甚高频数字交换系统发展现状及推进工作建议

2021

第2期

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

王福斋，交通运输部规划研究院安全所副所长，高级工程师，国家注册咨询工程师、国

家注册安全工程师、交通运输部青年科技英才，交通运输部北斗系统应用专家组专家、交通

运输部高分系统应用专家组专家、交通运输部交通战备专家、交通运输部科技专家库专家、

科技部天地一体化专项专家、中国航海学会通信导航分委会委员、中国水运建设行业协会科

技创新分委会委员、交通运输部海事局航海保障分委会专家、澳门城市大学特聘顾问。主要

从事交通安全、交通应急、通信导航规划研究等工作和海事系统、救助打捞、长江航务以及

部直属单位建设项目可行性研究、设计、后评价、项目管理、技术服务和系统集成等工作。

主持完成了３０多项国家级和省部级规划研究和科技研发课题以及３００多项重大工程咨询工作。

发表专著１篇，论文２０多篇。获中国航海学会、中国工程咨询协会、中国水运建设行业协会科

技成果一等奖５项和二等奖６项。

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

甚高频数字交换系统发展现状及推进工作建议

王福斋，胡󰀁󰀁󰀁青，姚高乐，易中立

1231

（１．交通运输部规划研究院，北京 １０００２８；２．大连海事大学，大连 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）

