伊富春 邵進(jìn)興 任律珍 周世波
自從國(guó)際海事組織(International Maritime Organization,IMO)和國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)(International Association of Lighthouse Authorities,IALA)提出E航海的概念以來(lái),世界主要航海國(guó)家對(duì)E航海的概念、框架、技術(shù)和實(shí)現(xiàn)等進(jìn)行了廣泛的研究和實(shí)踐,取得了豐碩的成果。我國(guó)作為IMO、IALA等國(guó)際組織的成員國(guó),一直密切關(guān)注國(guó)際E航海的發(fā)展,并結(jié)合中國(guó)實(shí)際開(kāi)展E航海工程建設(shè)。2014年4月,中國(guó)海事E航海戰(zhàn)略與技術(shù)研討會(huì)在廈門(mén)舉行,會(huì)議圍繞E航海國(guó)際研究進(jìn)展情況、E航海關(guān)鍵技術(shù)、E航海戰(zhàn)略實(shí)施計(jì)劃及相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行了廣泛的交流。另外,在2014年9月和11月,我國(guó)E航海相關(guān)工作組成員舉辦了兩次研討會(huì),廣泛交流相關(guān)研究成果,積極探討適合我國(guó)國(guó)情的E航海建設(shè)方案。近幾年更是開(kāi)展了天津港、洋山港、長(zhǎng)江口、珠江口等水域E航海示范工程建設(shè)項(xiàng)目,在提高助航效能、增強(qiáng)船舶航行安全和海上環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮了重要作用。
近年來(lái),我國(guó)在E航海建設(shè)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,特別是在E航海示范工程建設(shè)方面,在不同的水域,針對(duì)不同的應(yīng)用,建設(shè)了不同的E航海工程項(xiàng)目。
洋山港是世界最大的海島型深水人工港,年集裝箱吞吐量已占到上海港總吞吐量的近二分之一,受霧霾等環(huán)境污染和陸島水域地理環(huán)境影響,洋山港附近水域時(shí)有能見(jiàn)度不良天氣出現(xiàn),嚴(yán)重影響到船舶的航行安全和港口貨物裝卸的效率。洋山港主航道位于浙江北部島礁水域,周邊密布舟山傳統(tǒng)漁場(chǎng),也是沿海海上干線(xiàn)南北交匯航路,形成大、中、小型船舶和漁船水上交通聚集交匯區(qū),給海事水上安全監(jiān)管帶來(lái)重大挑戰(zhàn)。為提高和改善在能見(jiàn)度不良條件下大型集裝箱船舶航行和離靠泊的助航安全保障條件,洋山港建設(shè)了E航海示范項(xiàng)目[1]。系統(tǒng)框架見(jiàn)圖1。
圖1 洋山港E航海工程系統(tǒng)框架
洋山港E航海工程主要建設(shè)內(nèi)容[2]:(1)建設(shè)和完善航海保障支持服務(wù)設(shè)施,該設(shè)施是為了滿(mǎn)足駕引人員和各利益相關(guān)方對(duì)導(dǎo)助航設(shè)施的服務(wù)需求,主要從獲取自身定位位置信息、測(cè)繪和水文信息完善兩個(gè)著力點(diǎn)建設(shè)。(2)開(kāi)發(fā)和改造滿(mǎn)足駕引人員使用的主要硬件設(shè)備,包括開(kāi)發(fā)航船使用的智能導(dǎo)航儀,安裝使用固態(tài)數(shù)字雷達(dá)以便對(duì)小目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和跟蹤,改造現(xiàn)有VHF通信設(shè)備以持續(xù)保持岸基和船舶之間通信暢通,安裝使用定向語(yǔ)音擴(kuò)音系統(tǒng)設(shè)備以便在能見(jiàn)度不良條件下進(jìn)行對(duì)小船的語(yǔ)音提醒避險(xiǎn)服務(wù),各利益相關(guān)方CCTV視頻終端采集信息整合共享。