譚麗麗,劉俊剛,呂英龍(天津航標(biāo)處,天津300456)
為提高航道資源利用率,釋放碼頭泊位產(chǎn)能和運能,曹妃甸港區(qū)中區(qū)一港池計劃配套建設(shè)與泊位等級相適應(yīng)的20萬噸級航道工程。由于20萬噸級航道拓寬竣深大部分在港池內(nèi),港池內(nèi)碼頭回旋水域范圍和20萬噸級航道邊界航標(biāo)設(shè)置位置存在交叉,需要對20萬噸級航道航標(biāo)配布開展綜合研究,滿足航道與港池水域通航安全保障的需求。
建設(shè)中的20萬噸級航道是在現(xiàn)10萬噸級航道的基礎(chǔ)上進行拓寬竣深,航道設(shè)計總長10.5 km,共分為3段布置,分別為口門段航道、連接段航道、北段航道。
口門段航道自外海-18.9 m等深線起算,長度2 877.2 m,呈“喇叭口”形狀??陂T段航道設(shè)計底標(biāo)高-18.9 m,口門位置處航道設(shè)計寬度365 m,航道起點位置處設(shè)計寬度853 m。
連接段航道主要連接口門段和北段航道,長度3 560.3 m,通航寬度最窄處795 m,設(shè)計底標(biāo)高-18.9 m,存在較大的轉(zhuǎn)向角度,考慮船舶通航的適宜性,將其加寬。
北段航道位于港池中心位置,航道長度4 054.5 m,20萬噸級散貨船單線航道通航寬度345 m,設(shè)計底標(biāo)高-18.9 m。
曹妃甸港區(qū)中區(qū)一港池是曹妃甸港區(qū)海上交通流最密集的水域,建有煤炭、散雜、件雜、集裝箱等各類深水泊位53個,其中唐山曹妃甸聯(lián)運碼頭有限公司通用散貨三期工程(3個泊位)水工結(jié)構(gòu)為20萬噸級,另有2個規(guī)劃建設(shè)的碼頭工程結(jié)構(gòu)等級按照20萬噸級預(yù)留。
曹妃甸港區(qū)中區(qū)一港池20萬噸級航道工程將會改變現(xiàn)有航道的布置及航道走向,按照相關(guān)規(guī)范要求,應(yīng)在航道邊界和轉(zhuǎn)向點設(shè)置航標(biāo)標(biāo)識。如不考慮航道附近碼頭水域,依據(jù)20萬噸級航道總平面布置,需配布16座浮標(biāo),此次移位8座,新設(shè)2座,另備用1套??陂T位置處4座浮標(biāo)是對既有浮標(biāo)位置進行調(diào)整,標(biāo)識新設(shè)航道的起始點和航道口門位置的拐點;港池內(nèi)部航道共布置2座浮標(biāo),用以標(biāo)識航道拐點位置;通用散貨泊位工程和煤碼頭三期工程間布置1座浮標(biāo),標(biāo)識水深變化;在航道最末端設(shè)置2座浮標(biāo),用以標(biāo)識航道的終點位置,浮標(biāo)距離航道通航邊線40 m。具體配布情況見圖1。
圖1 曹妃甸港區(qū)一港池航道規(guī)劃圖
其中8#、9-1#、10#浮標(biāo)位置均在已見碼頭港池范圍中,11#、13#浮標(biāo)位置也在規(guī)劃建設(shè)碼頭港池范圍內(nèi),航道升級建設(shè)后的浮標(biāo)和碼頭港池水域通航存在相互影響。由于一港池引導(dǎo)距離短,且不具備建設(shè)導(dǎo)標(biāo)的陸域條件,保障20萬噸級航道邊界和轉(zhuǎn)向點有效標(biāo)識的方式只能在設(shè)置8#、9-1#、10#航標(biāo)位置以虛擬AIS航標(biāo)替代浮標(biāo)。
《自動識別系統(tǒng)(AIS)航標(biāo)應(yīng)用導(dǎo)則》(JT/T 1193-2018)已頒布實施,其中4.3節(jié)明確了虛擬AIS航標(biāo)的使用依據(jù),“永久虛擬AIS航標(biāo)可在不具備布設(shè)實體航標(biāo)條件時使用,宜布設(shè)在深水區(qū)域或惡劣海況環(huán)境,以及隨時間、洋流或天氣影響而動態(tài)變化的區(qū)域”。適用于標(biāo)識永久礙航物、標(biāo)識航道界限、標(biāo)識安全水域界限、標(biāo)識特殊區(qū)域(比如錨地和遮蔽區(qū))。
在長江口深水航道底寬邊界線上設(shè)置了45座虛擬AIS航標(biāo),標(biāo)別性質(zhì)為航道側(cè)面標(biāo),設(shè)標(biāo)寬度與航道底寬相同,用虛擬AIS航標(biāo)來標(biāo)示深水航道底邊界線,便于各類大型和深吃水船舶,對照接收到的虛擬AIS航標(biāo)船舶導(dǎo)航顯示器(ECDIS)電子海圖,始終把控好自身船位,在航道內(nèi)航行;寧波舟山港深水航路采用虛擬AIS航標(biāo)來分割相反交通流,既有效地界定了通航分道、警戒區(qū)、環(huán)行道,又克服了實體航標(biāo)礙航的缺點。
