智慧航道守護神：剖析VTS無線電測向技術於海岸監控與船舶管理的深度應用

繁忙水道的秩序與安全，VTS系統中無線電測向的關鍵角色

在全球貿易日益倚賴海上運輸的今日，船舶交通服務（Vessel Traffic Service, VTS）系統對於保障繁忙水道、港口及其進近水域的航行安全、提升交通效率、保護海洋環境扮演著至關重要的角色；VTS中心的操作員如同海上的交通指揮官，需要即時掌握轄區內所有船舶的動態，在雷達、AIS（船舶自動識別系統）等主要監視技術之外，無線電測向（Radio Direction Finding, RDF）技術，特別是針對VHF頻段的測向，為VTS提供了一種獨特且不可或缺的感知和識別手段，當船舶進行VHF語音通訊時，RDF系統能夠即時測定其方位，協助識別目標、確認位置、支援搜救，甚至在海岸監控中發揮作用；本文將深入探討RDF技術在現代VTS及海岸監控中的核心原理、面臨的挑戰、關鍵的技術考量（如IALA指引），並結合如RHOTHETA RT-800寬頻VTS無線電測向儀、RT-1000系列VDF系統以及DF Commander MK2控制與監控軟體等先進解決方案，解析其如何透過精密技術與智慧整合，強化海域態勢感知與應急響應能力。

VTS場景下的無線電測向：需求、挑戰與IALA指引

VTS的核心目標是提升航行安全和效率，保護海洋環境。RDF技術在此目標下，主要滿足以下作業需求：

• 船舶識別與確認：
  VTS操作員常需透過VHF與特定船舶通話，RDF能即時顯示該通話船舶的方位，輔助操作員將語音與雷達/AIS上的目標進行關聯，尤其對於AIS資訊缺失或可疑的船舶，RDF提供了重要的識別手段。
• 交通組織輔助：
  在特定交通情境下（如引航、錨地管理），RDF有助於確認船舶相對位置和動態。
• 搜救支援 (SAR Support)：
  當船舶發出VHF遇險訊號或啟動Cospas-Sarsat應急示位標時，RDF系統能提供關鍵的初始方位，若有多個RDF站點聯網，則可透過三角定位獲得更精確的位置。
• 海岸監控與執法：
  RDF可用於監測特定海域的無線電活動，協助發現和定位從事非法活動（如走私、非法捕撈）的船隻。

然而，在沿海環境部署和應用RDF系統面臨諸多挑戰：

• 複雜的射頻傳播環境：
  海岸線地形、島嶼、港口設施等可能對VHF訊號造成反射、繞射和衰減，影響測向精度。
• 廣域覆蓋與成本效益：
  有效監控廣闊的海岸線或VTS區域，通常需要部署多個RDF站點以實現交叉定位（三角定位）。這對系統的單點成本、網路化能力和長期維護成本提出了要求。
• 系統整合與互操作性：
  RDF數據需要與VTS中心的其他監視系統（雷達、AIS、CCTV、電子海圖等）無縫整合，並可能需要遵循特定的數據交換標準。

國際航標協會（IALA）在其發布的指南（如針對VDF的IALA Guideline No. 1111）中，對用於VTS的RDF系統的性能（如測向精度、響應時間、可靠性）和操作提出了建議和分級（如A類系統）。符合這些指引是VTS RDF系統選型的重要依據，例如RHOTHETA RT-800便符合IALA G1111對A類系統的要求。

VTS測向核心技術：從單站方位到多站精準三角定位

VTS中的RDF應用，其核心技術在於從接收到的VHF無線電訊號中提取準確的方位訊息，並透過多站協作實現精確的地理定位。

• 單站測向 (Single-Station DF)：
  單個RDF站點能夠測定訊號源相對於該站的方位線（Line of Bearing, LOB）。這對於初步判斷目標大致方向、或在已有其他位置資訊（如AIS）時進行交叉驗證非常有用。但僅憑單站方位線無法唯一確定目標的二維位置。
• 多站交叉定位（三角定位, Triangulation）：
  這是VTS中實現精確地理定位的關鍵技術。透過部署至少兩個（通常建議三個或更多以提高精度和解決模糊性）地理位置分散的RDF站點，並將它們聯網至VTS中心或共同的處理平台（如DF Commander MK2）。當目標船舶發射VHF訊號時，每個RDF站點都會測得一條方位線。這些方位線在理論上會交匯於目標的實際位置。透過幾何計算，可以解算出這個交匯點的地理座標。
  • 影響三角定位精度的因素：
    包括各單站的測向精度、站點間的基線長度與幾何佈局（站點構成的三角形形狀）、同步性（各站測量時間的一致性，可利用GPS UTC時間戳同步）以及射頻傳播條件等。良好的站點佈局應使方位線以較大的角度（接近90°為佳）相交。

