徐亮 ，徐青 ＊，王欣安 ，王鴻東 ，劉希 ，査伊倩

（1. 中國艦船研究設(shè)計(jì)中心上海分部，上海 201108；2. 上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240）

一、前言

航運(yùn)業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。2020年，我國水路貨運(yùn)量達(dá)7.6×109t，港口貨物吞吐量達(dá)1.46×1010t，承運(yùn)了我國90%以上的外貿(mào)貨物，在集裝箱、原油、礦石、糧食等物資運(yùn)輸中發(fā)揮了關(guān)鍵作用；預(yù)計(jì)2025年的水路貨運(yùn)量、港口貨物吞吐量將分別達(dá)到8.5×109t、1.64×1010t[1]。航運(yùn)安全保障體系高效運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)我國航運(yùn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。交通運(yùn)輸部發(fā)布《全要素水上“大交管”建設(shè)工作方案》（2021年）[2]，明確提出全水域覆蓋、全數(shù)據(jù)集成、全業(yè)務(wù)協(xié)同、全要素管理等目標(biāo)，“多維感知、高效協(xié)同、智能處置、優(yōu)質(zhì)服務(wù)”的現(xiàn)代化、智能化水上交通動態(tài)管控新格局，從監(jiān)管體系建設(shè)角度明確了我國航運(yùn)安全保障體系的發(fā)展方向?！端\(yùn)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》（2022年）[1]進(jìn)一步提出，完善水運(yùn)安全保障和應(yīng)急救援體系，提升風(fēng)險防控能力和應(yīng)急保障水平，推進(jìn)平安水運(yùn)建設(shè)等重點(diǎn)任務(wù)。

上海市地處長江三角洲（長三角），背靠我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚的長三角經(jīng)濟(jì)區(qū)和沿江經(jīng)濟(jì)帶，位于長江內(nèi)河水道與我國海岸線中心的戰(zhàn)略交叉點(diǎn)；市域水系豐富，港口航運(yùn)業(yè)發(fā)達(dá)，在我國航運(yùn)體系中占據(jù)重要地位，是國家重點(diǎn)發(fā)展的國際航運(yùn)中心[3]。以上海市為代表案例，開展航運(yùn)安全保障發(fā)展研究具有突出價值。也要注意到，上海市在航運(yùn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時，因黃浦江、長江口等航道彎曲多、通航密度大，船舶碰撞、船體著火、油液泄漏等安全事故時有發(fā)生。根據(jù)上海港海事統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年第一季度至2022年第三季度，上海港發(fā)生的水上交通事故達(dá)61件[4]，上海市航運(yùn)安全保障的形勢嚴(yán)峻。航運(yùn)安全事故不僅造成居民生命財(cái)產(chǎn)和社會經(jīng)濟(jì)損失，也影響上海市的國際大都市、國際航運(yùn)中心形象。

針對航運(yùn)安全保障問題，一方面需要持續(xù)加強(qiáng)航運(yùn)管理制度建設(shè)，提升船員操作技能，嚴(yán)控船舶年度檢驗(yàn)質(zhì)量，強(qiáng)化風(fēng)險聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制，完善監(jiān)管手段與設(shè)施[5]；另一方面應(yīng)立足智能化發(fā)展背景，研究航運(yùn)安全保障的新型解決方案，促進(jìn)提質(zhì)增效。已有研究提出了“陸海空天”一體化的水上交通運(yùn)輸安全保障體系[6,7]，強(qiáng)調(diào)信息感知、水域覆蓋的全面性。當(dāng)前，智慧航運(yùn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)有自動化碼頭、智慧港口物流、智能集卡、智能船舶等單點(diǎn)散發(fā)技術(shù)，聚焦提升航運(yùn)效率的目標(biāo)[8~11]，而針對航運(yùn)安全保障（如助航系統(tǒng)智能化等[12]）的智能技術(shù)應(yīng)用研究、落地應(yīng)用方案等較少，體系化更顯不足。因此，探究航運(yùn)安全保障智慧化管控新模式及其發(fā)展路徑，對于實(shí)現(xiàn)我國航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展具有迫切性。

本文重點(diǎn)梳理國內(nèi)外航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢，厘清數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、智能船舶、無人船、船聯(lián)網(wǎng)等新興智能技術(shù)在航運(yùn)安全保障中的創(chuàng)新應(yīng)用方向；以上海市為應(yīng)用對象，構(gòu)建一體化的航運(yùn)安全保障智慧化管控創(chuàng)新模式與目標(biāo)圖像，進(jìn)而提出我國航運(yùn)安全保障的智慧化發(fā)展建議，以期促進(jìn)我國航運(yùn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