按照國際海上人命安全公約(SOLAS公約)2002年修正案要求,所有在2002年7月1日或以后建造的大于300總噸從事國際航運的船舶、大于500總噸不從事國際航運的貨船和所有客船均須裝配AIS設(shè)備;所有于2002年7月1日前建造的從事國際航運的各類船舶必須在2003年7月1日到2008年7月1日前裝配AIS設(shè)備。目前,我國主管部門已建設(shè)了覆蓋沿海的AIS岸基播發(fā)基站,通過21號報文泊位負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)的各種助航服務(wù)信息(如:位置、標(biāo)別和界線區(qū)域等),AIS基站能夠形成對該水域的連續(xù)覆蓋,這為拓展AIS功能、為船舶提供高效的AIS助航服務(wù)奠定了基礎(chǔ),為虛擬AIS航標(biāo)的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。
目前,在曹妃甸及周邊設(shè)置了曹妃甸AIS基站。通過對曹妃甸基站2020年10月至12月3個月覆蓋范圍內(nèi)AIS通信信道占用情況統(tǒng)計,時隙占用率在10%~25%之間(見表1)。
表1 曹妃甸AIS基站時隙統(tǒng)計表
在基于AIS基站范圍船舶數(shù)量不變的情況下,曹妃甸新設(shè)3座虛擬AIS航標(biāo),合理科學(xué)分配每一幀時隙(每一幀2250*2個時隙,虛擬航標(biāo)每3分鐘播發(fā)一次),將新增時隙占用率0.04%,對AIS通信信道影響不大。
按照《沿海船舶自動識別系統(tǒng)(AIS)基站技術(shù)要求》(GB/T 39620-2020)要求,基站時隙使用率應(yīng)避免超過50%,否則鏈路時隙沖突率將提高,導(dǎo)致船舶AIS信號丟失的情況出現(xiàn)。可以看出在曹妃甸新設(shè)部分虛擬AIS航標(biāo),時隙占用率遠未達到50%,不會導(dǎo)致鏈路時隙沖突率提高。
虛擬AIS航標(biāo)的應(yīng)用以信息網(wǎng)絡(luò)和海上無線電收發(fā)為關(guān)鍵支撐,在實際應(yīng)用中也存在一些典型的局限性:一是AIS岸基網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性易受電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路、設(shè)備質(zhì)量、強電磁干擾等諸多不穩(wěn)定因素影響。二是虛擬AIS航標(biāo)的接收和顯示要求船舶裝有AIS船載設(shè)備及ECDIS顯示終端,否則虛擬AIS航標(biāo)不能正常顯示。由于設(shè)備選型和軟件版本等原因,并非所有船舶都裝備有適用的顯示終端,能夠有效顯示虛擬AIS航標(biāo)。三是由于通信鏈路容量的限制,在同一區(qū)域,虛擬AIS航標(biāo)設(shè)置數(shù)量或報告更新間隔受限。另外,船載AIS接收設(shè)備的處理能力也是有限的。
隨著我國第三代北斗系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用,相關(guān)主管部門正在推進北斗AIS技術(shù)的開發(fā),通過北斗衛(wèi)星定位和短報文通信,提高AIS系統(tǒng)在PNT方面的堅韌性和持續(xù)性,利用AIS北斗短報文通信實現(xiàn)AIS信息的全球覆蓋,并提供更精準(zhǔn)的北斗AIS位置信息,提高船舶在使用虛擬AIS航標(biāo)定位導(dǎo)航時的安全性和可靠性。
根據(jù)ITU和IALA工作計劃,我國主管部門已于2021年開展了VDES基站升級和應(yīng)用,通過擴展AIS、VDE、ASM功能,提高AIS系統(tǒng)的通信效率和保障,為虛擬AIS航標(biāo)的大規(guī)模推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
近年來,IHO和IMO始終致力于S-100標(biāo)準(zhǔn)海圖的研究,在e航??蚣芟?,推行基于S-100標(biāo)準(zhǔn)的電子海圖是未來航運業(yè)的趨勢,可進一步提高船載ECDIS和ENC設(shè)備對虛擬AIS航標(biāo)的統(tǒng)一和有效識別,方便駕引人員的使用。
虛擬AIS航標(biāo)的使用可有效解決曹妃甸港區(qū)中區(qū)一港池20萬噸級航道和類似工程的航標(biāo)配布問題,但由于缺少詳細(xì)的配布標(biāo)準(zhǔn)和使用規(guī)范作為依據(jù),對虛擬AIS航標(biāo)的設(shè)置和使用在保障航行安全的前提下,仍需維持相對謹(jǐn)慎的態(tài)度。同時,虛擬AIS航標(biāo)設(shè)置后還需主管部門通過監(jiān)測系統(tǒng)進行實時監(jiān)管,合理利用基站資源,保證AIS航標(biāo)信息的準(zhǔn)確連續(xù)。