(3)建設(shè)綜合性指揮調(diào)度監(jiān)控管理平臺(tái)和云數(shù)據(jù)中心,為港口運(yùn)營(yíng)和船公司管理、進(jìn)出港航船安全航行提供強(qiáng)有力的航海保障支持服務(wù),通過(guò)運(yùn)用航海保障指揮調(diào)度監(jiān)控管理平臺(tái),使洋山港的港口作業(yè)管理、靠離泊船舶動(dòng)態(tài)、引航的調(diào)度、海事主管部門(mén)的監(jiān)管、導(dǎo)助航技術(shù)支持等各相關(guān)方實(shí)現(xiàn)信息共享。
長(zhǎng)江口深水航道是長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)帶的咽喉,為保障航行安全,超寬船舶需要單向航行。隨著船舶流量的增大,船舶越來(lái)越大型化,深水航道的通航安全限制導(dǎo)致航道單向航行情況更加頻繁,對(duì)通航效率造成了嚴(yán)重影響。在上述背景下,長(zhǎng)江口E航海工程利用E航海相關(guān)技術(shù)手段和技術(shù)成果,構(gòu)建符合相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的綜合導(dǎo)助航服務(wù)體系,為提升長(zhǎng)江口水域船舶通航能力提供綜合導(dǎo)助航保障服務(wù)。主要建設(shè)任務(wù)包括建設(shè)E航海門(mén)戶(hù)網(wǎng)站、完善岸基基礎(chǔ)設(shè)施、建設(shè)岸端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、建設(shè)海上互聯(lián)互通平臺(tái)和建設(shè)長(zhǎng)江口綜合信息服務(wù)平臺(tái)。
長(zhǎng)江口E航海建設(shè)工程主要針對(duì)長(zhǎng)江口深水航道利用邊坡航道進(jìn)行超寬船舶交匯通航以提高通航效率的需求。為保證船舶航行安全,工程主要利用AIS虛擬航標(biāo)和實(shí)體航標(biāo)標(biāo)識(shí)航道邊界和邊坡界限,使得船舶能夠在智能導(dǎo)航終端上識(shí)別航道的邊界和邊坡。船舶智能導(dǎo)航終端能夠通過(guò)LTE通信鏈路獲取岸基CORS系統(tǒng)高精度位置修正數(shù)據(jù)以提高船舶定位精度;駕引人員能夠通過(guò)LTE通信鏈路獲取船舶推薦航路信息和水文氣象信息,以保障船舶航行安全;岸基監(jiān)管中心用戶(hù)能夠?qū)崟r(shí)通過(guò)AIS、LTE和北斗短報(bào)文鏈路獲取航道船舶交通狀況;同時(shí)支持各類(lèi)岸基用戶(hù)注冊(cè)和服務(wù)注冊(cè),將上述綜合服務(wù)信息按需發(fā)送至各類(lèi)岸基用戶(hù)。其中,海上互聯(lián)互通平臺(tái)承載著用戶(hù)與服務(wù)、服務(wù)與服務(wù)、船舶與服務(wù)、船舶與岸基用戶(hù)之間信息的互聯(lián)互通,是長(zhǎng)江口E航海建設(shè)工程的信息傳輸管道和信息傳輸路由執(zhí)行體。其系統(tǒng)框架見(jiàn)圖2。
根據(jù)上述背景和建設(shè)需求,長(zhǎng)江口E航海工程主要建設(shè)4項(xiàng)內(nèi)容:一是岸基系統(tǒng)部分,包括完善岸基基礎(chǔ)設(shè)施,完善岸端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),建設(shè)海上互聯(lián)互通平臺(tái)和建設(shè)E航海門(mén)戶(hù)網(wǎng)站;二是建設(shè)長(zhǎng)江口E航海綜合信息服務(wù)平臺(tái);三是建設(shè)船岸通信系統(tǒng)部分,包括利用北斗衛(wèi)星傳輸鏈路、建設(shè)LTE專(zhuān)用通信鏈路;三是船端系統(tǒng)部分,包括研發(fā)船舶綜合無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)和提供基于高精度定位的智能導(dǎo)航終端;四是海事服務(wù)集的實(shí)現(xiàn),包括建設(shè)航路信息服務(wù)系統(tǒng)和航標(biāo)服務(wù)系統(tǒng)。
