USCG RDC和电子辅助导航
作者：Charles Judice博士，IEEE院士和USCG辅助FSO-NS。 （注：USCG成员Irene Gonin和Lee Luft对本文做出了贡献。
©Rob Bouwman / Adobe Stock
对于休闲划船者来说，航标辅助（ATON）是我们内陆水道上常见的红色和绿色浮标（和日标）。他们可能没有意识到的是，自罗马帝国和埃及帝国时代以来，浮标一直存在。在我国创建之后的几十年里，各种形状和颜色的浮标开始出现在我们的水道中。直到1850年，国会才协调部署，从而鼓励熟悉的“红色，正确，回归”的口号。快速进入21世纪，为了应对2001年的恐怖袭击，国会授权USCG开发全国自动识别系统（NAIS），该系统现已在美国69个主要港口和水道运行。 NAIS为船到船，船到岸和船到ATON通信提供了先进的移动数字网络。在飓风Harvey，Mathew和Irma之后，当虚拟ATON在物理ATON可以战略定位之前充满活力时，这个网络证明了它的价值。
如果没有新伦敦研发中心（RDC）的专业人员，USCG在这些进步中的作用是不可能实现的。在我从事非政府研发业务的40年里，我从未对技术的广泛性和对客户的关注印象深刻，因为我对USCG RDC的了解越来越多。 USCG RDC成立于1972年，在改善水道安全性方面有着广泛的使命。从研究用于锚定浮标到海底的生态敏感电缆到为现有自动识别系统（AIS）应用特定消息（ASM）集开发上层通信协议，RDC通过与合作伙伴合作并参与相关国际标准来利用其小型员工队伍关联。
从RDC的早期开始，项目被选中以帮助海岸警卫队执行其关于浮标放置的任务。与辅助导航信息系统（ATONIS）软件一起，差异化Loran-C被开发并展示为用于设置浮标的定位辅助设备。最终这些技术被数字GPS取代。多年来，RDC在电力和照明能力方面做了大量工作，这对于夜间导航至关重要。甚至在有AIS之前，RDC一直在努力提高准确性，降低设置，维护和管理美国水道中大量浮标的成本。这些努力成为该中心参与电子导航的基础。
国际海事组织（IMO）定义的电子导航概念只有十年左右的历史，但正在取得很大进展。海洋运输系统委员会（CMTS）正在使用eNAV定义来制定其在美国进行eNAV改进的战略。他们的目标是：“通过电子方式统一收集，整合，交换，展示和分析船上和岸上的海事信息加强泊位泊位及相关服务，保障海上安全及保护海洋环境“。 RDC开发了符合这些国际标准的AIS架构。为了更具体地说明设计的一个方面，RDC遵循国际电信联盟（ITU）的建议：
a）使用通用的船载AIS可以在船舶之间以及船舶与岸上站之间有效地交换导航数据，从而提高航行安全性;
b）虽然该系统主要用于船舶使用，船舶报告和船舶交通服务（VTS）应用中的导航目的的监视和安全，但它也可用于其他海事安全相关通信，前提是主要功能不受损害;
c）该系统能够扩展，以适应未来用户数量的扩大和应用的多样化，包括不受IMO AIS运输要求，航行辅助和搜救的船舶;
[对那些不熟悉AIS的人来说，这是一个简单的入门书。 AIS是一种数据传输系统，它使用VHF信道87和88来发送和接收数据。这两个通道分为2,250个时隙，数据由船舶或岸站放置。使用GPS定时功能在本地同步时隙。船舶使用称为自组织的协议（时分多址TDMA）保留时隙，该协议非常有效和可靠。最初AIS被设计为仅发送或接收与船舶的身份，速度，方向和其他因素相关的22条消息。随着ASM的发展，天空（或地球表面）是极限。在美国，许多ASM已经过测试。其中一个消息是环境信息，提供有关风，潮汐，水位，电流，海况的信息，另一个是水道管理信息，其中包含可用于吊桥和锁定操作的信息。第三个ASM是一个地理通知，可以定义一个区域并提供有关该区域应采取的预防措施的信息。 ASM处于草案形式或目前正在测试中。]
RDC在这方面的工作范围很广。例如，几年前，RDC与美国陆军工程兵团（USACE）合作，利用NAIS消息集，路由器和服务器，使USACE能够开发与NAIS兼容的改进系统，以提高安全性和内陆锁的运作效率。定义了几个标准ASM，并且已经开发了用于消息创建，路由，排队，传输和监视的方法。如今，已经开发出符合国际标准的AIS传输架构，以实现这些特定ASM的高效且稳健的传输。
据估计，我国的水道在360多个港口实现了超过4.6万亿美元的经济活动。海岸警卫队负有运营和维护航海辅助系统的法定责任，以便于航行和防止灾难，碰撞和残骸。为了完成这项任务，海岸警卫队在美国，夏威夷，阿拉斯加和其他美国地区（如关岛和波多黎各）运营着超过53,000台艾滋病。然而，这不是故事结束的地方。今天，娱乐划船者可以下载一些智能手机应用程序：识别和联系附近的船只;提醒USCG ATON不足，航行危害和环境污染;而且，最重要的是，更安全，更安全地导航。随着电子导航的软件工具得到广泛传播，第三方开发人员能够建立NAIS资产的连通性，我们将看到数字技术在海运系统中发挥的重要作用
请考虑以下情况：您正在驶出Mayport，FL，Inlet，并没有意识到一艘3万吨级的汽车运输船正以7节的速度爬上您的船尾。你的雷达选择了它，但你正忙着准备进入大海。幸运的是，你的儿子在他的iPhone上玩了两个星期以来，当他收到即将到来的灾难的警报时。他告诉爸爸，避免了灾难。由于NAIS高级数据链路控制（HDLC）ASM消息包的灵活性和标准化以及其网络基础设施的可靠性和通用性，今天这是可能的。这样的事故实际上发生在我的一个朋友身上（没有先进的AIS的帮助）。
e-ATON，虚拟ATON，自动识别系统/特定应用消息（AIS-ASM），搜索和救援应答器（SART），卫星AIS（S-AIS）等的集合为政府，商业和私人开发人员提供了工具创造新的令人兴奋的方法来改善船舶运输的安全性，安全性，效率，舒适性和享受。今天的情况与计算机行业释放的力量没有什么不同，当开源和互操作性不仅仅是一个目标而是现实时。本学期我将鼓励我的中学STEM课程寻找允许桨板寄宿生有利地使用AIS网络的方法。 USCG RDC继续引领未来，不仅仅是预测未来，而是让它成为现实。
[作者注：作者要感谢USCG RDC工作人员的许多成员在撰写本报告时的帮助。我特别想要注意Irene Gonin和Lee Luft的贡献。
