程洪 交通運(yùn)輸部南海航海保障中心廣州航標(biāo)處

1.引言

航標(biāo)是維持海上運(yùn)輸暢通，保障船舶安全、經(jīng)濟(jì)航行的重要設(shè)施，對發(fā)展我國水上交通運(yùn)輸事業(yè)，支持海洋資源開發(fā)和漁業(yè)捕撈，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展，加強(qiáng)國防建設(shè)和維護(hù)國家主權(quán)均有非常重要的作用。近年來，港珠澳大橋、深中通道、海上風(fēng)電場、隧道工程等一系列的國家、省市重點(diǎn)水上工程順利建設(shè)離不開航標(biāo)的助航保障服務(wù)。廣州航標(biāo)處轄區(qū)內(nèi)粵港澳大灣區(qū)建設(shè)正如火如荼地建設(shè)著，灣區(qū)內(nèi)利用船舶出行的旅客眾多，每天往返香港、澳門、廣東（珠海、中山、深圳、佛山、東莞等）等地的高速客船多達(dá)500多艘次；珠江口多個港口貨運(yùn)吞吐量大，每天穿梭的航運(yùn)船舶多達(dá)幾千艘次；各類涉海工程也正如火如荼地建設(shè)當(dāng)中。在這種背景下，灣區(qū)建設(shè)對航標(biāo)高質(zhì)量服務(wù)的需求是不言而喻的。另外由于“海洋強(qiáng)國”“交通強(qiáng)國”等國家戰(zhàn)略的實(shí)施，必然刺激航運(yùn)增量發(fā)展與航運(yùn)擴(kuò)容需求，航標(biāo)服務(wù)質(zhì)量也提出了新的要求。在這些歷史契機(jī)下，需要我們提供綠色、環(huán)保、高效、便捷、智能的航標(biāo)服務(wù)。

2.廣東航道規(guī)劃情況

按照《廣東省的航道總體規(guī)劃》（2020-2035年），全省的航道總體布局為構(gòu)建“八通、兩橫、一網(wǎng)、三連、四線”主骨架，形成內(nèi)外聯(lián)通、干支銜接的全省航道“一張網(wǎng)”。其中，廣州航標(biāo)處的轄區(qū)處于“八通”中的珠江口進(jìn)港主通道（含廣州港出海航道、深圳港西部港區(qū)進(jìn)港航道、礬石水道等）、深圳港鹽田港區(qū)進(jìn)港航道，用于支撐國際樞紐港廣州港和深圳港的國際貿(mào)易發(fā)展；“兩橫”中的沿海東西向航路中的陽江、江門、深圳沿海水域，及西江和東江線中的廣州通航水域，密切粵東西地區(qū)與粵港澳大灣區(qū)聯(lián)系?！耙痪W(wǎng)”中的廣州、東莞、深圳沿線的珠三角高等級航道網(wǎng)，形成珠江三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展和對外貿(mào)易的主要連接通道和江海中轉(zhuǎn)聯(lián)運(yùn)的網(wǎng)絡(luò)；“四線”中的江門港廣海灣航道和陽江港海陵灣港區(qū)主航道，促進(jìn)全省沿海港口均衡發(fā)展，促進(jìn)沿海產(chǎn)業(yè)發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級，支撐沿海經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展。

近期（2020-2025年）在建的沿海項(xiàng)目有深圳港西部港區(qū)出海航道疏浚拓寬工程（20萬噸級）；新建的沿海項(xiàng)目有廣州港環(huán)大虎島公用航道工程（7萬噸級）、廣州港 20萬噸級航道工程（含小船航道）、廣州港環(huán)大虎島公用航道工程（7萬噸級）、廣州港20萬噸級航道工程（含小船推薦航道）。

中期（2026—2035年）強(qiáng)化航道與港口發(fā)展規(guī)模相互適應(yīng)，科學(xué)合理實(shí)施粵西和粵東沿海超深水航道，重點(diǎn)推進(jìn)14個沿海港口進(jìn)港航道等項(xiàng)目的實(shí)施，全面提升沿海航道等級。其中，廣州航標(biāo)處轄區(qū)的項(xiàng)目有鹽田港區(qū)進(jìn)港航道（20萬噸級）、秤頭角LNG航道（10 萬噸級）、媽灣港區(qū)進(jìn)港航道（10萬噸級）、蛇口港區(qū)進(jìn)港航道（15萬噸級）、龍鼓西航道（20萬噸級）、廣州港出海航道（北段）（7萬噸）。

