唐慶友， 宋妍成， 楊弘曧

(1. 東海航海保障中心 寧波航標處， 浙江 寧波 315200； 2. 北海航海保障中心 營口航標處，遼寧 營口 115000； 3. 東海航海保障中心 福州航標處， 福州 350001)

0 引 言

隨著信息化和智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機、無人車和無人船等智能產(chǎn)品相繼出現(xiàn)。與手機智能導(dǎo)航等智能技術(shù)相比,船舶駕駛方面的智能技術(shù)發(fā)展較為緩慢，雖然相關(guān)助航設(shè)備的功能得到了一定的改善，但還遠未達到船舶駕駛員的需求。當前船舶駕駛方面的智能化技術(shù)仍處在理論研究階段，并沒有得到實際應(yīng)用，因此基于船舶駕駛員對航海保障的需求進行船舶駕駛方面的智能化研究具有重要意義。

1 船舶駕駛工作的現(xiàn)狀

1.1 船舶駕駛工作的基本內(nèi)容

根據(jù)SOLAS公約和《國際船舶安全運營和防止污染管理規(guī)則》(ISM規(guī)則)的要求[1]，各船舶管理公司制定有符合自身實際的船舶安全管理體系，涵蓋各國際公約及各港口國的各項工作要求，在這些要求下衍生出不同的工作程序，船舶駕駛員在工作時必須予以執(zhí)行。各船舶管理公司的船舶安全管理體系的內(nèi)容和工作程序基本上相同。例如：在船舶開航前,駕駛員要做好航次計劃(見圖1)，包括航線、里程、所需的海圖、航線安全評估和航行期間的注意事項等內(nèi)容；在船舶航行過程中，駕駛員要主動接收航行警告信息和氣象信息。在接收到航行警告信息之后，要對航行警告進行篩選：若對該船的航行有影響，需對該航行警告進行標繪；若對計劃航線有較大影響，需調(diào)整計劃航線。為保證船舶安全航行，無法在值班期間對這些在船舶航行過程中接收到的信息進行篩選，只能在值班結(jié)束之后進行改正、標繪和調(diào)整。在做完這些臨時性的信息改正工作之后，駕駛員還要依照航行通告對相關(guān)海圖和航海圖書資料進行改正，這些工作的出現(xiàn)無形中增加了駕駛員的工作量。此外，若航次指令在船舶開航前未定或發(fā)生變化，需重新制訂航次計劃，重新查找相關(guān)的航行資料，這會給駕駛員帶來額外的工作量，而這種情況在航運市場低迷的背景下是經(jīng)常發(fā)生的。因此，駕駛員既要在航行值班過程中保證船舶安全航行，又要在值班之后做好安全航行準備工作，任務(wù)繁重。有的駕駛員為了在抵港之前做完港口國監(jiān)督(Port State Control, PSC)檢查工作，會在航行值班期間完成航海圖書資料改正等工作，而這會在一定程度上影響船舶的安全航行。

圖1 船舶航次計劃表

1.2 現(xiàn)有船舶助導(dǎo)航設(shè)備或系統(tǒng)存在的問題

船載助導(dǎo)航設(shè)備的先進性決定著船舶駕駛員工作的強度和船舶航行的安全水平。船舶現(xiàn)有的助導(dǎo)航設(shè)備主要有全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)、ARPA雷達、電子海圖、船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System, AIS)、NAVTEX、Inmarsat-C、甚高頻和中高頻等，這些助導(dǎo)航設(shè)備的應(yīng)用不僅能提高船舶航行的安全性，而且能降低船舶駕駛員的工作強度。但是，這些設(shè)備或系統(tǒng)目前基本上仍處于單獨使用階段，尚未實現(xiàn)功能整合，難以發(fā)揮更大的功效。以電子海圖為例，其功能一直未發(fā)生大的變化，在航線設(shè)計上，首先通過人工輸入或用鼠標改變海圖的比例尺進行轉(zhuǎn)向點的點擊，然后調(diào)整個別轉(zhuǎn)向點的位置，最終形成計劃航線，這種工作模式已遠不能滿足駕駛員的便利化需求。又如，雖然目前NAVTEX海上信息播發(fā)、傳輸?shù)乃俾视兴嵘?，功能有所改變，部分廠商的產(chǎn)品可自動覆蓋到電子海圖上，實現(xiàn)自動標繪改正，但還沒有達到駕駛員的預(yù)期，畫面信息復(fù)雜，不利于駕駛員從中選擇有用信息(見圖2和圖3)。航海圖書資料集成軟件的開發(fā)能使部分航海圖書資料實現(xiàn)自動更新，在一定程度上降低船舶駕駛員改正航海圖書資料的工作強度，但仍有一部分圖書資料需手動改正。