二、航運(yùn)安全保障的內(nèi)涵及其智慧化發(fā)展現(xiàn)狀

（一）航運(yùn)安全保障的內(nèi)涵

航運(yùn)安全保障是指航運(yùn)過程中各相關(guān)責(zé)任主體為避免由于人、環(huán)境及管理等因素的影響造成安全事故，基于提前制定好的安全保障政策和規(guī)則，維持航運(yùn)任務(wù)始終處于安全狀態(tài)，或?qū)ν话l(fā)事故應(yīng)急處理的安全維護(hù)機(jī)制。航運(yùn)安全保障概念范疇可劃分為安全運(yùn)營、應(yīng)急保障兩個層面，以及通航航道、港口水域、港口陸域3個區(qū)段（見圖1）。其中，通航航道根據(jù)船舶通航條件分為內(nèi)河航道和近海航道；港口水域根據(jù)功能定位整合簡化為包括錨地區(qū)域、進(jìn)出港航道、港池區(qū)域等主要作業(yè)；港口陸域主要包括倉庫與堆場、集疏運(yùn)道路、碼頭和泊位區(qū)域等主要作業(yè)區(qū)段。

圖1 航運(yùn)安全保障的內(nèi)涵

（二）航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

1. 國外現(xiàn)狀

歐盟為了應(yīng)對跨國、跨區(qū)內(nèi)河運(yùn)輸快速發(fā)展背景下的高密度航運(yùn)安全運(yùn)輸問題，提出了構(gòu)建統(tǒng)一的內(nèi)河航運(yùn)綜合信息服務(wù)系統(tǒng)（RIS）[13]，該系統(tǒng)利用現(xiàn)代信息技術(shù)和通信技術(shù)，面向各級用戶提供較為完善的航運(yùn)綜合信息服務(wù)、交通相關(guān)信息服務(wù)和運(yùn)輸相關(guān)信息服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)沿河各個國家之間的信息共享與安全協(xié)同。

歐洲海事安全局（EMSA）為提升航運(yùn)安全保障廣域感知能力，于2022年首次在北海區(qū)域應(yīng)用無人機(jī)系統(tǒng)，監(jiān)測人員安全、船舶安保、環(huán)境潛在有害影響的海上異?；顒右约皡f(xié)助救援。

荷蘭針對內(nèi)河固定航線船只的安全經(jīng)濟(jì)航行問題，于2021年發(fā)布智能航運(yùn)路線圖，提出2030年實(shí)現(xiàn)第一代半自主船舶運(yùn)營的目標(biāo)，包括內(nèi)河貨船、內(nèi)河渡船、近岸海船等，預(yù)期將有效減少人員配置和工作負(fù)荷，提升航行安全性。

英國港口為提升港口水域安全服務(wù)能力，大力發(fā)展大數(shù)據(jù)技術(shù)，采用增強(qiáng)的潮汐模式數(shù)據(jù)來改善成本高昂的港口疏浚過程，并應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘算法確定對碼頭和港口的環(huán)境影響。英國還制定了《海事2050規(guī)劃》，決心在智能航運(yùn)技術(shù)的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用方面達(dá)到世界領(lǐng)先地位，改變海事安全監(jiān)管部門的運(yùn)營方式，推動效能提升。

新加坡國際港務(wù)集團(tuán)有限公司針對碼頭作業(yè)安全保障問題，在港口設(shè)備上安裝傳感器，采用影像分析和傳感器來全天候監(jiān)測裝卸貨物的搬運(yùn)工在操作期間的安全問題，取得了良好效果。

2. 國內(nèi)現(xiàn)狀

天津市為提升碼頭運(yùn)行效率、人員作業(yè)安全性，于2021年啟動運(yùn)營全球首個真正基于人工智能（AI）的智能水平運(yùn)輸管理系統(tǒng)——天津港北疆港區(qū)C段智能化集裝箱碼頭[14]；實(shí)現(xiàn)了全球首個車路協(xié)同超L4級無人駕駛在港口規(guī)模化商用落地，全球首個真正意義上“第五代移動通信（5G）+北斗”融合創(chuàng)新的全天候、全工況、全場景泛在智能，全球首個實(shí)現(xiàn)綠電自發(fā)自用、自給自足，碼頭運(yùn)營全過程零碳排放。

