甚高頻數字交換系統發展現狀及推進工作建議

2021

第2期

ＤＯＩ：１０．１６８３１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１６７３－２２７８．２０２１．０２．００５

王福齋，交通運輸部規劃研究院安全所副所長，高級工程師，國家注冊咨詢工程師、國

家注冊安全工程師、交通運輸部青年科技英才，交通運輸部北斗系統應用專家組專家、交通

運輸部高分系統應用專家組專家、交通運輸部交通戰備專家、交通運輸部科技專家庫專家、

科技部天地一體化專項專家、中國航海學會通信導航分委會委員、中國水運建設行業協會科

技創新分委會委員、交通運輸部海事局航海保障分委會專家、澳門城市大學特聘顧問。主要

從事交通安全、交通應急、通信導航規劃研究等工作和海事系統、救助打撈、長江航務以及

部直屬單位建設項目可行性研究、設計、后評價、項目管理、技術服務和系統集成等工作。

主持完成了３０多項國家級和省部級規劃研究和科技研發課題以及３００多項重大工程咨詢工作。

發表專著１篇，論文２０多篇。獲中國航海學會、中國工程咨詢協會、中國水運建設行業協會科

技成果一等獎５項和二等獎６項。

Ｔｈｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＶＨＦ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｗｏｒｋ Ｃａｒｒｙｉｎｇ ｏｕｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ

甚高頻數字交換系統發展現狀及推進工作建議

王福齋，胡??????青，姚高樂，易中立

1231

（１．交通運輸部規劃研究院，北京 １０００２８；２．大連海事大學，大連 １１６０２６；３．北海航海保障中心，天津 ３００４５５）

１２３１

ＷＡＮＧ Ｆｕ－ｚｈａｉ， ＨＵ Ｑｉｎｇ， ＹＡＯ Ｇａｏ－ｌｅ， ＹＩ Ｚｈｏｎｇ－ｌｉ

（１．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＭＯＴ，

Ｂｅｉｊｉｎｇ

１０００２８１１６０２６３００４５５

， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｄａｌｉａｎ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｄａｌｉａｎ ， Ｃｈｉｎａ； ３． ＮＧＣＮ， Ｔｉａｎｊｉｎ ， Ｃｈｉｎａ）

梳理甚高頻數字交換系統（ＶＤＥＳ）發展現狀，分

摘 要：

析ＶＤＥＳ技術發展趨勢和發展過程中面臨的挑戰；綜合對比

國內外ＶＤＥＳ基站、ＶＤＥＳ船臺、ＶＤＥＳ衛星的技術優缺點，

并在ＶＤＥＳ國產化、應用開發、設備準入、甚高頻數字鏈路

監測、ＶＤＥＳ－Ｒ模式、標準體系、實施承擔對象等七個方

面提出我國ＶＤＥＳ系統建設思路。

甚高頻數字交換系統；全球海上遇險與安全系統；

關鍵詞：

船舶自動識別系統；甚高頻數字鏈路

Abstract:

Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＶＨＦ

ｄａｔａ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｓｙｓｔｅｍ （ＶＤＥＳ） ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ＶＤＥＳ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ ｉｔｓ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｉｔ ｍａｋｅｓ ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｎ ｔｈｅ

ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｆｏｒｅｉｇｎ

ＶＤＥＳ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎｓ， ｂｒｉｄｇｅｓ ａｎｄ ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ． Ｉｔ ａｌｓｏ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ

ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ＶＤＥＳ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｆｒｏｍ ｔｈｅ

ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ＶＤＥＳ ｄｏｍｅｓｔｉｃａｔｉｏｎ， ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，

ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ， ＶＨＦ ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｎｋ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ， ＶＤＥＳ－Ｒ

ｍｏｄｅ， ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｏｂｊｅｃｔｓ ｏｆ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ．

Keywords:

ＶＤＥＳ； ＧＭＤＳＳ； ＡＩＳ ； ＶＨＦ ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｎｋ

中圖分類號：文獻標志碼：

Ｕ６７５．７５ Ａ

文章編號：

１６７３－２２７８（２０２１）０２－００１８－０４

收稿日期：２０２０－１１－０９；修回日期：２０２０－１２－２２

為保障船舶交通安全，滿足日益增長的海上通信需

求、緩解船舶自動識別系統（AIS）鏈路數據壓力、全面

提升海上通信網絡性能，甚高頻數字交換系統（VDES）

應運而生，VDES作為AIS的增強版和升級版，自2013年

由國際航標協會（IALA）提出以來，便引起學術界、海

事部門的廣泛關注。經過多年的發展，VDES進入全球

海上遇險與安全系統（GMDSS）基本已成為定局，在

這種趨勢和背景下，分析探討我國VDES系統建設實施

思路顯得十分重要，可有效指導我國VDES建設，也是對

“交通強國”和“海洋強國”戰略實施的重要支撐。

一、ＶＤＥＳ架構

VDES系統建立地面與衛星兩大系統，不僅能滿足當

前地面船—船、船—岸之間的數據交換，大大增強現有

水上無線電信息通信能力，還將在技術和頻譜資源方面，

為未來進一步實現衛星與船舶之間的遠程雙向數據交換

預留空間。

VDES地面系統由岸基部分和船載部分組成。其中，

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岸基部分包括：甚高頻（VHF）天線、全球導航衛星系統

（GNSS）天線、VDES收發機、VDES服務器、VDES 應用

終端、VDES系統軟件、VDES應用軟件。船載部分包括：

VHF天線、GNSS天線、VDES船載收發機、VDES船載接

口控制器、VDES應用客戶終端及VDES應用軟件。系統

架構如圖1所示。

圖１ ＶＤＥＳ地面系統架構圖

VDES集成了AIS、特殊應用報文（ASM）和寬

帶甚高頻數據交換（VDE）等三項功能，包括VHF

24/84/25/85/26/86/27/28等頻道，頻段范圍包括

157.200~157.325 MHz 和161.800~161.925 MHz，可以有

效緩解現有AIS 數據通信的壓力，為保護船舶航行安全提

供有效的輔助手段，同時也將全面提升水上數據通信的能

力和頻率使用效率，對于推動水上無線電數字通信產業發

展具有重要意義。

二、ＶＤＥＳ發展現狀、未來趨勢和面臨

挑戰

（一）VDES發展現狀

2013年，IALA和國際電信聯盟（ITU）提出在原有

AIS研究基礎上，發展VDES技術通信和標準體系，并確

定VDES為海上寬帶通信系統。

2015年，ITU通過VDES地面系統頻譜劃分，在IALA

主導下通過第一份VDES地面系統技術標準即ITU-R

M.2092-0，地面VDES技術標準進入完善階段。

2019年，ITU經過4年的反復修訂、論證和示范驗

證，完善了VDES地面系統標準，地面VDES系統進入推

廣應用階段。同時，ITU通過VDES星載系統頻譜劃分，在

IALA主導下初步制定了VDES星載系統標準。

目前，隨著VDES技術標準的完善，VDES國際程序

推進工作進入到國際海事組織（IMO）認可階段。

（二）VDES未來趨勢

若國際海事組織（IMO）海事安全委員會（MSC）第102

次會議能就將VDES系統列入《國際海上人命安全公約》

專家視點

（SOLAS公約）達成共識，IMO將在2022年發布VDES

系統技術要求，國際電工委員會（IEC）將于2024年左右

發布VDES設備的檢測標準，IALA將在2025年之前完

成VDES核心網標準的制定，并要求履約船舶強制安裝

VDES設備。

（三）VDES發展過程中可能面臨的挑戰

當前VDES系統發展的最大不確定因素來自政策

方面。若MSC第102次會議未能就將VDES系統列入

SOLAS公約達成共識，或者會議因故推遲，所有的后續

進程將會向后遞延，如果延遲時間過長，技術的發展有

可能導致VDES錯過發展的窗口期。

當前VDES系統的主要競爭對手包括衛星通信系統

和移動通信系統的海上改進型。

衛星通信系統由于使用費用高昂一直無法覆蓋更

廣泛的海上應用場景。近年來，隨著以SpaceX公司的

Starlink和藍色起源公司的互聯網衛星為代表的高帶寬

群星星座的出現，其通過提供低成本地面上網服務來

攤薄衛星通信成本的方式可能給VDES未來發展帶來

挑戰。目前SpaceX公司已擁有420顆在軌Starlink衛星，

2020年年底之前開展面向公眾的測試工作。

第三代合作伙伴計劃組織（3GPP）自2018年開始對

海上通信領域持續關注，并向IALA提交了4G/5G技術運

用于海上信息交換的分析報告。3GPP認為，現有的移動

通信技術只需要經過小幅改動即可用于海上通信領域。

由于3GPP組織所主導的移動通信技術在技術層面遠遠