1.3 船用安全信息接收存在的問題

目前航海信息主要分為以下幾部分：

1) 海圖信息，主要在電子海圖系統(tǒng)中；

2) 航海圖書資料，以整套的圖書為主，部分船舶已安裝航海圖書資料軟件，涵蓋船舶航行所需的電子版信息；

3) 氣象信息，分為NAVTEX播發(fā)的近岸氣象信息、C站氣象信息和氣象傳真機的地面分析圖等3部分；

圖2 NAVTEX安全信息自動接入電子海圖

圖3NAVTEX安全信息自動覆蓋電子海圖的單個信息內(nèi)容

4) 航行安全信息，由NAVTEX和C站播發(fā)，播發(fā)的安全信息并不相同。

這些平臺目前只有部分NAVTEX終端與電子海圖連接，電子海圖實時更新NAVTEX航行警告信息。船舶缺少統(tǒng)一的船用信息平臺，若無法對船舶航行所需的信息進行整合，船用相關(guān)信息就相對零散，不利于發(fā)揮信息的分析、研判等作用。

1.4 航行值班受到人為疏忽的影響

隨著經(jīng)濟日益全球化,航運市場得到快速發(fā)展，船舶日益增多，船舶安全航行面臨巨大挑戰(zhàn)，人為因素導(dǎo)致的船舶擱淺、碰撞事故頻發(fā)。2010年，“深能1號”貨船在澳大利亞大堡礁因駕駛員疲勞駕駛而擱淺，引發(fā)海上溢油事故，帶來巨大的負面影響；2018年，“桑吉”輪與“長峰水晶”輪在長江口因值班駕駛員值班瞭望疏忽而發(fā)生碰撞。這些事故的發(fā)生使得如何在船舶航行過程中規(guī)避人為因素造成的航運損失成為研究的熱點[2]。目前，船舶雷達和電子海圖的AIS信號雖然能在船舶遇到碰撞危險時通過聲音和顏色的變化提示駕駛員采取避讓行動，但這些警報一般都是在船舶距離碰撞物較近時才會發(fā)出，個別船舶甚至因近海警報較多而關(guān)閉此項功能；此外，電子海圖在船舶觸礁或擱淺前期無法判斷其危險情況并發(fā)出警報，即使發(fā)出警報，若駕駛員在一定時間內(nèi)沒有采取有效行動，船舶也無法實現(xiàn)自動避讓。這些都是目前助導(dǎo)航設(shè)備無法解決的問題。

針對船舶駕駛存在的上述問題,有必要加快航海保障技術(shù)研究,整合現(xiàn)有的助導(dǎo)航設(shè)備或系統(tǒng),進一步保證船舶安全航行。

2 航海保障工作的現(xiàn)狀

2.1 航海信息資源存在的問題

船舶在海上航行期間需相關(guān)國家提供航行信息，而這些信息在不同國家歸屬不同的部門管理，有的由政府部門管理，有的由海軍管理，部分國家對航海相關(guān)信息的監(jiān)管相對較嚴，提供的信息相對滯后，沒有對最新的民用航行資料信息進行共享，因此在航海信息資源整合與共享方面存在巨大挑戰(zhàn)，若沒有最新、最全的航行數(shù)據(jù)，會制約航海的信息化和智能化發(fā)展。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與應(yīng)用對船舶營運成本的影響

實現(xiàn)航海智能化發(fā)展離不開互聯(lián)網(wǎng)，而海上網(wǎng)絡(luò)建設(shè)無法參照陸地基站建設(shè)，只能通過衛(wèi)星實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。由于衛(wèi)星通信的資費較高，在航運市場不景氣的情況下，航運公司不愿增加額外的運營成本，加上衛(wèi)星運營管理部門在提供服務(wù)時會收取較高的維護費用，使得海上互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成本較高，目前只有少數(shù)船舶公司在船實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入[3-4]。

2.3 航海保障信息技術(shù)研發(fā)存在的問題

助航技術(shù)研發(fā)和助航信息收集匯總通常強調(diào)岸基設(shè)備服務(wù)能力的提升，而船載設(shè)備硬件沒有實現(xiàn)同步發(fā)展，無法與船舶設(shè)備形成有效的信息交互，使得航海保障的服務(wù)能力沒有大的提高，岸基信息播發(fā)和船舶信息接收依然通過傳統(tǒng)的工作模式實現(xiàn)。雖然近些年手機海上導(dǎo)航軟件的開發(fā)和船載北斗電子海圖導(dǎo)航儀的推廣在一定程度上得到了用戶的認可，但這些軟件和設(shè)備依然無法滿足船舶駕駛員的需求，與智能化發(fā)展相比仍顯滯后。