梳理甚高频数字交换系统（ＶＤＥＳ）发展现状，分

摘 要：

析ＶＤＥＳ技术发展趋势和发展过程中面临的挑战；综合对比

国内外ＶＤＥＳ基站、ＶＤＥＳ船台、ＶＤＥＳ卫星的技术优缺点，

并在ＶＤＥＳ国产化、应用开发、设备准入、甚高频数字链路

监测、ＶＤＥＳ－Ｒ模式、标准体系、实施承担对象等七个方

面提出我国ＶＤＥＳ系统建设思路。

甚高频数字交换系统；全球海上遇险与安全系统；

关键词：

船舶自动识别系统；甚高频数字链路

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

中图分类号：文献标志码：

Ｕ６７５．７５ Ａ

文章编号：

１６７３－２２７８（２０２１）０２－００１８－０４

收稿日期：２０２０－１１－０９；修回日期：２０２０－１２－２２

为保障船舶交通安全，满足日益增长的海上通信需

求、缓解船舶自动识别系统（AIS）链路数据压力、全面

提升海上通信网络性能，甚高频数字交换系统（VDES）

应运而生，VDES作为AIS的增强版和升级版，自2013年

由国际航标协会（IALA）提出以来，便引起学术界、海

事部门的广泛关注。经过多年的发展，VDES进入全球

海上遇险与安全系统（GMDSS）基本已成为定局，在

这种趋势和背景下，分析探讨我国VDES系统建设实施

思路显得十分重要，可有效指导我国VDES建设，也是对

“交通强国”和“海洋强国”战略实施的重要支撑。

一、ＶＤＥＳ架构

VDES系统建立地面与卫星两大系统，不仅能满足当

前地面船—船、船—岸之间的数据交换，大大增强现有

水上无线电信息通信能力，还将在技术和频谱资源方面，

为未来进一步实现卫星与船舶之间的远程双向数据交换

预留空间。

VDES地面系统由岸基部分和船载部分组成。其中，

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岸基部分包括：甚高频（VHF）天线、全球导航卫星系统

（GNSS）天线、VDES收发机、VDES服务器、VDES 应用

终端、VDES系统软件、VDES应用软件。船载部分包括：

VHF天线、GNSS天线、VDES船载收发机、VDES船载接

口控制器、VDES应用客户终端及VDES应用软件。系统

架构如图1所示。

图１ ＶＤＥＳ地面系统架构图

VDES集成了AIS、特殊应用报文（ASM）和宽

带甚高频数据交换（VDE）等三项功能，包括VHF

24/84/25/85/26/86/27/28等频道，频段范围包括

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

效缓解现有AIS 数据通信的压力，为保护船舶航行安全提

供有效的辅助手段，同时也将全面提升水上数据通信的能

力和频率使用效率，对于推动水上无线电数字通信产业发

展具有重要意义。

二、ＶＤＥＳ发展现状、未来趋势和面临

挑战

（一）VDES发展现状

2013年，IALA和国际电信联盟（ITU）提出在原有

AIS研究基础上，发展VDES技术通信和标准体系，并确

定VDES为海上宽带通信系统。

2015年，ITU通过VDES地面系统频谱划分，在IALA

主导下通过第一份VDES地面系统技术标准即ITU-R

M.2092-0，地面VDES技术标准进入完善阶段。

2019年，ITU经过4年的反复修订、论证和示范验

证，完善了VDES地面系统标准，地面VDES系统进入推

广应用阶段。同时，ITU通过VDES星载系统频谱划分，在

IALA主导下初步制定了VDES星载系统标准。

目前，随着VDES技术标准的完善，VDES国际程序

推进工作进入到国际海事组织（IMO）认可阶段。

（二）VDES未来趋势

若国际海事组织（IMO）海事安全委员会（MSC）第102

次会议能就将VDES系统列入《国际海上人命安全公约》

专家视点

（SOLAS公约）达成共识，IMO将在2022年发布VDES

系统技术要求，国际电工委员会（IEC）将于2024年左右

发布VDES设备的检测标准，IALA将在2025年之前完

成VDES核心网标准的制定，并要求履约船舶强制安装

VDES设备。

（三）VDES发展过程中可能面临的挑战

当前VDES系统发展的最大不确定因素来自政策

方面。若MSC第102次会议未能就将VDES系统列入

SOLAS公约达成共识，或者会议因故推迟，所有的后续

进程将会向后递延，如果延迟时间过长，技术的发展有

可能导致VDES错过发展的窗口期。

当前VDES系统的主要竞争对手包括卫星通信系统

和移动通信系统的海上改进型。

卫星通信系统由于使用费用高昂一直无法覆盖更

广泛的海上应用场景。近年来，随着以SpaceX公司的

Starlink和蓝色起源公司的互联网卫星为代表的高带宽

群星星座的出现，其通过提供低成本地面上网服务来

摊薄卫星通信成本的方式可能给VDES未来发展带来