3.浮標(biāo)情況

目前，浮標(biāo)大多是用鋼材制作，鋼材易腐蝕，需要進(jìn)行防腐處理，涂刷大量防腐化學(xué)材料和表面顏色，給海洋生物造成巨大威脅，嚴(yán)重污染海洋環(huán)境。浮標(biāo)燈器、電池、太陽能板、AIS、雷達(dá)應(yīng)答器獨(dú)立配置，增加航標(biāo)工作人員現(xiàn)場作業(yè)難度，存在安全隱患。另外，浮標(biāo)設(shè)置在海洋、河流、航道，具備優(yōu)良的設(shè)備搭載性能。

根據(jù)《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》和《交通強(qiáng)國海事建設(shè)綱要（2018-2050）》的戰(zhàn)略部署，交通運(yùn)輸部印發(fā)《綠色交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》，推動航保業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級，推廣應(yīng)用航標(biāo)新材料、新技術(shù)、新工藝，增強(qiáng)視覺助航效能，促進(jìn)節(jié)能減排。為了保護(hù)和改善海洋環(huán)境，保護(hù)海洋資源，防治污染損害，維護(hù)生態(tài)平衡，在航道上布設(shè)燈浮標(biāo)選用線性低密度聚乙烯新材料制作，安裝一體化燈器。搭載視頻監(jiān)控和多用途傳感器，拓展航標(biāo)功能，全面提升污染防治、節(jié)能低碳、生態(tài)保護(hù)、資源節(jié)約循環(huán)利用水平，推進(jìn)綠色航道建設(shè)。

4.線性低密度聚乙烯新材料浮標(biāo)

浮標(biāo)釆用先進(jìn)的制造技術(shù)及工藝，釆用進(jìn)口線性低密度聚乙烯原色材料（見圖1），應(yīng)用于浮體、顯形板、頂標(biāo)等部位，充分發(fā)揮了材料的優(yōu)異性能。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，堅(jiān)固耐用且外形美觀，視覺效果極佳，提高了助航性能，為船舶航行安全，提供了強(qiáng)有力的保障。

圖1 線性低密度聚乙烯新材料浮標(biāo)

（1）新材料模塊采用優(yōu)質(zhì)的線性低密度聚乙?。↙LDPE）原色材料結(jié)合先進(jìn)的滾塑一體成形工藝，具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、耐腐蝕性強(qiáng)、韌性強(qiáng)、耐老化等特點(diǎn)。

（2）浮標(biāo)整體在高鹽高濕強(qiáng)紫外線的海洋環(huán)境下，使用10年后，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仍可保證助航要求，表面顏色仍符合IALA標(biāo)準(zhǔn)，期間不需要進(jìn)行刷漆著色工作。

（3）浮標(biāo)生產(chǎn)過程綠色環(huán)保、無污染；且整體材料無毒無害，可回收再利用，符合國家相關(guān)環(huán)保要求。

（4）浮標(biāo)浮體內(nèi)部填充閉孔率大于90%的雙組份發(fā)泡材料，保證浮體受損后不會進(jìn)水沉沒而影響航行安全。

（5）浮標(biāo)表面光滑，海生物不易附著，使用高壓水槍可輕松清除表面污漬，大大降低了后期的運(yùn)行維護(hù)強(qiáng)度及成本。

5.“北斗+AIS”一體化航標(biāo)燈

目前國內(nèi)航標(biāo)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控主要采用北斗通信方式，只有航標(biāo)管理部門能看到航標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)，過往船舶只能通過目視觀察標(biāo)志，在能見度較低時航行危險(xiǎn)系數(shù)較高。

AIS航標(biāo)只在重要位置和拐點(diǎn)設(shè)置，且北斗終端與AIS單獨(dú)運(yùn)行，結(jié)構(gòu)安裝與供電相對復(fù)雜，AIS航標(biāo)向周圍船舶發(fā)出21號報(bào)文，AIS航標(biāo)運(yùn)行數(shù)據(jù)（6號報(bào)文）通過基站遠(yuǎn)程傳輸，當(dāng)基站與AIS航標(biāo)距離較遠(yuǎn)時，AIS的運(yùn)行信息無法傳輸給基站，加上當(dāng)前航標(biāo)運(yùn)行管理系統(tǒng)暫未接入AIS航標(biāo)數(shù)據(jù)，航標(biāo)部門很難對AIS航標(biāo)進(jìn)行有效監(jiān)管。