2.4 航海保障工作存在的問題

航海保障信息的收集缺少海事、港航、海洋、氣象、企業(yè)和行業(yè)協(xié)會等相關(guān)部門的支持配合，各部門的信息相對獨立，缺少共享機制。這些部門掌握有船舶航行所需的基礎(chǔ)信息和市場需求信息，若不能實現(xiàn)協(xié)調(diào)配合，就無法形成完整的海上航行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，船舶智能駕駛研發(fā)進程就會受到制約。

船舶駕駛員的工作受船載設(shè)備的影響，而船載設(shè)備研發(fā)是航海保障工作的一個重點，因此船舶駕駛與航海保障有著密切的聯(lián)系，若要實現(xiàn)船舶駕駛的便利化，就必須依靠信息化、智能化技術(shù)，使岸基信息與船基信息得到有效交互，滿足船舶駕駛對便利化和安全的需求。

3 船舶駕駛對航海保障智能化技術(shù)研發(fā)的需求

3.1 構(gòu)建航海保障數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)是航海保障工作的基礎(chǔ)，只有建立標準化、系統(tǒng)化、國際化的航海保障數(shù)據(jù)庫，才能提供有效的航海保障服務(wù)，為航海保障的發(fā)展提供支持[5-7]。目前，東海航海保障中心已著手構(gòu)建全球航海安全情報系統(tǒng)，該系統(tǒng)可推動大數(shù)據(jù)收集、組織和分析等工作的進展。

3.2 構(gòu)建智能化船舶駕駛系統(tǒng)

智能化船舶駕駛系統(tǒng)是在原有的安全服務(wù)水平的基礎(chǔ)上向便捷航海拓展，深化E航海的服務(wù)標準，突破E航海的發(fā)展瓶頸，依托船舶安全管理體系，通過便利化的航海保障服務(wù)增強航海保障信息服務(wù)的時效性，使航行安全信息能第一時間提供給船舶，簡化船舶駕駛員的工作程序，降低人為因素對船舶安全航行的影響，變被動服務(wù)為主動服務(wù)，滿足船舶駕駛員對工作便利化的需求。

3.2.1 智能化船舶駕駛系統(tǒng)的實現(xiàn)

以電子海圖為核心，集成航標信息、AIS信息、航行警告信息、氣象信息、港口碼頭信息、潮汐和水流信息等航海所需的信息，依托航海安全情報系統(tǒng)，運用大數(shù)據(jù)和云服務(wù)[8]技術(shù)為船舶提供自動化、智能化、個性化的導(dǎo)航服務(wù)。服務(wù)不限于航線自動生成、海圖及航海圖書資料自動更正和航行安全信息自動篩選與標繪等功能，采取主動服務(wù)的方式，改變原有的人工篩選信息、設(shè)計航線和改正信息的方式，各船載終端通過網(wǎng)絡(luò)實時訪問航海信息數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)自動為用戶推送相關(guān)安全信息，或用戶按需選擇船舶航行數(shù)據(jù)，減少船舶駕駛員的工作量。

1) 加快推進航海安全情報系統(tǒng)建設(shè)。由于目前能整合的航海信息有限，氣象信息、潮汐潮流信息和港口動態(tài)信息等海事系統(tǒng)以外的海洋數(shù)據(jù)還無法獲得，尤其是國外的航海信息，在獲取使用權(quán)方面存在一定的阻力。對此，要加強數(shù)據(jù)收集方面的國際交流，依托交通強國戰(zhàn)略、海洋強國戰(zhàn)略和“一帶一路”倡議，加強同世界各國海事部門的溝通交流，強化航海安全數(shù)據(jù)共享，共同為全球航海的發(fā)展提供動力。同時，在建立大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)時要注重信息的時效性，若沒有最新的航海保障數(shù)據(jù)，會對后續(xù)新技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生一定的影響，使得航海保障技術(shù)服務(wù)無法達到最優(yōu)的效果。

2) 搭建智能導(dǎo)航服務(wù)模式框架。航海保障中心擁有航標數(shù)據(jù)信息、海圖及相關(guān)航海圖書資料信息、海上安全信息和AIS數(shù)據(jù)信息，可按照智能導(dǎo)航服務(wù)理念對現(xiàn)有的信息進行整合，按照船舶安全管理體系工作的要求，以確保船舶安全航行為基礎(chǔ)，以降低船舶駕駛員的工作強度為目標，形成智能航海保障服務(wù)模式的框架，按照船舶駕駛員的需求設(shè)置系統(tǒng)功能模塊，利用航海安全情報系統(tǒng)不斷對航海數(shù)據(jù)進行更新，對設(shè)備進行技術(shù)升級。