廈門市于2022年首次投放海上水中智能航標(biāo)JH14，實(shí)現(xiàn)了近海航道多要素安全態(tài)勢高效感知。此套裝備除了提供傳統(tǒng)的高精度定位、增強(qiáng)助航效能，還是一個海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋數(shù)據(jù)收集、海洋氣象要素的收集分析載體，并可利用移動通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至岸基終端平臺。

烏江流域?yàn)樘嵘竭\(yùn)安全管理、應(yīng)急指揮、平安航行保障能力，在示范段初步建成安全保障輔助系統(tǒng)，通過部署于航道沿線和船舶上監(jiān)測設(shè)備的實(shí)時信息采集和移動數(shù)據(jù) / 北斗衛(wèi)星互為備用的數(shù)據(jù)傳輸，形成水文和氣象自動測報、船舶監(jiān)管和面向社會公眾服務(wù)的信息發(fā)布系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全流域?qū)崟r水文監(jiān)測與預(yù)警、?；反涂洼啺踩Ｕ陷o助決策。

3. 航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展特點(diǎn)

當(dāng)前航運(yùn)安全保障領(lǐng)域智慧化發(fā)展呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)。一是港口智能化碼頭技術(shù)率先快速發(fā)展。數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、自動化、5G等技術(shù)得到快速落地運(yùn)用，不僅有助于提升港口運(yùn)營效率，還有助于保障陸域作業(yè)的安全。二是構(gòu)建新一代航運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施能力得到重視。以“智慧航道”為代表的新概念已成為各國航運(yùn)安全保障發(fā)展共識；同時，跨部門、跨地區(qū)的基礎(chǔ)航運(yùn)“數(shù)據(jù)孤島”問題，逐步得到重視。三是航運(yùn)安全保障監(jiān)管智能化新手段不斷涌現(xiàn)。傳統(tǒng)船舶交通服務(wù)（VTS）、自動識別系統(tǒng)（AIS）、雷達(dá)、視頻監(jiān)控（CCTV）等傳統(tǒng)監(jiān)管能力的瓶頸日益凸顯，無人機(jī)、一體化管控平臺等新型智能化管控手段呈散點(diǎn)狀逐步顯現(xiàn)。四是提前規(guī)劃自主 / 半自主等智能航運(yùn)船舶應(yīng)用前景與風(fēng)險。目前世界各先進(jìn)港口城市都已提前為未來航運(yùn)業(yè)態(tài)變革積累技術(shù)基礎(chǔ)和安全管理方案。

可以預(yù)見，在不久的將來，新一代航運(yùn)安全保障智能化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[15]將迎來蓬勃發(fā)展期，智能化技術(shù)將成為航運(yùn)安全監(jiān)管與應(yīng)急保障提高效能的重要手段，航運(yùn)將更加注重“安全、高效、綠色”一體化效能提升，智能航運(yùn)船舶的快速落地將不斷促進(jìn)航運(yùn)安全保障體系新變革。

三、先進(jìn)智能化技術(shù)在航運(yùn)安全保障中的應(yīng)用方向探析

（一）數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用方向

1. 技術(shù)概述

一般認(rèn)為，數(shù)字孿生是對象或系統(tǒng)全生命周期的虛擬表示，并基于實(shí)時數(shù)據(jù)更新，使用模擬、機(jī)器學(xué)習(xí)和推理來幫助決策。大數(shù)據(jù)技術(shù)則提供強(qiáng)大的決策、洞察發(fā)現(xiàn)和流程優(yōu)化能力，從海量、高增長率和多樣化的大數(shù)據(jù)中挖掘有價值的信息資產(chǎn)。

2. 在航運(yùn)安全保障中的應(yīng)用方向

航道旁重點(diǎn)建筑安全感知。針對內(nèi)河橋梁等重點(diǎn)建筑物，采用智能感知技術(shù)，實(shí)時監(jiān)測重點(diǎn)建筑物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)；基于大數(shù)據(jù)分析算法，對結(jié)構(gòu)傾斜、開裂、變形、沉降等長周期變化情況進(jìn)行分析推演；利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建重點(diǎn)建筑物數(shù)字孿生體，實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)管與風(fēng)險預(yù)警，提升安全保障輔助決策效能。

