基于GOOS系统的全球智能海船助航系统构想

发表时间:2021-04-01 08:51

来源:中国船检  

导读:

全球海洋观测系统(Global Ocean Observing System,GOOS)是全球地理观测系统(GEOSS)的一部分,于1992年,在世界气象组织(WMO)、联合国环境规划署(UNEP)和国际科学协会理事会(ICSU)的协助下,由政府间海洋委员会(IOC)执委会正式提出建立。

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全球海洋观测系统(Global Ocean Observing System,GOOS)是全球地理观测系统(GEOSS)的一部分,于1992年,在世界气象组织(WMO)、联合国环境规划署(UNEP)和国际科学协会理事会(ICSU)的协助下,由政府间海洋委员会(IOC)执委会正式提出建立。其目标旨在建立一个统一、协调、能够实现资料和产品共享的国际系统,从而提供海洋资料和信息,使人们能安全、有效、合理、可靠地利用和保护海洋环境、进行气候预测和海岸管理。

GOOS系统及其对海船助航的局限性

GOOS的产品丰富,涉及面广,涵盖了海平面变化、洋流地点和强度、异常高浪、海冰、要害海藻、渔业服务、干旱地区雨量、越冬期长度和寒冷状况、疾病爆发可能性等多个领域。其用户涉及政府、环境管理部门、业务服务部门(如航海、港口、保险、搜救等)、航运部门(如石油天然气业、航运业、渔业、测量业、建筑业等)、企业(如旅游公司、拖捞公司等)及个人(如冲浪运动员、潜水员、钓鱼者、旅游者等)。

GOOS的建设与完善有助于改善风、海浪和海冰的预报,改善暴风雨、大浪、浪涌的警报,改善港口的管理、离岸的设计和业务,有助于海轮的行程安排和海上娱乐活动,改善不良水质的探测,有助于渔业和水产业的管理,改善气候预报,改善为农业、能源业和水利业的降雨和温度的预报,有助于疟疾等流行病的预防等。

GOOS的执行主要依靠GOOS项目办公室、海洋学和海洋气象学技术联合委员会(JCOMM)、GOOS的各区域性联盟(简称GRAs)、区域性海洋观测系统(ROOS)以及区域性近岸海洋观测系统(RCOOS)来完成。其中,GOOS项目办公室是GOOS系统的组织和协调核心机构,办公室总部设在联合国教科文组织(UNESCO)的政府间海洋委员会(IOC)内部,位于法国巴黎。JCOMM是一个跨政府的技术专家组织,其功能是协调国际间海洋地理和海洋气象观测活动、进行数据管理和服务、联合气象和海洋地理方面社团的专家、加强技术和能力建设。GRAs是区域性的海洋观测系统,一般是跨国性质。ROOS和RCOOS是规模比较小、通常范围局限为一国之内的观测系统。

综合来看,GOOS系统对于海船助航还有一定的局限性。

1、对于海船航线而言,GOOS系统的全球分布很不均衡。由于GOOS系统最初的目的是观测海洋气象和环境,为防止海洋灾害和渔业生产等服务,这就使得其该系统的浮标、潜标等探测单元的分布主要集中在沿海港口附近。这些探测单元分布的局限性限制了其为远洋船舶提供服务。如果能将观测点覆盖到所有的海船航线上,就能利用这些探测单元为海船提供有用的数据。

2、GOOS系统不能向海船提供实时船舶定位。GOOS系统可以提供洋流、水温、气象、地震和海啸等海洋环境参数,这些数据对海洋船舶有一定的助航作用,但目前还不能为船舶提供像全球定位系统GPS和北斗系统BDS一样的定位功能。如果利用GOOS系统的观测单元为船舶提供相应的位置信息,通过这些观测单元的联网,就能提供精确的全球船舶位置信息。

