现代的世界经济在很大程度上依赖于货物的运输。海洋运输航线上货轮的密度一直在增加,而渔船、渡船、挖泥船等船舶又使航线上船只密度过大的问题更加严重。
这种情况是随着海运业的蓬勃发展所产生的,它的产生又导致了一系列问题,如航海人员生命安全所受到的威胁、货物安全所受到的威胁和生态环境所受到的威胁等。因此,可靠的海运控制和监测就越来越重要,世界各国都在使用专业的无线电设备来进行海运船只的监控,这些设备称为VTS (Vessel Traffic Service,船舶交通服务)系统。
当某艘船只进入一个货运交通区,如港口,它要做的第一件事情就是通过 VHF 电台向当地的VTS系统发出信号。与此同时,它本身也就被当地 VTS 站所配备的无线电定位系统确定出了具体位置。VHF定位系统不仅用来给这些刚刚进入近海的船只定位,还可对它们进行识别,以免发生误会,同时也方便给这些船只提供领航服务。据此,国际海事组织(IMO)在1985年A548.(14)决议中建议,VTS 站所配备的无线电定位系统应同时具备识别船只的技术条件。
保护本国的海洋交通、经济区域和保卫本国的海疆是各国政府的职责,有关的职责还包括保护本国的渔业区域不过度捕捞和保护本国的领海不被污染。要履行这些职责,有关政府部门必须借助无线电技术。此外,海上经常出现走私、海盗等违法犯罪行为,政府有关部门也必须使用无线电侦察手段收集证据,以对犯罪行为采取制裁措施。目前国际上已有相关的产品,可以帮助政府的海洋管理部门快速、准确地查找海上非法无线电信号的位置, 从而对罪犯的船只进行定位(用经纬度表示)。
雷达是用于监视海洋船只的主要技术手段,因为它能够提供雷达系统所覆盖的海域的全景情况。使用最先进的VTS雷达设备,可以描绘出特定船只的航线,并可以提供船只的航行动向等其它有用信息。利用先进的雷达技术还可以用不同颜色标示出大陆块和其它的不属于本国海洋管理部门管辖的区域(如公海和其它国家的海域),使VTS系统对目标领域之外信号不做出反应。先进的雷达还具有良好的抗干扰能力。
依靠雷达本身并不能识别它所发现的目标,识别船只要通过VHF电台。但用这个方法得到信息较慢,而且也容易出错。使用VHF测向仪可立即得到船只所在的方位,并实时地添加到雷达屏幕上。这样由某艘船反射的雷达回波就能够被识别出来,该船只此后的一切动向均可以通过手动操作来监视或由电脑自动监视。
AIS(Automatic Identification System,自动识别系统)可以加强船只与VTS配合工作。自2002年以来,AIS正越来越多地被安装到船只上面。这个系统会不停地自动发送出船只的身份、位置等信息,发射间隔在2秒到3分钟之间,具体间隔长度视情况而定。当被其它电台询问的时候,船长也可手动控制此系统发射。AIS系统船只的位置的信息是由船只的导航系统(如 GPS 系统或差动 GPS 系统)自动提供的。安装有AIS系统的船只的行踪能够被自动显示到VTS所配备的雷达的显示屏上,或者被自动显示到电子航海图上。雷达可以观察到所有的船只的动静,没有安装AIS的船只,则不能被显示到VTS电子航海图上。
欧洲的许多国家使用VTS系统已经有近 20 年的时间,西班牙在上世纪90年代初就开始使用。其供货商是德国PLATH公司,系统型号为ARCUS M,使用的海事 VHF 电台的频率在156 MHz~163.55 MHz之间。此外,该系统还配置了一个航空失事紧急频率121.5 MHz。英国在上世纪90年代中期从PLATH公司购买了20多个VTS站,安装在其海岸线上。英国使用的系统的型号是AMPLUS 12。它与ARCUS的不同之处在于每一个站的天线供3台并列的接收机使用(图1是德国PLATH公司生产的用于VTS的测向接收机)。AMPLUS 12的频率范围也与ARCUS M不同,配上相应的天线,它可以用于20 MHz~500 MHz频段。英国的AMPLUS 12实际使用的频率范围是108 MHz~410 MHz,这其中包含了国际海事移动通信频带和国际空难救助频率。
VTS 系统并不一定只有一个测向站,通常有好几个,它们的测向天线被分布在相隔颇远的海岸线上。这样,它们就能通过联网和光束交会,确定出船只的精确位置。PLATH 公司使用Adcock测向天线,每副天线由一组4到8个围成一圈的偶极子构成,接收频率为118 MHz~165 MHz(见图2所示)。天线采用的是特殊的铝合金或不锈钢等耐腐蚀的特别材料,并结合使用高强度塑料。PLATH的天线还特别考虑到防雷击的问题,因此天线内全部由无源部件构成,且使用了专门的滤波器来防止超高电压。PLATH采用了3级防雷击措施:第一级在天线电缆引进房子内时,将电压限制在300伏特;第二级在天线电缆引进到机柜内时,将电压限制在80伏特;第三级在接收信号进入接收机时,电流只有5千安培。图3为NORCONTROL公司为希腊AIGINA海岛安装的VTS天线塔。
为自身的安全起见,小的船只最好安装有VHF的电台,光使用卫星电话不够可靠,难以取得迅速的帮助,因为他们发射的FSK信号,海岸上的监测站收不到,其他船只也收不到。但考虑到费用问题,小船只可能不愿意安装AIS系统,因此,国际海事组织建议小船只上都配备VHF电台。
值得一提的是,VTS系统不仅能搜索到船只的位置,甚至还可以搜索到参加救助的直升飞机的具体方位。
欧洲包括法国、荷兰、俄罗斯等在内的国家都安装了VTS系统,图4是KONSBERG公司为挪威奥斯陆海峡安装的VTS站的内部情况。亚洲有不少国家也向 PLATH 公司购买了VTS设备,如印度、朝鲜、沙特阿拉伯等。中国有不少海岸城市近年来也向德国PLATH公司购买了VTS系统。这些城市包括:大连、天津、上海、青岛、烟台、湛江、琼州(海峡)、佛山等。世界上正有越来越多的国家安装VTS系统。