挑战。目前SpaceX公司已拥有420颗在轨Starlink卫星，

2020年年底之前开展面向公众的测试工作。

第三代合作伙伴计划组织（3GPP）自2018年开始对

海上通信领域持续关注，并向IALA提交了4G/5G技术运

用于海上信息交换的分析报告。3GPP认为，现有的移动

通信技术只需要经过小幅改动即可用于海上通信领域。

由于3GPP组织所主导的移动通信技术在技术层面远远

领先于VDES，如果3GPP组织决心全面介入海上通信领

域，也会给VDES的未来发展带来不确定性。

三、国内外ＶＤＥＳ应用技术发展对比

（一）VDES基站/船台

瑞典SAAB公司与瑞典海事局开展了VDES相关研

究，并按照发展规划完成了VDES相关的原理样机研制

和地面系统测试，目前其VDES设备R60已经上市，但对

中国用户仅开放AIS和ASM功能。

日本无线株式会社（JRC）针对VDE信道技术开展了

研究，包括地面VDE和卫星VDE的下行链路研究，并进

行了信息多径传播的实际测量。

日本古野电气株式会社（FURUNO）针对VDES地面

系统研发了模拟器，验证了多载波和单载波QAM调制性

中国海事

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第2期

能曲线。

英国CML Microsystems公司生产了VDES开发套

件（型号为VDES 1000）。VDES 1000采用软件无线电

技术，提供高性能和高度灵活的AIS、ASM和VDE开发

环境，开发者可以利用VDES 1000 完成VDES 的演进开

发。目前，部分国内厂商采用VDES 1000开发平台开展

VDES设备的研发。

北京凯盾环宇有限公司完成了VDES基站硬件测试

平台的开发，并在天津港部署测试系统，开展了覆盖性能

测试。

大连翱海科技有限公司开发了VDES基站硬件测试平

台，并在此基础上完成了VDES-R模式基站的研制，目前

在烟大航线水域开展VDES播发和定位测试。

上海翊臻科技有限公司开发了VDES基站测试平台，

目前在大连老铁山水域开展接收性能测试。

北京交通大学正在推进VDES基站测试平台的开发，

计划用于无人船舶数据交换。

成都天奥电子股份有限公司完成了VDES船台原型

机的开发，但设备研制尚处于初期阶段。

总体而言，我国VDES技术研发工作与国际业界同步

开展，虽然国际标准基本由国外团队主导，但国内相关机

构在技术跟踪和产品化上并没有显著差距。

（二）VDES卫星

全球第一颗入轨进行演示的VDES卫星为挪威空

间中心研制的NORSAT-2，其重量为15kg、尺寸为

200m×300m×400mm，其可在挪威的领海区域提供

船舶跟踪与数据交换服务。该卫星于2017年6月搭载

联盟2号火箭发射升空，开展VDES卫星技术的测试工

作。除此之外，加拿大ExactEarth公司也计划在下一代

卫星中使用VDES技术。

南京理工大学研制的“凯盾一号”卫星于2017年

1月9日发射入轨。“凯盾一号”卫星重2 095g，尺寸为

100mm×100mm×227mm，主要用于验证其星载接收

机及其算法的可靠性。

交通运输部海事局通过“AIS卫星系统验证工程”项

目，研发了一套具有自主知识产权的卫星VDES系统，该

系统在各项地面测试和模飞实验中均可常态化工作，效

果良好，预计2020年发射入轨。

20

总体而言，挪威在卫星VDES的试验方面领先于其他

国家，在VDES卫星标准制定方面也拥有绝对话语权。

四、ＶＤＥＳ推进工作路线

（一）VDES的国产化

当前国际竞争格局下，核心装备国产化对于打破国

外垄断、提升我国行业安全和信息安全具有重要意义。

作为VDES系统数据和控制中枢的核心网而言，自主可控

显得尤为重要，应避免再次出现类似于AIS核心网受制于

人的局面。对于VDES基站而言，尽管国产设备在稳定性

和功能方面与国外设备尚有差距，但国产设备的接收性

能已不弱于进口设备，已经初步具备了和进口设备抗衡的

能力。在未来VDES的建设中，可加大国产基站的使用比

例，扶植国内自主VDES产业，对于进口基站也不用完全

排斥，可适当引进与国产基站开展竞争，发挥鲶鱼效应，

促进国产设备品质的进一步提升。

在全面铺开VDES国产化战略的同时，还应从设备、

系统、芯片和协议层级上由表及里进一步提升国产化的

深度，从源头上把握VDES技术。

（二）VDES应用开发

VDES应用开发和普及是决定整个VDES系统成败的

关键。应大力扶植VDES应用的开发，提供多样化的航海

保障服务。可以采用项目推动的方式，孵化第一批VDES

应用，在VDES基站建立之初就投入测试运行，并在后续

阶段不断完善应用标准。可与e航海信息服务与共享平台

紧密结合，利用平台资源优势，扶持商业公司开发第二批

VDES应用，使VDES应用能够真正落地使用。

（三）设备的准入

根据北海航海保障中心对AIS船台数据的初步分