將AIS通信與北斗通信集成于一體（見圖2），通過北斗通信將AIS航標(biāo)的數(shù)據(jù)上傳至航標(biāo)運(yùn)行管理系統(tǒng)，讓航標(biāo)管理人員實(shí)時了解目視航標(biāo)（航標(biāo)燈）與無線電航標(biāo)（AIS）的運(yùn)行狀態(tài)，航標(biāo)燈的運(yùn)行數(shù)據(jù)也能通過報(bào)文6傳輸至AIS基站，雙通道監(jiān)控，數(shù)據(jù)更可靠；同時也能夠減少航標(biāo)設(shè)備的安裝，成本相對較低，后期維護(hù)也更方便。

圖2 北斗監(jiān)控系統(tǒng)可同時接收北斗上傳的燈器運(yùn)行數(shù)據(jù)和AIS運(yùn)行數(shù)據(jù)

（1）燈器集成AIS通信及北斗通信單元，既能向過往船舶發(fā)送AIS信號，也能將燈器與AIS的運(yùn)行信息上傳至監(jiān)測平臺，實(shí)現(xiàn)航標(biāo)信息多方共享。

（2）燈器內(nèi)置藍(lán)牙模塊，可以通過藍(lán)牙APP獲取燈器的運(yùn)行參數(shù)，也能夠在不拆卸燈器的情況下設(shè)置AIS信息、燈器運(yùn)行參數(shù)，解決了一體化燈器現(xiàn)場維護(hù)、調(diào)試?yán)щy、AIS參數(shù)必須連接電腦設(shè)計(jì)的難題。

（3）燈器集成度高，外形輕巧，安裝快捷，便于維護(hù)。

6.視頻影像系統(tǒng)

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由四路攝像頭、主機(jī)、通信模塊組成，系統(tǒng)遠(yuǎn)程通過信號與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺建立連接。當(dāng)系統(tǒng)觸發(fā)攝像頭啟動時，攝像頭開始錄像，主機(jī)將攝錄的影像上傳至監(jiān)控平臺。系統(tǒng)方框圖見圖3。

圖3 通訊模塊

6.1 船舶進(jìn)入到AIS警戒范圍內(nèi)啟動攝像

根據(jù)已經(jīng)布設(shè)AIS基站，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺可以接收水域內(nèi)所有裝載AIS船臺的船舶信息，如位置、航向、航速等；同時可以在遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺上錄入智能視頻系統(tǒng)的位置和警戒范圍，當(dāng)船舶駛?cè)刖浞秶?，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺通過4G網(wǎng)絡(luò)自動發(fā)送指令，啟動攝像頭錄像，并在監(jiān)控上顯示報(bào)警信息，主機(jī)將攝錄的影像上傳至監(jiān)控平臺。

6.2 船舶進(jìn)入到攝像頭識別警戒范圍內(nèi)啟動攝像

智能視頻系統(tǒng)的攝像頭具有強(qiáng)大的圖像處理、AI算力、模式識別和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，能夠在一定范圍內(nèi)識別船舶及船舶信息，當(dāng)船舶駛?cè)霐z像頭警戒范圍（可設(shè)置）時，攝像頭自動開啟錄像功能，主機(jī)將攝錄的影像上傳至監(jiān)控平臺，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上顯示報(bào)警信息。相對于傳統(tǒng)的安裝碰撞傳感器的視頻影像系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以將碰撞之前影像提前攝錄并上傳至監(jiān)控平臺，就算影像系統(tǒng)被撞失能，仍然能夠追溯事故船舶。

6.3 人工遠(yuǎn)程開啟攝像

管理人員可以根據(jù)需要，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺手動開啟攝像頭錄像，主機(jī)將攝錄的影像上傳至監(jiān)控平臺。在出現(xiàn)大霧天氣或者人員落水時，可以支持應(yīng)急和救援。

7.智能航道功能擴(kuò)展

綠色智能航道可以從兩個方面擴(kuò)展，一是氣象、水文、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)采集，二是氣象、水文、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)播發(fā)。這些氣象信息可用于船舶航行保障、海洋科學(xué)觀測與研究。同時，通過粵港澳大灣區(qū)水域現(xiàn)有航標(biāo)進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵位置航標(biāo)具備能見度觀測、風(fēng)速風(fēng)向觀測、表面流觀測等功能，收集轄區(qū)水域通航信息，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至岸基數(shù)據(jù)中心，經(jīng)處理分析后分發(fā)至港口航道相關(guān)運(yùn)營單位和監(jiān)管職能部門，作為日常生產(chǎn)和管理的重要依據(jù)。