3、GOOS系统不能与海船实时联网通讯。GOOS系统主要是观测海洋参数的,这些参数要传给岸上相关单位,有的需要打捞潜标等操作,回去后读取其内部的数据,有些观测单元有简单的通讯功能,但不能实时、快速与海洋船舶进行通讯交流。也就是说GOOS系统目前的联网程度远未达到海船所需要的程度。

4、GOOS系统不能监控全球船舶的实时航行数据。GOOS系统目前主要针对海洋环境进行数据监测,几乎不对海上航行船舶的航行数据进行监测。如果能同时监测全球海上航行船舶的数据,就能实现VTS的功能,联网后可实现远强于VTS的功能。

5、GOOS系统不能向海船及时提供海洋气象数据。GOOS系统虽然可以测取海洋环境数据,但到目前为止,几乎不向海上航行船舶提供这些环境数据。船舶获取气象信息主要通过气象卫星云图以及船上自己的观测,如果GOOS系统能全面提供其所观测到的海洋环境数据,无疑对船舶航行有极大的帮助。

全球智能海船助航系统概述

随着海船自动化的程度越来越高,智能船舶和无人驾驶船舶一定会是未来船舶的发展趋势。船舶需要智能化,除了提高船舶本身的智能水平外,还需要覆盖全球海洋的智能助航系统。从系统的结构框架来看,该系统的组建可以有几种方法:一是在全球海洋区域布置全新的检测系统;二是利用现有的全球海洋观测系统,进行适当的补充改造和升级。无论从经济性和高效性来看,后一种是最便于实现的方案,即在GOOS系统的基础上建立起全球智能海船助航系统(Global Intelligent Navigation System,GINS)。

第一阶段,升级GOOS系统监控分布单元的软硬件设施,全球航线上增布GOOS系统监控分布单元。

由于历史原因,GOOS系统检测分布单元在大部分港口附近布置还算完整,只有个别欠发达地区的港口可能还需增布检测单元。但远离海岸和远洋航线上的检测单元几乎是空白,这就需要各国各地区相互合作,经过精确计算合理布置大量的检测单元。一旦布置完成,就可向经过的船舶提供当地的相关信息。

第二阶段,GOOS系统检测分布单元的全面联网,并向线上船舶提供基本的数据服务。在第一阶段的基础上,可以通过相关协议将分布于全球各地的GOOS系统检测分布单元相互联网,以实现将全球各地已检测到的船舶航行和海洋数据收集起来送给云主机,或直接发给有需要的船舶计算机系统,供该船舶分析利用。

第三阶段,GOOS系统网络为航线上的所有船舶提供综合服务。在第一和第二阶段的基础上,已经建立的GOOS系统全球网络随着其不断地升级,可以为路过船舶提供越来越多和越来越复杂的数据和交流,最终可以实现对无人驾驶船舶提供精确的位置信息和洋流等气象信息,提供基于岸基的船舶远程自动控制。

结论与展望

基于GOOS系统的全球智能海船助航系统现在只是一种设想,其实质是建立全球海洋信息网络系统以服务于航运、气象、环境保护等,如果该系统的设想能够真正实现,对航运船舶、海洋环境监测、渔业甚至军事等都可提供广泛的应用。但真正付诸于实施有很多问题需要解决。如需要签署一个相关的公约或规则,让全世界绝大部分国家同意加入该组织并参与建设。其次还要协调各国家对该系统的支持和兼容,使之成为一种标准系统,能让市场上绝大部分的计算机系统快速准确地接入并传输数据。再次还要对系统进行维护保养、升级换代,这个工作量比较大,也需要各地进行配合。最后可能还有一个利益分配的问题,GOOS系统的民用服务,如果可以收取适当的应用费用,就会涉及利益分配的问题,这需要平衡各方关系。以上这些问题的解决都不可能一撮而就,但基于GOOS系统的全球智能海船助航系统的实现对于世界各国的经济发展、自然资源的利用、灾害预报、世界贸易和海洋环境保护等都有重大意义。


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