析显示，有15%的ClassA船台和59%的ClassB船台信

息的准确度存在问题。而根据对AIS VDL（甚高频数字

链路）的实时监测结果显示，船台不按协议播发信息的

情况更为普遍。对于AIS系统而言，不合规设备的存在

会导致船台报文到达率下降，影响船舶监测效果。对于

VDES系统，不合规的设备将严重影响数据交换，造成

VDES系统瘫痪。解决这一问题的关键是加强对设备的

准入监管。

1. 加强对基站设备的准入管控。VDES基站是VDES

无线网的核心，不合规的基站设备会对区域船舶信息交

换产生灾难性的影响。为此，有必要加强对基站设备的

准入管控，委托专业检测机构进行前置测试。

2. 加强对船台设备的准入管控。相关部门应对

VDES船台设备硬件性能及软件协议的符合度进行实质

审查，确保VDES设备的合规性与可靠性。

（四）VDL监测

对VDES设备准入的管控可从源头控制大部分不

合规设备的入网，而对VDES VDL链路的实时监控可

以实现对VDES船台合规性的全生命周期监测，动态

探测不合规船台设备。为此，可在VDES系统建设之初

就加入VDL监测，从建设初期就营造良好的VDES信

息交换环境。

（五）VDES-R模式

VDES-R模式出于缓解GNSS脆弱性的需要，利用

VDES系统作为备用定位系统，从而提升船载PNT系统的

可靠性。近年来，全球形势风云变幻，当今世界正经历百

年未有之大变局，未来的不确定性显著增加。有必要在

VDES系统规划选点时，充分考虑VDES-R模式定位的

几何布局，并要求所有VDES设备提供1pps时钟接口和

10MHz振荡器接口，以便在需要时快速改造成VDES-R

模式基站。此外，应对现有已建设完成的VDES验证基站

和船台进行持续研究，积极参与R模式标准的制定，开展

无需特殊硬件支持的VDES被动R模式等相关技术研发，

做好技术储备，以备不时之需。

（六）标准体系

参与VDES标准的制定，是获取市场主导权和话语

权的关键。我国应积极参与VDES标准的制定，以竞争

性的示范系统应用测试和性能指标为基础，全面布局

IALA、ITU、IMO、IEC（标准推进先后）国际组织相关

VDES技术标准和政策的推进工作。

在IALA组织内，应支持国内企业和科研机构积极参

与卫星标准的制定，同时加快推进VDES核心网的测试，

制定我国VDES核心网标准，争取在未来VDES核心网标

准的推进中占据一定的主导权。此外，我国在VDES-R

模式验证测试上处于领先地位，要继续推进VDES-R模

式标准的制定，确保在2023年之前提出标准草案。

在ITU组织内，应独立或与IALA国际标准工作组成

员一起提出ITU-R M.2092标准修订提案。

专家视点

在IMO组织内，以我国VDES示范应用为基础，附议

或独立提出IMO推进VDES政策建议和性能标准建议，

促进VDES在全球范围内推进。

在IEC组织内，基于我国VDES产品检测平台，积极参

与、推进或独立提出系列类型VDES产品测试技术标准。

（七）实施承担对象

建议以海区为单位由航海保障中心推进VDES系统

的建设，主要存在如下优势：

1. 在AIS系统向VDES系统升级过程中，两者基站设

备、数据中心（核心网）、网管系统需要长期共存，原有

链路、网络设备、机房和站址资源均可复用，VDES系统

数据接收、处理、融合及应用需在AIS系统基础上进行改

造，由航海保障中心在AIS系统基础上开展VDES系统升

级，风险小、过渡平滑、不影响原有AIS服务的连续性。

2. VDES作为新一代船岸信息交换系统，其内部设

备的互通对系统的运行效率至关重要，以海区为单位进

行建设可有效压缩区域网络数量，减少信息传输的中间

环节，构建扁平化的网络架构，有助于提升VDES系统的

运行效率和可靠性。

3. 航海保障中心掌握丰富的数据资源，可通过VDES

系统向船舶提供丰富的导助航服务。航海保障中心开展

VDES系统的建设和管理，便于VDES应用的推广。

4. 航海保障中心在AIS系统建设中积累丰富经验，

有利于促进VDES建设顺利进行。

五、结语

VDES将会在未来航海保障中占据非常重要的地

位，VDES的实现对未来保障海上航行安全、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。本文分析了VDES发展现状，提出了我国

VDES建设推进工作建议，建议我国从长远大局出发，统

筹规划，加强推动VDES系统建设和发展。

参考文献

［１］ 梁正．甚高频数字交换系统（ＶＤＥＳ）在航海保障体系中的应用探

讨［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．

（编辑：崔乃霞）

中国海事

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