航道水下態(tài)勢安全感知。在重點(diǎn)復(fù)雜水域，布設(shè)水下攝像機(jī)、聲吶等設(shè)備，實(shí)時感知航道水下安全態(tài)勢；通過對圖像、數(shù)據(jù)等多源大數(shù)據(jù)分析處理，對水下安全態(tài)勢進(jìn)行分析綜合判斷、風(fēng)險評估、安全預(yù)警。

航道污染感知與應(yīng)急管理。通過對航道周邊的環(huán)境和水質(zhì)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)實(shí)時分析和預(yù)測，并對這些風(fēng)險進(jìn)行評估和分析，提示污染程度預(yù)警，為相關(guān)部門提供決策支持。

航運(yùn)綜合指揮調(diào)度。通過實(shí)時監(jiān)測航道交通、天氣等情況，掌握船舶密度和擁堵情況，及時發(fā)現(xiàn)擁堵、安全隱患等問題；對船舶通行情況、港口貨物裝卸、泊位使用情況等大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，輔助制定航行政策和管理措施、優(yōu)化航行計(jì)劃編排，提高航道運(yùn)營效率和管理水平。

在航船舶安全監(jiān)控與智能輔助決策。岸端建立船舶數(shù)字孿生體，整合船舶、船隊(duì)運(yùn)營大數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析和挖掘，實(shí)現(xiàn)對船舶運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備健康預(yù)警[16]、船員風(fēng)險行為等的有效監(jiān)控，提升岸基支持水平；基于多源傳感器數(shù)據(jù)融合、大數(shù)據(jù)分析，還可針對重點(diǎn)失信船員、低工作年限船員、重點(diǎn)貨物、危險貨物、小漁船、失修船只等關(guān)鍵對象，評估其安全態(tài)勢，并定期上報、主動監(jiān)管。

港口作業(yè)安全輔助。通過港口設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)分析、數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對港口機(jī)械的及時視情維護(hù)，以及作業(yè)實(shí)況全局掌握、設(shè)備狀態(tài)可視化與風(fēng)險預(yù)警[17]，及早發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險。

（二）智能船舶、無人船舶技術(shù)應(yīng)用方向

1. 技術(shù)概述

根據(jù)中國船級社（CCS）智能船舶規(guī)范定義，智能船舶系指利用傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，自動感知和獲得船舶自身、海洋環(huán)境、物流、港口等方面的信息和數(shù)據(jù)，并基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，在船舶航行、管理、維護(hù)保養(yǎng)、貨物運(yùn)輸?shù)确矫鎸?shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行的船舶，以使船舶運(yùn)輸更加安全、更加環(huán)保、更加經(jīng)濟(jì)和更加高效[18]。

無人船舶是以無人在船操控為特征的船舶。無人船可替代人執(zhí)行枯燥、危險、高負(fù)荷的任務(wù)，還可在大型船只無法有效操作的淺水區(qū)（河流和沿海地區(qū)）操作和部署，適應(yīng)能力更強(qiáng)。

2. 在航運(yùn)安全保障中的應(yīng)用方向

輔助船只在狹窄航道安全通航[9,10]。研制船載輔助駕駛系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測船只在狹窄航道中的位置、速度、姿態(tài)等信息，提供狹窄航道航行預(yù)警和操控優(yōu)化建議；研制搭載自主導(dǎo)航與避障系統(tǒng)的智能船舶，安全通過狹窄航道；構(gòu)建無人拖輪、無人艇集群等高度智能的新型輔助通航設(shè)施，為狹窄航道船只提供低成本、高效率、低風(fēng)險的輔助通航。

輔助船只在繁忙碼頭航行與靠離泊。應(yīng)用無人貨船技術(shù)實(shí)現(xiàn)碼頭區(qū)域集裝箱自主裝卸，減少人為操作的風(fēng)險；研制無人引航船為繁忙碼頭等限制水域提供引航、輔助靠離泊能力，減少操作、跌落、碰撞等人員失誤。

常態(tài)化無人高效執(zhí)法巡邏。建設(shè)無人海事執(zhí)法船艇，實(shí)現(xiàn)海域巡邏、追蹤和攔截非法漁船等；應(yīng)用小型無人測量船，高頻收集航道水上水下的水文、氣象、地形、設(shè)施狀態(tài)等信息，并通過大數(shù)據(jù)處理和分析，為涉海單位提供信息和決策支持。