圖2 長(zhǎng)江口E航海工程系統(tǒng)框架
根據(jù)珠江口水域交通繁忙、船舶密度大、種類(lèi)多、交通流向縱橫交錯(cuò)、航行規(guī)則復(fù)雜、通航環(huán)境變化快、河海交匯、毗鄰港澳等特點(diǎn),珠江口E航海工程以智能航線(xiàn)服務(wù)為線(xiàn)索,以“四個(gè)交通”為導(dǎo)向,以向船舶提供從泊位到泊位的整個(gè)航行活動(dòng)中的綜合、智能、全面的航海保障信息服務(wù)為基本建設(shè)目標(biāo),其系統(tǒng)框架見(jiàn)圖3。
圖3 珠江口E航海工程框架
珠江口E航海示范工程在建立航海保障云數(shù)據(jù)中心、海上安全信息(MSI)綜合播發(fā)、船舶航行數(shù)據(jù)共享、AIS二進(jìn)制信息播發(fā)、智能導(dǎo)助航服務(wù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面進(jìn)行研究、試驗(yàn)和論證,主要建設(shè)內(nèi)容可概括為“綜合助航、智能導(dǎo)航、高效便捷、綠色平安”,包括:(1)以S-100標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),建設(shè)E航海主題數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)建設(shè)航保數(shù)據(jù)交換平臺(tái)和航保信息綜合管理系統(tǒng)來(lái)整合航海保障信息資源和管理維護(hù)主題數(shù)據(jù)庫(kù),為實(shí)現(xiàn)綜合、智能的航海保障綜合服務(wù)提供基礎(chǔ)。(2)基于SOA架構(gòu),建設(shè)“統(tǒng)一門(mén)戶(hù)、單點(diǎn)登錄”的航保信息服務(wù)系統(tǒng),開(kāi)發(fā)綜合、智能、便捷的服務(wù)。以服務(wù)接口的方式向船端、港航企業(yè)和岸基管理單位提供智能導(dǎo)助航服務(wù),并實(shí)現(xiàn)基于電子海圖的船舶動(dòng)態(tài)展示。建設(shè)依托于航保信息服務(wù)系統(tǒng)的珠江口保障服務(wù)示范工程門(mén)戶(hù)網(wǎng)站,向公眾充分展示示范工程建設(shè)的目標(biāo)、愿景、成果等信息。(3)利用ECS和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng),研制船端的ECS導(dǎo)助航系統(tǒng)和移動(dòng)終端導(dǎo)助航系統(tǒng),使之能接入本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的服務(wù)接口,從而提高船舶航行的安全和效率。(4)示范系統(tǒng)功能應(yīng)用測(cè)試和驗(yàn)證。通過(guò)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行船端系統(tǒng)、岸基系統(tǒng)和通信鏈路測(cè)試。驗(yàn)證本工程對(duì)外提供數(shù)據(jù)服務(wù)的能力和可操作性,同時(shí)也可為用戶(hù)提供航海保障綜合服務(wù)的直觀(guān)體驗(yàn)。(5)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)研究。在示范工程的建設(shè)和試驗(yàn)過(guò)程中,檢驗(yàn)和評(píng)估現(xiàn)有或開(kāi)發(fā)中的相關(guān)國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和E航海戰(zhàn)略的契合度、適宜性,提出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)、完善建議,形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提案。
