人数ASM18文字描述—处理
ASM7VTS生产/合成目标ASM19二进制确认信息
ASM8入港清关时间ASM20二进制广播信息
ASM9海洋交通信号ASM21二进制地址信息
ASM10靠泊方位数据ASM22安全相关的广播信息
ASM11船上天气观测报告ASM23安全相关确认
ASM12区域通知—广播ASM24处理安全相关信息
图2 VDES系统功能和频率分配
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3.3 VDE应用
VDE是VDES系统的核心功能，是VDES系统实现高带宽数据通信的基础。

VDE具有理论上最高307.2kbps的双向通信能力以及结合卫星的全球覆盖能力，能在全球范围提供双向数据传输服务。

根据VDE 的技术特性，结合我国海上交通安全的通信需求分析，VDE应用主要包括五个方向：
一是满足海事、搜救等部门对海上船舶航行安全监管和应急救助相关的数据传输需求。

利用VDE有效整合现有的信息、组织和资源提供途径，提供数据交换技术支持。

二是满足港口作业、船舶报告、企业货运管理、电子报关、电子海图更新等广泛的数据交换需求，大幅提升工作和运营效率。

三是满足船舶和船员等自定义的数据通信需求。

对船舶来说，该通道可用于船舶自身的管理，在必要情况下将船舶自身运行状态情况进行数据传输；对船员来说，该通道可以为其提供新闻、电子书籍、聊天等服务。

四是满足军民融合的应用需求。

VDES可实现全球海域的船舶监控，通过加密VDE可提供军用应急通讯备份链路，为远海海洋传感器提供高效成本低廉的通信链路等。

五是满足新技术发展的应用需求。

随着我国智能航运的有序推进，VDE技术将在智能航运领域占据举足轻重的作用，特别是对无人船在复杂海域中航行具有重要价值和意义。

4 对策建议
VDES技术是新一代海上数字通信技术，是IMO 主导的e-航海战略核心通信方式，对保障海上航行安全、实现全球航海信息资源的利用与共享、促进航运事业发展起着至关重要的作用。

根据当前VDES的研究成果，提出我国VDES系统应用的对策和建议。

一是发展路径。

目前全球多个国家对VDES的发展显现出高度积极性，中国作为IMO、IALA、ITU的理事国成员，应加快发展VDES相关技术研究，适当开展试点示范工程的建设，稳步推进和验证系统的可靠性和应用性，提高VDES系统工程建设和使用的主观能动性。

二是议案建议。

目前，现有VDES技术的研究创新主要集中在信号处理层面，但针对设备产品和系统架构的研究相对较少，建议我国在议案方面应重点关注VDES数据处理服务和运营技术、VDES卫星组网技术和卫星有效载荷等内容，提交符合中国发展需求的建议和提案，加强在相关国际标准制定中的主导性作用。

三是标准研究。

系统应用，标准先行。

在适当地时机开展相关标准规范的专题研究，并出台VDES系统的行业建设标准、设备管理规范和设备使用规定等，督促行业内的系统研发和设备应用进程，鼓励社会企业积极参与，引入社会资本，充分发挥科技企业的作用，更好地推动我国e-航海的进一步实施。

四是建设策略。

VDES系统主要分为AIS、ASM和VDE三部分，目前AIS和ASM的技术框架已基本确定，可以先期开展工程的建设与应用，采用边试点、边应用、边验证，逐步完善我国自主研发VDES系统。

对于VDE这部分内容，系统应保留其开放性和扩展性，在后期时机成熟后对逐步进行VDE的建设。

参考文献：
[1] VHF水上移动频段内的VHF数据交换系统的技术特性[S].2015.
[2] International Maritime Organization NCSR分委会.Report to the Maritime Safety Committee (MSC) of NCSR5[R]. London:IMO,2018:27-36.
[3] 熊雅颖.海事通信技术新进展——VDES系统[J].卫星应用,2016.
[4] 姚治萱.VDES通信技术应用及其发展趋势[J].世界海运,2019.
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