應(yīng)急消防、清污、救援。無人消防船可抵近監(jiān)測火場周圍的環(huán)境和勘查火情，并及時反饋到指揮中心，同時利用搭載的各種滅火設(shè)備抵近滅火；應(yīng)用無人船艇搭載水上清理設(shè)施，按照預(yù)定任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)長航時并對低成本的水域浮動障礙物、溢油污、漂浮危險品等進(jìn)行高效安全清理；研制搭載救生設(shè)備、語音識別系統(tǒng)、無線定位系統(tǒng)等的低成本專用無人救助船，實(shí)現(xiàn)分布式、飽和、智能的搜救、定位、救助等；同時，無人船只還可以作為應(yīng)急救助的臨時中繼通信站，滿足消防指揮中心、消防船隊(duì)之間的通信和聯(lián)絡(luò)。

（三）船聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用方向

1. 技術(shù)概述

“船聯(lián)網(wǎng)”一般是指基于航運(yùn)管理精細(xì)化、行業(yè)服務(wù)全面化的目的，以企業(yè)、船員、船舶、貨物、監(jiān)管單位為對象，覆蓋航道、船閘、橋梁、港口、碼頭、監(jiān)管中心，融合衛(wèi)星通信、物聯(lián)網(wǎng)等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人船互聯(lián)、船船互聯(lián)、船貨互聯(lián)及船岸互聯(lián)、一體監(jiān)管的智能航運(yùn)綜合服務(wù)網(wǎng)絡(luò)[19,20]。

2. 在航運(yùn)安全保障中的應(yīng)用方向

港 - 路 - 水一體化航運(yùn)管控網(wǎng)。通過“陸海空天”跨域感知，構(gòu)建港 - 路 - 水一體化的航運(yùn)信息服務(wù)網(wǎng)，具備航道浮標(biāo)標(biāo)識等智慧導(dǎo) / 助航設(shè)施、船舶檢驗(yàn)信息、船員信息、通航信息、燃料油供應(yīng)信息、泊位調(diào)度信息、安全預(yù)警、應(yīng)急力量、大霧大風(fēng)海洋氣象監(jiān)測、維修保障資源信息、物流信息等全要素信息的一處接入、多處共享，并支持向涉海單位智能化、定制化推送。

航運(yùn)應(yīng)急保障服務(wù)網(wǎng)。打通涉海單位應(yīng)急保障資源，接入社會救助資源，構(gòu)建一體化應(yīng)急保障快速協(xié)作服務(wù)網(wǎng)，在智能輔助決策支持下，實(shí)現(xiàn)對水上、碼頭突發(fā)事件的快速定位、高效部署、科學(xué)應(yīng)對。

自動化碼頭物聯(lián)網(wǎng)?？缦到y(tǒng)連接船舶、港口間的實(shí)時信息，包括船舶航行計(jì)劃、貨物裝卸情況等，支持船舶、物流調(diào)度的精度和效率；打通港口碼頭與公路、鐵路、海關(guān)等的物流信息流動，為提升物流跨域銜接能力提供基礎(chǔ)信息支撐。

多網(wǎng)融合與中繼通信。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)，融合甚高頻（VHF）、5G、衛(wèi)通等多種通信資源，形成統(tǒng)一通信集成管理服務(wù)平臺，對語音、視頻、數(shù)據(jù)、文本等多種資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度；應(yīng)用海上數(shù)字廣播（NAVDAT）、甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（VDES）等新型基于衛(wèi)星、VHF的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)[7]，提升近海通信能力。

四、航運(yùn)安全保障智慧化管控模式案例分析

（一）上海市航運(yùn)安全保障總體態(tài)勢

上海港的水域面積為3620.2 km2[21]，包括長江口和杭州灣北岸水域、黃浦江水域、洋山港區(qū)水域、長江口錨地水域、綠華山錨地水域及內(nèi)河水域，航道眾多；陸域面積為7.2 km2，由長江口南岸港區(qū)、杭州灣北岸港區(qū)、黃浦江港區(qū)、洋山深水港區(qū)組成。

整體來看，上海港航運(yùn)安全保障在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，但仍存在著明顯短板，主要表現(xiàn)在：上海港水系復(fù)雜、通航條件多變[5]，交通流密度受自然、社會因素影響大；水下、近海等監(jiān)管手段不足，航運(yùn)安全保障措施滯后明顯；上海港區(qū)多，陸域碼頭、在航船舶等條件參差不齊，航運(yùn)安全保障監(jiān)管全覆蓋存在一定困難；涉海監(jiān)管單位多，業(yè)務(wù)體系錯綜交叉，加之，空 - 鐵 - 路 - 江 - 河 - 海集疏運(yùn)體系網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，數(shù)據(jù)壁壘效應(yīng)顯著，易出現(xiàn)監(jiān)管漏洞。