天津港復(fù)式航道E航海工程建設(shè)的目的是提高天津港主航道的通航效率和船舶的通航安全,主要建設(shè)內(nèi)容包括采集與船舶通航安全相關(guān)的水文氣象信息、助航信息、船舶間通航態(tài)勢(shì)、海洋環(huán)境信息等,并通過(guò)現(xiàn)代化的技術(shù)實(shí)時(shí)向船舶發(fā)布所采集到的信息,為進(jìn)出港船舶提供各種與航行安全相關(guān)的導(dǎo)助航和海上安全信息。進(jìn)出港航行船舶可以利用系統(tǒng)平臺(tái)或者專(zhuān)用的手機(jī)應(yīng)用小程序?qū)崟r(shí)獲取保障船舶航行安全的導(dǎo)助航信息、水文氣象信息、能見(jiàn)度信息等,同時(shí),也可以下載電子海圖更新數(shù)據(jù),或者與其他船舶交換航線(xiàn)。系統(tǒng)的建設(shè)極大地提高了天津港引航、海事管理、船舶調(diào)度的水平,使天津港的“智慧港口”建設(shè)水平得到了顯著提升。系統(tǒng)框架如圖4所示。
圖4 天津港復(fù)式航道E航海工程框架
(1)系統(tǒng)建設(shè)針對(duì)性強(qiáng)
國(guó)內(nèi)E航海示范工程的建設(shè)涉及航海保障的多個(gè)方面,這些工程針對(duì)不同的水域和應(yīng)用需求,建設(shè)不同的系統(tǒng),取得了較好的效果:①洋山港E航海工程主要是為了解決在能見(jiàn)度不良情況下大型船舶靠泊安全和提高港口生產(chǎn)效率的問(wèn)題;②長(zhǎng)江口E航海工程主要是針對(duì)長(zhǎng)江口深水航道利用邊坡航道提升通航效率的需求,建設(shè)E航海信息服務(wù)系統(tǒng),保障長(zhǎng)江口超寬船舶交會(huì)時(shí)的航行安全,提升長(zhǎng)江口航道通航效率;③珠江口E航海工程以智能航線(xiàn)服務(wù)為線(xiàn)索,主要是向船舶提供從泊位到泊位的綜合、智能、全面的航海保障信息服務(wù);④天津港復(fù)式航道E航海工程主要是建設(shè)岸基服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、海上智能多功能浮標(biāo)、水域環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等,解決復(fù)式航道通航保障和效能提升的問(wèn)題。
根據(jù)系統(tǒng)服務(wù)水域特點(diǎn)和用戶(hù)需求,這些E航海系統(tǒng)建設(shè)側(cè)重點(diǎn)各不相同,可以用“小而精”來(lái)概括,針對(duì)性強(qiáng),在實(shí)際應(yīng)用中起到了示范作用。
(2)注重實(shí)踐和系統(tǒng)集成
從國(guó)內(nèi)E航海工程的建設(shè)方案可以看出,我國(guó)目前E航海工程的建設(shè)內(nèi)容主要是整合現(xiàn)有的一些通航保障系統(tǒng)或者將比較成熟的技術(shù)應(yīng)用到E航海系統(tǒng),其實(shí)用意義較強(qiáng)。以長(zhǎng)江口E航海工程為例,為提高長(zhǎng)江口航道通航能力,將技術(shù)上成熟的虛擬航標(biāo)應(yīng)用到航道航標(biāo)布設(shè)中,采用“虛實(shí)結(jié)合”的布標(biāo)策略,“拓寬”航道的通航寬度,從而有效提高航道的通過(guò)能力。
(3)強(qiáng)有力的組織和管理