VTS中心透過整合雷達、AIS及VDF等多種監視手段，有效管理近岸船舶交通。

專為VTS打造的測向利器：RHOTHETA RT-800 寬頻VTS無線電測向儀詳解

針對VTS和海岸監控的特定需求，RHOTHETA推出了RT-800寬頻VTS無線電測向儀，其設計充分考量了效能、可靠性與成本效益。

• 設計理念與應用定位：
  RT-800專為固定式海岸監視站點設計，用於識別和定位VHF頻段上的船舶通訊訊號。其測向結果可方便地與VTS中心的雷達目標和AIS位置資訊進行關聯，是構建現代化VTS網路化監控體系的理想前端感知設備。其出色的價格效能比使其非常適合多站點部署以實現廣域三角定位。
• 核心技術特點與規格：
  • 符合IALA標準：
    系統性能符合IALA Guideline No. 1111對A類系統的嚴格要求，確保了其在專業VTS應用中的適用性。
  • Cospas-Sarsat搜救支援：
    RT-800能夠解碼所有19個Cospas-Sarsat頻道上的遇險信標傳輸訊號，並對這些406MHz頻段的訊號進行測向。這一功能極大增強了VTS中心在協調近岸海上搜救行動時的快速反應與定位能力。
  • 無移動部件設計：
    天線及內部處理單元均無機械旋轉部件，這帶來了顯著的優勢：極高的可靠性、完全免維護（降低了長期運營成本）、以及更低的系統購置成本。
  • 寬頻能力與頻率擴展：
    雖然主要針對VHF海事頻段，但RT-800具備寬頻接收能力，並可透過選購頻率擴展模組，將其工作範圍延伸至VHF航空頻段 (118-137 MHz)、擴展VHF海事頻段 (137-225 MHz)、UHF航空頻段 (225-400 MHz) 甚至UHF-FM頻段 (406.1-470 MHz)，使其應用更具彈性。

RHOTHETA RT-800 的標準頻率範圍（灰色標示）與可選購的頻率擴展模組（F1至F4，綠色標示），使其能覆蓋VHF航空、擴展VHF海事、UHF航空及UHF-FM（含Cospas-Sarsat）等多個關鍵頻段。
 

• • 簡易安裝與遠端操控：
    系統設計簡化了安裝過程，例如無需使用預製接頭的昂貴高頻（HF，此處應指RF同軸）天線電纜。支援透過RS-232、乙太網路(Ethernet)及區域網路(LAN)進行高效的遠端操作、監控與數據傳輸。
  • 緊湊堅固的天線單元：
    其小型化、堅固且輕量的DF天線設計，不僅易於安裝在各種塔架或結構上，更能抵抗惡劣的海事氣候條件。
  • 多頻率快速掃描：
    系統可設定並快速掃描多達8個預設頻率，用於監測特定重要頻道。
  • GPS UTC時間同步：
    連接GPS接收器後，可在輸出的測向數據中加入精確的UTC時間戳，這對於多個DF站點進行三角定位時數據的同步至關重要，確保了定位結果的準確性。

 

RT-800可連接外部GPS接收器，為測向數據添加精確的UTC時間戳，對於多站點三角定位的數據同步至關重要。
 

• 重要配件：
  • 避雷針： 為保護整個測向儀系統免受直接雷擊損壞。
  • 頻率擴展模組： 根據具體監測需求，可單獨訂購以擴展系統的工作頻率範圍。

 

RHOTHETA RT-800 VTS無線電測向儀及其天線，專為固定式海岸監視與船舶識別應用而設計。
 

RT-800 VTS無線電測向儀的控制單元正面面板，設計簡潔，注重實用性。
 

智慧化VTS網路核心：DF Commander MK2 軟體平台

在一個由多個RDF站點組成的現代VTS網路中，DF Commander MK2軟體扮演著核心的「大腦」角色，它不僅僅是一個顯示和控制工具，更是一個強大的數據融合、分析與服務平台：

DF Commander MK2 軟體的多功能界面，整合了VTS海圖上的交叉測向（左上）、ATC空域監控（右下及中下）、多DF站點組網示意（右上）以及系統架構（左下），實現對測向系統的全面控制與數據視覺化。
 