3) 實施海上互聯(lián)網(wǎng)計劃?；ヂ?lián)網(wǎng)是智能導(dǎo)航服務(wù)的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)信息共享的重要平臺，目前海上絕大部分船舶都還沒有安裝網(wǎng)絡(luò)。因此，需做好互聯(lián)網(wǎng)安裝工作，只有依靠互聯(lián)網(wǎng)才能方便快捷地實現(xiàn)船岸信息交換，進而實現(xiàn)航行智能化。

4) 加快技術(shù)研發(fā)。航線自動生成技術(shù)是智能導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)。航線自動生成的算法雖多，但目前大多都在試驗階段，還沒有實際應(yīng)用[9-11]。個別手機海上導(dǎo)航APP(如海e行[12])按照系統(tǒng)常規(guī)的船舶航線庫，根據(jù)出發(fā)港和目的港給出推薦航線，但該航線只是錨地到錨地的航線，沒有對港區(qū)和內(nèi)河進行規(guī)劃，不符合SOLAS公約對航次規(guī)劃泊位到泊位[13]的要求，既無法根據(jù)氣象信息和潮流信息給出推薦安全航線或推薦經(jīng)濟航線，又無法實現(xiàn)因遇到突發(fā)天氣情況而臨時調(diào)整航線的功能。

3.2.2 智能化船舶駕駛系統(tǒng)的影響及作用

1) 智能化導(dǎo)航可改變現(xiàn)有的導(dǎo)航模式，按照國際船舶安全管理對船舶駕駛員工作的要求，形成更簡單的工作模式，降低船舶駕駛員的勞動強度，使其能將更多的精力放在航行安全保障工作上，進一步提高船舶航行的安全性。

2) 航線、航次計劃自動生成。直接通過網(wǎng)絡(luò)將航次計劃報送給公司管理人員、租船方和貨主等人員，方便快捷。

3) 航行信息電子化、商務(wù)化。改變傳統(tǒng)的強制船舶配備紙質(zhì)版航海圖書資料的情況，解決傳統(tǒng)圖書換新郵寄的問題，形成船舶下單、公司付款、資料下載的工作模式。

4) 搜索式查詢航海資料。根據(jù)需求搜索關(guān)鍵詞，快速查找所需的航海信息，針對港口的情況迅速提供港口航行的注意事項和航行基本信息，實現(xiàn)一站式信息服務(wù)。

5) 多語言操作不僅能方便其他國家的船舶駕駛員使用，而且可解決我國船舶駕駛員對英版航海圖書資料翻譯能力不強的問題。

6) 航行警告等安全信息自動標繪。在海圖上對海上軍事演習(xí)區(qū)域和新危險物區(qū)域等信息進行自動標繪，能避免駕駛員在船舶航行期間對接收的航行警告進行篩選改正。

7) 語音、閃爍提示安全信息。根據(jù)船舶航行位置和計劃航線情況，主動提示船舶周圍其他船舶的航行情況和安全信息，提示駕駛員提早采取安全措施。

8) 通過大數(shù)據(jù)分析航線上船舶的航行密度，研判航行環(huán)境的安全程度，提供避碰方面的行動建議，進一步實現(xiàn)船舶自動避讓[14]。

9) 查看其他船舶的航線和航次計劃，提前預(yù)判其行動意圖[15]。

10) 估算錨泊時間和靠泊計劃，了解港口的狀態(tài)及其整體運營情況。

11) 便于PSC和FSC檢查。檢查官直接查看日期即可得知航行數(shù)據(jù)是否已更新至最新。

4 結(jié) 語

船舶駕駛員的駕駛工作繁重會在一定程度上對船舶的安全航行產(chǎn)生影響。航海智能化不僅可規(guī)避人為因素對船舶航行的影響，更可降低船舶駕駛員的工作強度，使其將更多的精力投入到航行值班中。雖然當前在航海數(shù)據(jù)整合、技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)上還存在諸多困難，但并不影響智能船舶駕駛的發(fā)展，沒有船舶駕駛智能化，就無法實現(xiàn)船舶的無人駕駛功能[16]。在全球航運市場中，各國都在依托船舶安全管理體系和船舶駕駛員的工作需求開發(fā)新的設(shè)備、新的功能，因此我國航海保障職能部門也應(yīng)與相關(guān)科研院所、高校、企業(yè)合作，共同實現(xiàn)航海保障的現(xiàn)代化、智能化，滿足船舶駕駛市場的需求。