我國(guó)目前已經(jīng)建成或正在建設(shè)的E航海工程都是在交通運(yùn)輸部的統(tǒng)一組織下進(jìn)行建設(shè)的,但是,主導(dǎo)機(jī)關(guān)又各不相同,東海航海保障中心主導(dǎo)了長(zhǎng)江口E航海工程和洋山港E航海工程建設(shè),北海航海保障中心主導(dǎo)了天津港復(fù)式航道E航海工程建設(shè),南海航海保障中心主導(dǎo)了珠江口E航海工程建設(shè)。高效的組織和管理,可以有效協(xié)調(diào)E航海工程建設(shè)和營(yíng)運(yùn)過(guò)程中各利益相關(guān)方的問(wèn)題和訴求,突出航海保障業(yè)務(wù)活動(dòng)的重點(diǎn),確保航海保障管理部門(mén)的權(quán)威性并使之能有效地管理E航海建設(shè)過(guò)程中的各種問(wèn)題,因而是順利實(shí)施我國(guó)E航海工程的有力保障。
我國(guó)E航海工程建設(shè)雖取得了一些階段性的成果,但由于研究起步較晚等原因,與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比,還存在一些不足:
(1)我國(guó)E航海工程的建設(shè)主要是對(duì)原有系統(tǒng)和設(shè)備的集成或整合,對(duì)創(chuàng)新的技術(shù)應(yīng)用還有待進(jìn)一步發(fā)展[3]。
(2)我國(guó)E航海建設(shè)缺乏通用性,雖然在不同的水域建設(shè)不同的E航海工程具有較強(qiáng)的針對(duì)性,但對(duì)于一些通用的技術(shù)或者“模塊”大多沒(méi)有建立一個(gè)統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),也不具有國(guó)際E航海工程建設(shè)要求的通用性。
(3)數(shù)據(jù)分散,共享困難。我國(guó)現(xiàn)有的E航海示范工程是在各個(gè)航海保障中心的主導(dǎo)下進(jìn)行建設(shè)的,存在多重標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題,因此,通過(guò)各個(gè)示范工程獲取的數(shù)據(jù)共享困難,這不利于我國(guó)E航海工程建設(shè)的整體發(fā)展。
E航海的用戶(hù)主要是船舶用戶(hù)和岸上的相關(guān)管理機(jī)構(gòu),E航海是由用戶(hù)需求驅(qū)動(dòng)的,而不是相關(guān)主管機(jī)關(guān)或者先進(jìn)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的。因此,將現(xiàn)有的導(dǎo)助航系統(tǒng)和岸上的管理機(jī)構(gòu)提供的服務(wù)進(jìn)行整合是E航海的主要目的。在E航海實(shí)施過(guò)程中,航海保障主管機(jī)關(guān)的主要職能是協(xié)調(diào)各利益相關(guān)方的需求,引導(dǎo)設(shè)備生產(chǎn)商和科研機(jī)構(gòu)利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)集成現(xiàn)有的導(dǎo)助航設(shè)施或者開(kāi)發(fā)新的導(dǎo)助航設(shè)施。任何一項(xiàng)系統(tǒng)的發(fā)展和技術(shù)實(shí)施,都需要進(jìn)行完善的需求分析,以確保該系統(tǒng)未來(lái)實(shí)施的可行性,E航海戰(zhàn)略計(jì)劃的實(shí)施也不例外。IALA相關(guān)成員通過(guò)用戶(hù)需求分析獲取不斷出現(xiàn)的用戶(hù)需求,該用戶(hù)需求分析方法應(yīng)立足于E航海概念中定義的各種要素,并使用統(tǒng)一制定的應(yīng)用模板定義那些特殊的用戶(hù)需求,這類(lèi)需求包括所有用戶(hù)之間的信息采集、整合、交換、顯示、分析和人員要素等各個(gè)方面。更詳細(xì)的用戶(hù)需求作為實(shí)施計(jì)劃的一部分,應(yīng)進(jìn)一步分析和確認(rèn)。