• 網路化集中管理：
  能夠透過TCP/IP網路，遠端控制和監控地理位置分散的多個RDF站點（可以是RT-800s、RT-1000s或其他相容的測向儀）。操作員可以在VTS中心或其他任何授權地點，對整個測向網路進行統一的參數設定、狀態監視和數據調閱。
• 精確的多站三角定位：
  這是DF Commander MK2在VTS應用中的核心價值之一。軟體能自動收集來自不同測向站的同步方位線數據，運用先進的算法進行交叉測向或三邊測量，計算出目標船舶的精確地理位置，並能在電子海圖上直觀顯示定位結果及可能的誤差區域。
• Cospas-Sarsat應急信標處理：
  當網路中的測向儀（如RT-800）偵測並解碼Cospas-Sarsat信標訊號時，DF Commander MK2能即時顯示信標的ID、遇險位置（若信標本身編碼有GPS數據）以及各站測得的方位線，為VTS中心參與或協調搜救行動提供全面的態勢訊息。
• 標準化數據接口與VTS系統整合：
  軟體採用標準化的JSON協定進行內部數據交換和對外服務，同時支援將測向數據（包括原始方位、三角定位結果等）便捷地轉換為ASTERIX等VTS/ATC領域通用的數據交換格式。這使得RDF訊息能夠無縫融入到VTS中心的主系統中，與雷達、AIS、船舶資料庫等訊息進行疊加顯示和關聯分析。
• 直觀的態勢呈現：
  所有測向資訊、定位結果、系統狀態等，都可以在各種電子海圖（如OpenStreetMap或其他專業海圖S-57/S-63格式）上進行地理化、圖層化的視覺呈現，極大提升了VTS操作員的態勢感知能力和決策效率。

 

DF Commander MK2的網路化架構，DF Service作為核心伺服器，處理來自多個DF Systems的數據，並透過標準JSON協定向各種Clients（如VTS操作終端）提供服務。

DF Commander MK2在VTS應用中的三角定位界面。圖中，位於不同地點的多個測向站（黃色標記）同時測得目標船舶在兩個不同頻率（藍色和紅色方位線束）上的方位，軟體計算出交匯點（方框標記）並在左側顯示詳細的定位結果，包括經緯度、頻率和時間戳。

DF Commander MK2的另一VTS三角定位視圖，清晰展示了多個測向站（如WIESMAR, MARL, STABHUK）對海上目標進行測向（紫色和綠色方位線束），並在左側"Triangulation Results"面板中給出精確的定位數據。

DF Commander MK2成功整合併顯示來自Cospas-Sarsat應急信標的測向訊息。圖中，HEILHAF_1和HEILHAF_2兩個測向站均對該信標進行了測向，黃色圓點標示了信標的最後訊號位置，紫色方位線則指示了其方向。
 

其他適用於VTS與海岸監控的RHOTHETA DF解決方案

除了專為VTS優化的RT-800外，RHOTHETA的RT-1000及其多通道版本RT-1000 MC同樣在VTS和海岸監控領域有著廣泛應用；特別是RT-1000的「遠端天線設計概念」，允許將天線安裝在遠離控制中心的最佳海岸觀測點，這對於克服複雜海岸地形對射頻訊號的影響、獲取高質量測向數據尤為有利；而RT-1000 MC的多通道能力則能滿足高密度VHF通訊監測的需求。這些系統均可由DF Commander MK2進行統一管理和數據融合。

技術比較：VTS無線電測向方案的關鍵考量

選擇合適的VTS無線電測向解決方案時，需綜合考量以下技術應用層面的關鍵因素：

VTS與海岸監控的實際技術應用

RDF技術在VTS和海岸監控領域的應用，目的在提升海上交通的安全、效率和對海域的管控能力。

強化船舶交通管理與識別

VTS操作員的核心職責之一是識別和追蹤其責任區內的船舶；RDF系統透過監聽VHF通訊，能夠提供正在發話船舶的方位；此方位資訊與雷達回波和AIS數據進行關聯，可以：

• 確認目標身份： 尤其對於AIS資訊缺失、可疑或關閉AIS的船舶，透過其VHF語音通訊進行測向，是確認其身份和位置的重要手段。
• 監測航道遵守情況： 對特定航道或推薦路線上的船舶通訊進行測向，有助於監測其是否按規定航行。
• 提升交通流組織效率： 在船舶進出港、錨地作業或通過狹窄水道等情景下，準確了解各船位置有助於VTS進行更有效的交通組織和调度。

提升海岸監控與執法能力

RDF系統是海岸監控和海上執法的重要情報來源：

• 偵測與定位非法活動： 對於從事走私、偷渡、非法捕撈、傾倒廢棄物等活動的船隻，其VHF通訊可能暴露其行蹤。RDF網路可以對這些可疑通訊進行定位，引導執法力量介入。
• 保護敏感區域與重要基礎設施： 在港口、錨地、海上油氣平台、海底電纜等敏感區域附近，RDF系統可以監測異常的無線電活動，為安全防護提供預警。
• 維護領海主權與海洋權益： 對於侵入領海或專屬經濟區的外國船隻，RDF有助於早期發現和定位。