7.1 氣象、水文、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)采集

和船舶航行相關(guān)的適合浮標(biāo)和燈船進(jìn)行多渠道感知的水文氣象基礎(chǔ)信息主要包括：

①風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫濕度、降雨量等：利用安裝于浮標(biāo)或燈船上部的氣象測量儀對航標(biāo)位置處的風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫濕度、降雨量等進(jìn)行監(jiān)測。

②能見度：利用安裝于浮標(biāo)或燈船上部的能見度傳感器對航標(biāo)位置處的能見度進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)能見度極低時，會產(chǎn)生報(bào)警信息，及時向岸基平臺和過往船只發(fā)出安全預(yù)警。

③波浪：由浮標(biāo)上的波浪測量儀測量波高、波向、波周期等數(shù)據(jù)。

④流速、流向：利用安裝于浮標(biāo)或燈船下部的多普勒流速測量儀記錄航道的流速流向，尤其是剖面流速流向的觀測，可以監(jiān)測海水倒灌現(xiàn)象。

⑤水深：測量航標(biāo)所在位置的水深，水深測量儀一般都包括溫度補(bǔ)償儀，可以測量航標(biāo)所在位置水溫，計(jì)算落水人員失溫趨勢。

⑥航標(biāo)姿態(tài)：利用安裝在航標(biāo)上的姿態(tài)測量儀及碰撞傳感器感知航標(biāo)和船舶的碰撞。

⑦溢油監(jiān)測：當(dāng)水中石油類物質(zhì)含量上升時，可能存在海面溢油情況，航標(biāo)會及時發(fā)出溢油預(yù)警，促使有關(guān)部門迅速處置。

⑧水溫、濁度、鹽度、酸堿度等：由水質(zhì)測量儀測量水溫、鹽度、酸堿度、電導(dǎo)率、溶解氧DO、氧化還原電位ORP、化學(xué)需氧量COD、水濁度、葉綠素含量等，可以根據(jù)這些參數(shù)評估航道水體質(zhì)量。

⑨大氣污染指標(biāo)：大氣污染指標(biāo)主要包括：PM2.5、船舶尾氣含硫量等。當(dāng)船只通過航標(biāo)時，可采用非分散紅外光譜儀（NDIR）對其煙囪部位實(shí)施遠(yuǎn)程光學(xué)攝像，測量分析尾氣成分。若測得含硫量超標(biāo)，則可推斷該船尾氣不達(dá)標(biāo)，由航標(biāo)將相關(guān)信息發(fā)送至海事監(jiān)管部門。

7.2 氣象、水文、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)播發(fā)

智能航道系統(tǒng)擬使用III型AIS航標(biāo)，可以使用多種接入方式發(fā)送多種信息，信息包含21號報(bào)文（AIS航標(biāo)報(bào)告信息），6號報(bào)文（航標(biāo)—岸臺補(bǔ)充報(bào)告信息、航標(biāo)遙測遙控信息、水文氣象信息、環(huán)境監(jiān)測信息等）。III型AIS航標(biāo)回傳的數(shù)據(jù)比較豐富，能有效避免時隙沖突，保障傳輸成功率，發(fā)射功率最高可達(dá)12.5瓦，傳輸距離較遠(yuǎn)，具備AIS接收功能，能夠輔助記錄周邊通過的AIS船只歷史記錄，并支持氣象、水文、生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)播發(fā)功能。

7.3 數(shù)據(jù)采集管理

數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)主要完成傳感器通訊、信息采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲并控制數(shù)據(jù)傳輸，保證數(shù)據(jù)可以通過不同的通信方式穩(wěn)定可靠的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǚ?wù)器。按預(yù)定時序（可設(shè)置）對各功能模塊和通信設(shè)備加電工作，在采集完成后關(guān)閉。正常情況下，按預(yù)定的頻率，對水文氣象要素進(jìn)行自動采集和處理；惡劣海況下，根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的門限值可加密觀測，惡劣海況結(jié)束后可自控恢復(fù)正常觀測。對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行初步質(zhì)量控制，內(nèi)容包括：剔除粗大誤差；檢查測量值上下限等。自動編制報(bào)文，利用通信傳輸系統(tǒng)把數(shù)據(jù)發(fā)送給岸基系統(tǒng)。采用大容量的固態(tài)數(shù)據(jù)存儲器，用于采集原始數(shù)據(jù)的保存。