MSPs是E航海岸基服務(wù)的具體體現(xiàn),其目標(biāo)是根據(jù)特定海上業(yè)務(wù)區(qū)域的信息和通信需求,實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的海上服務(wù)。也就是說(shuō),MSPs是按照區(qū)域來(lái)劃分的。目前,IMO確定了以下MSPs區(qū)域:港口水域,沿海或限制水域,大洋航行區(qū)域,沿海以外海上水域,北極、南極和偏遠(yuǎn)區(qū)域[4]。在今后的E航海工程建設(shè)中,可以從港口水域和沿?;蛳拗扑蜻@兩個(gè)區(qū)域作為切入點(diǎn),根據(jù)各個(gè)水域水文氣象條件、船舶交通流特征以及現(xiàn)有的導(dǎo)助航系統(tǒng)等條件,針對(duì)船舶用戶(hù)的需求,開(kāi)發(fā)有地域特色的MSPs產(chǎn)品,為通航船舶提供高效的助航服務(wù)。
在E航海系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)中,主要包括岸基系統(tǒng)、通信鏈路和船基系統(tǒng),同時(shí)還包括相應(yīng)的外部支撐系統(tǒng)和技術(shù)設(shè)施。通過(guò)這些系統(tǒng)的有機(jī)集成,執(zhí)行E航海戰(zhàn)略中的各種業(yè)務(wù)功能,實(shí)現(xiàn)E航海戰(zhàn)略目標(biāo)。目前,中國(guó)海事局已經(jīng)建立了覆蓋沿海和內(nèi)河重要通航水域的較為完善的導(dǎo)助航系統(tǒng),例如DGPS系統(tǒng)、AIS系統(tǒng)和VTS系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的技術(shù)水平在世界上處于先進(jìn)地位,但在充分利用這些系統(tǒng),發(fā)揮其助航潛能,從而提高整體航海保障水平方面,我們還有很多工作需要完成。E 航海工程的建設(shè),應(yīng)充分發(fā)揮這些導(dǎo)助航系統(tǒng)的功能,對(duì)其進(jìn)行整合和優(yōu)化。
國(guó)外較為成功的E航海示范系統(tǒng)建設(shè),基本上都有對(duì)系統(tǒng)的效能和功能進(jìn)行測(cè)試,而目前國(guó)內(nèi)E航海建設(shè)在系統(tǒng)功能測(cè)試方面尚有欠缺。我國(guó)相關(guān)E航海工程建成之后,基本沒(méi)有對(duì)工程的效能進(jìn)行專(zhuān)門(mén)、全面的測(cè)試。
2018年6月4日,部海事局在韓國(guó)簽署加入全球E航海測(cè)試平臺(tái)合作計(jì)劃備忘錄,標(biāo)志著我國(guó)將參與全球E航海測(cè)試平臺(tái)。目前,參加該合作計(jì)劃的國(guó)家有澳大利亞、丹麥、瑞典和韓國(guó)。該備忘錄的簽署,意味著將有一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)進(jìn)行E航海系統(tǒng)效能的測(cè)試。由于已經(jīng)建成的洋山港E航海工程、天津港復(fù)式航道E航海工程,以及在建的長(zhǎng)江口E航海工程、珠江口E航海工程目前均未涉及系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的建設(shè),以后的E航海工程建設(shè)要利用后發(fā)優(yōu)勢(shì),提前謀劃,建設(shè)測(cè)試平臺(tái),以更好地與國(guó)際E航海工程建設(shè)無(wú)縫對(duì)接。
E航海的發(fā)展對(duì)于保障船舶航行安全,推動(dòng)航海保障向更高效、更先進(jìn)和更便捷的方向發(fā)展起到了重要的作用。我國(guó)一直密切關(guān)注并積極跟蹤國(guó)際E航海的發(fā)展,目前也在進(jìn)行相關(guān)E航海工程的建設(shè),并且取得了重要的成果。但同時(shí)也要看到我國(guó)在E航海建設(shè)中的不足,相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)積極研究和探索,將我國(guó)的航海保障水平和效能推向一個(gè)更高的層次。