支援海上搜救協調

VTS中心常常是海上搜救行動的協調者或重要參與方，RDF技術在此發揮著不可替代的作用：

• 快速定位VHF遇險呼叫：
  當船舶透過VHF CH16等頻道發出Mayday等遇險呼叫時，VTS的RDF系統能立即測得其方位，為搜救力量的初始部署提供關鍵指引。
• 精確定位Cospas-Sarsat應急示位標：
  現代VTS RDF系統（如RHOTHETA RT-800）已具備對406MHz Cospas-Sarsat應急示位標（EPIRB、PLB）訊號的解碼和測向能力。一旦信標激活，VTS中心可迅速獲取包含位置資訊（若信標具備GNSS功能）的報文和/或方位線，結合DF Commander MK2的三角定位功能，能極大提高搜救定位的精度和速度。

VTS測向系統的部署與整合策略
成功部署一套高效的VTS RDF網路，需要周全的規劃和細緻的技術實施：

• 科學的站點選擇與佈局：
  DF站點的選擇需綜合考慮射頻環境（避免遮擋和強反射）、對目標監控海域的覆蓋範圍、站點間的基線長度與幾何構型（對於三角定位，站點構成的三角形應盡可能避免鈍角或銳角過小，以保證交匯精度）、供電與通訊條件等因素。
• 網路架構設計：
  規劃各RDF站點與VTS中心（或區域數據處理中心）之間的數據傳輸鏈路（如有線光纖/電纜、微波、無線網橋等），確保數據的即時性、可靠性和安全性。DF Commander MK2的伺服器/客戶端架構為構建此類網路提供了便利。
• 與VTS主系統的深度整合：
  RDF數據（單站方位、三角定位結果、訊號特徵等）需要與VTS操作台的電子海圖顯示系統（ECDIS/ECS）、雷達圖像處理系統、AIS數據管理系統以及可能的船舶資料庫等進行有效融合。這通常涉及到數據格式的轉換（如DF Commander MK2支援的ASTERIX）、接口協議的匹配以及顯示邏輯的定制開發。

未來趨勢：智慧化、網路化VTS測向的發展

VTS領域的RDF技術正持續向更智慧、更融合、更高效的方向演進：

• AI賦能的訊號分析與行為識別：
  利用機器學習和人工智能演算法，自動識別VHF通訊中的異常模式、辨別特定船隻的聲紋特徵、或從複雜背景雜訊中提取微弱遇險訊號，提升情報獲取的智能化水平。
• 多感測器數據深度融合：
  將RDF方位資訊與雷達、AIS、光電/紅外、衛星遙感等多種來源的海洋監視數據進行更深層次的時空關聯與智能融合，生成統一、精確、全面的海面態勢圖。
• 無人機/無人船載RDF應用：
  將小型化、低功耗的RDF系統集成到無人機（UAV）或無人水面載具（USV）上，可實現對偏遠海域或突發事件的快速、靈活的抵近偵察與測向。
• 支援自主航運與智慧港口：
   隨著海上自主水面船舶（MASS）和智慧港口技術的發展，VDF/RDF技術也將在這些新興領域的導航、避碰、安全監管等方面尋求新的應用模式。

結論

在日益複雜和繁忙的現代海洋交通環境中，先進的無線電測向（RDF）技術是船舶交通服務（VTS）和海岸監控體系中不可或缺的關鍵技術支撐，它不僅為VTS操作員提供了獨立可靠的船舶識別和定位手段，更在海上搜救、執法和環境保護等多元任務中發揮著重要作用；以RHOTHETA RT-800寬頻VTS測向儀為代表的專用硬體，憑藉其符合IALA標準的高性能、對Cospas-Sarsat搜救訊號的支援以及優異的成本效益和可靠性，為構建廣域海岸監測網提供了堅實的感知前端。

而如DF Commander MK2等智慧化軟體平台，則透過強大的多站數據融合（特別是精密的三角定位能力）、標準化的數據接口（JSON/ASTERIX）以及直觀的態勢展示，將分散的測向資訊轉化為具有決策價值的情報，並無縫融入現代VTS的複雜網路架構。隨著技術的持續創新，VDF/RDF解決方案必將在提升海域態勢感知能力、保障海上生命財產安全、促進海洋經濟可持續發展的道路上，扮演愈發重要的角色。