領先于VDES，如果3GPP組織決心全面介入海上通信領

域，也會給VDES的未來發展帶來不確定性。

三、國內外ＶＤＥＳ應用技術發展對比

（一）VDES基站/船臺

瑞典SAAB公司與瑞典海事局開展了VDES相關研

究，并按照發展規劃完成了VDES相關的原理樣機研制

和地面系統測試，目前其VDES設備R60已經上市，但對

中國用戶僅開放AIS和ASM功能。

日本無線株式會社（JRC）針對VDE信道技術開展了

研究，包括地面VDE和衛星VDE的下行鏈路研究，并進

行了信息多徑傳播的實際測量。

日本古野電氣株式會社（FURUNO）針對VDES地面

系統研發了模擬器，驗證了多載波和單載波QAM調制性

中國海事

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第2期

能曲線。

英國CML Microsystems公司生產了VDES開發套

件（型號為VDES 1000）。VDES 1000采用軟件無線電

技術，提供高性能和高度靈活的AIS、ASM和VDE開發

環境，開發者可以利用VDES 1000 完成VDES 的演進開

發。目前，部分國內廠商采用VDES 1000開發平臺開展

VDES設備的研發。

北京凱盾環宇有限公司完成了VDES基站硬件測試

平臺的開發，并在天津港部署測試系統，開展了覆蓋性能

測試。

大連翱海科技有限公司開發了VDES基站硬件測試平

臺，并在此基礎上完成了VDES-R模式基站的研制，目前

在煙大航線水域開展VDES播發和定位測試。

上海翊臻科技有限公司開發了VDES基站測試平臺，

目前在大連老鐵山水域開展接收性能測試。

北京交通大學正在推進VDES基站測試平臺的開發，

計劃用于無人船舶數據交換。

成都天奧電子股份有限公司完成了VDES船臺原型

機的開發，但設備研制尚處于初期階段。

總體而言，我國VDES技術研發工作與國際業界同步

開展，雖然國際標準基本由國外團隊主導，但國內相關機

構在技術跟蹤和產品化上并沒有顯著差距。

（二）VDES衛星

全球第一顆入軌進行演示的VDES衛星為挪威空

間中心研制的NORSAT-2，其重量為15kg、尺寸為

200m×300m×400mm，其可在挪威的領海區域提供

船舶跟蹤與數據交換服務。該衛星于2017年6月搭載

聯盟2號火箭發射升空，開展VDES衛星技術的測試工

作。除此之外，加拿大ExactEarth公司也計劃在下一代

衛星中使用VDES技術。

南京理工大學研制的“凱盾一號”衛星于2017年

1月9日發射入軌。“凱盾一號”衛星重2 095g，尺寸為

100mm×100mm×227mm，主要用于驗證其星載接收

機及其算法的可靠性。

交通運輸部海事局通過“AIS衛星系統驗證工程”項

目，研發了一套具有自主知識產權的衛星VDES系統，該

系統在各項地面測試和模飛實驗中均可常態化工作，效

果良好，預計2020年發射入軌。

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總體而言，挪威在衛星VDES的試驗方面領先于其他

國家，在VDES衛星標準制定方面也擁有絕對話語權。

四、ＶＤＥＳ推進工作路線

（一）VDES的國產化

當前國際競爭格局下，核心裝備國產化對于打破國

外壟斷、提升我國行業安全和信息安全具有重要意義。

作為VDES系統數據和控制中樞的核心網而言，自主可控

顯得尤為重要，應避免再次出現類似于AIS核心網受制于

人的局面。對于VDES基站而言，盡管國產設備在穩定性

和功能方面與國外設備尚有差距，但國產設備的接收性

能已不弱于進口設備，已經初步具備了和進口設備抗衡的

能力。在未來VDES的建設中，可加大國產基站的使用比

例，扶植國內自主VDES產業，對于進口基站也不用完全

排斥，可適當引進與國產基站開展競爭，發揮鯰魚效應，

促進國產設備品質的進一步提升。

在全面鋪開VDES國產化戰略的同時，還應從設備、

系統、芯片和協議層級上由表及里進一步提升國產化的

深度，從源頭上把握VDES技術。

（二）VDES應用開發

VDES應用開發和普及是決定整個VDES系統成敗的

關鍵。應大力扶植VDES應用的開發，提供多樣化的航海

保障服務。可以采用項目推動的方式，孵化第一批VDES

應用，在VDES基站建立之初就投入測試運行，并在后續

階段不斷完善應用標準。可與e航海信息服務與共享平臺

緊密結合，利用平臺資源優勢，扶持商業公司開發第二批

VDES應用，使VDES應用能夠真正落地使用。

（三）設備的準入

根據北海航海保障中心對AIS船臺數據的初步分

析顯示，有15%的ClassA船臺和59%的ClassB船臺信

息的準確度存在問題。而根據對AIS VDL（甚高頻數字

鏈路）的實時監測結果顯示，船臺不按協議播發信息的

情況更為普遍。對于AIS系統而言，不合規設備的存在

會導致船臺報文到達率下降，影響船舶監測效果。對于

VDES系統，不合規的設備將嚴重影響數據交換，造成

VDES系統癱瘓。解決這一問題的關鍵是加強對設備的

準入監管。

1. 加強對基站設備的準入管控。VDES基站是VDES

無線網的核心，不合規的基站設備會對區域船舶信息交

換產生災難性的影響。為此，有必要加強對基站設備的

準入管控，委托專業檢測機構進行前置測試。

2. 加強對船臺設備的準入管控。相關部門應對

VDES船臺設備硬件性能及軟件協議的符合度進行實質

審查，確保VDES設備的合規性與可靠性。

（四）VDL監測

對VDES設備準入的管控可從源頭控制大部分不

合規設備的入網，而對VDES VDL鏈路的實時監控可

以實現對VDES船臺合規性的全生命周期監測，動態

探測不合規船臺設備。為此，可在VDES系統建設之初

就加入VDL監測，從建設初期就營造良好的VDES信

息交換環境。

（五）VDES-R模式

VDES-R模式出于緩解GNSS脆弱性的需要，利用

VDES系統作為備用定位系統，從而提升船載PNT系統的

可靠性。近年來，全球形勢風云變幻，當今世界正經歷百

年未有之大變局，未來的不確定性顯著增加。有必要在

VDES系統規劃選點時，充分考慮VDES-R模式定位的

幾何布局，并要求所有VDES設備提供1pps時鐘接口和

10MHz振蕩器接口，以便在需要時快速改造成VDES-R

模式基站。此外，應對現有已建設完成的VDES驗證基站

和船臺進行持續研究，積極參與R模式標準的制定，開展

無需特殊硬件支持的VDES被動R模式等相關技術研發，

做好技術儲備，以備不時之需。

（六）標準體系

參與VDES標準的制定，是獲取市場主導權和話語

權的關鍵。我國應積極參與VDES標準的制定，以競爭

性的示范系統應用測試和性能指標為基礎，全面布局

IALA、ITU、IMO、IEC（標準推進先后）國際組織相關

VDES技術標準和政策的推進工作。

在IALA組織內，應支持國內企業和科研機構積極參

與衛星標準的制定，同時加快推進VDES核心網的測試，

制定我國VDES核心網標準，爭取在未來VDES核心網標

準的推進中占據一定的主導權。此外，我國在VDES-R

模式驗證測試上處于領先地位，要繼續推進VDES-R模

式標準的制定，確保在2023年之前提出標準草案。

在ITU組織內，應獨立或與IALA國際標準工作組成

員一起提出ITU-R M.2092標準修訂提案。

專家視點

在IMO組織內，以我國VDES示范應用為基礎，附議

或獨立提出IMO推進VDES政策建議和性能標準建議，

促進VDES在全球范圍內推進。

在IEC組織內，基于我國VDES產品檢測平臺，積極參

與、推進或獨立提出系列類型VDES產品測試技術標準。

（七）實施承擔對象

建議以海區為單位由航海保障中心推進VDES系統

的建設，主要存在如下優勢：

1. 在AIS系統向VDES系統升級過程中，兩者基站設

備、數據中心（核心網）、網管系統需要長期共存，原有

鏈路、網絡設備、機房和站址資源均可復用，VDES系統

數據接收、處理、融合及應用需在AIS系統基礎上進行改

造，由航海保障中心在AIS系統基礎上開展VDES系統升

級，風險小、過渡平滑、不影響原有AIS服務的連續性。

2. VDES作為新一代船岸信息交換系統，其內部設

備的互通對系統的運行效率至關重要，以海區為單位進

行建設可有效壓縮區域網絡數量，減少信息傳輸的中間

環節，構建扁平化的網絡架構，有助于提升VDES系統的

運行效率和可靠性。

3. 航海保障中心掌握豐富的數據資源，可通過VDES

系統向船舶提供豐富的導助航服務。航海保障中心開展

VDES系統的建設和管理，便于VDES應用的推廣。

4. 航海保障中心在AIS系統建設中積累豐富經驗，

有利于促進VDES建設順利進行。

五、結語

VDES將會在未來航海保障中占據非常重要的地

位，VDES的實現對未來保障海上航行安全、實現全球

航海信息資源的利用與共享、促進航運事業發展起著至

關重要的作用。本文分析了VDES發展現狀，提出了我國

VDES建設推進工作建議，建議我國從長遠大局出發，統

籌規劃，加強推動VDES系統建設和發展。

參考文獻

［１］ 梁正．甚高頻數字交換系統（ＶＤＥＳ）在航海保障體系中的應用探

討［Ｊ］．航海，２０１９（２）：６５－６７．

［２］ ＩＴＵ－Ｒ Ｍ．２０９２－０ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｆｏｒ ａ ＶＨＦ ｄａｔａ ｅｘｃｈａｎｇｅ

ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ＶＨＦ ｍａｒｉｔｉｍｅ ｍｏｂｉｌｅ ｂａｎｄ． Ｐ６．

（編輯：崔乃霞）

中國海事

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