當(dāng)前，在上海國際航運(yùn)中心、交通強(qiáng)國等戰(zhàn)略驅(qū)動下，上海港的航運(yùn)安全保障已經(jīng)獲得高度重視；上海作為國內(nèi)領(lǐng)先的新興智能化技術(shù)、人才的聚集地，具備實(shí)踐高水平、智慧化航運(yùn)安全保障體系的有利基礎(chǔ)條件。

（二）上海市航運(yùn)安全保障智慧化管控創(chuàng)新模式

本研究從創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施、監(jiān)管能力、應(yīng)急處置能力、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)4個維度出發(fā)，將智慧化管控創(chuàng)新模式引入上海港航運(yùn)安全保障領(lǐng)域，涵蓋15項(xiàng)主要行動方向，以期實(shí)現(xiàn)全要素信息感知、處理、利用等環(huán)節(jié)的整合和協(xié)同，提高航運(yùn)安全保障管理水平和效能，推動航運(yùn)安全保障工作的智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。

1. 建立較為完善的航運(yùn)安全保障新型智能基礎(chǔ)設(shè)施

推廣應(yīng)用智能船載系統(tǒng)、岸基支持系統(tǒng)，加快發(fā)展智能無人船舶。為已有船舶搭載智能輔助系統(tǒng)，建設(shè)岸基支持、新型智能船舶、無人船舶等新型航運(yùn)運(yùn)輸裝備，減少人員工作負(fù)荷、提高信息感知能力，同時，提升船舶自主能力，降低人為失誤風(fēng)險。

著手打造內(nèi)河、近海智慧航道[12]。逐步建設(shè)內(nèi)河航道、近海航道智能航標(biāo)、智能岸壁、智能橋梁等導(dǎo) / 助航設(shè)施，基于物聯(lián)網(wǎng)、感知技術(shù)，形成立體感知、信息全面的智慧航道。

加快推廣建設(shè)智能化港口。在洋山港、外高橋港先期經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，逐步推廣至其他海港、內(nèi)河碼頭等，增強(qiáng)港口碼頭作業(yè)自動化能力，提升港口碼頭作業(yè)效率，減少安全作業(yè)風(fēng)險；提升泊位、錨地的信息化管理能力，為在航船舶、物流體系提供實(shí)時信息服務(wù)。

提升建設(shè)全域通信基礎(chǔ)設(shè)施。積極推廣應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航通信技術(shù)，推進(jìn)NAVDAT新型數(shù)據(jù)通信、VDES新型衛(wèi)星通信應(yīng)用落地，開展水上移動或固定的衛(wèi)通 - 地面通信中繼站點(diǎn)。

2. 構(gòu)建基于全要素大數(shù)據(jù)的航運(yùn)安全保障一體化智能監(jiān)管體系

構(gòu)建跨系統(tǒng)、跨部門的涉海統(tǒng)一大數(shù)據(jù)庫。建立跨系統(tǒng)、跨部門的全要素?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)，包括船舶信息、航道信息、天氣信息、海洋環(huán)境信息、衛(wèi)星遙感、應(yīng)急救助等多個方面的數(shù)據(jù)源，實(shí)時收集和整合各類數(shù)據(jù)，形成全面的航運(yùn)安全保障數(shù)據(jù)庫。

提供統(tǒng)一的航運(yùn)安全保障服務(wù)開放接口。搭建航運(yùn)安全保障信息服務(wù)、支撐服務(wù)、智慧服務(wù)發(fā)布 -共享平臺，基于接口標(biāo)準(zhǔn)、權(quán)限配置、有償共享等模式，形成統(tǒng)一的航運(yùn)安全保障服務(wù)開放接口，為涉海各單位提供基礎(chǔ)支撐服務(wù)分析能力、智慧信息服務(wù)能力，提高基礎(chǔ)服務(wù)復(fù)用共享水平。

構(gòu)建全要素航運(yùn)安全智能監(jiān)管平臺。面向一體化安全監(jiān)管體系需求，融合現(xiàn)有監(jiān)管系統(tǒng)，構(gòu)建一體化全要素航運(yùn)安全智能監(jiān)管平臺，集成各類信息感知模塊、智慧服務(wù)模塊。同時，針對海事、交通委、航道局、海關(guān)、港口管理公司等各涉海監(jiān)管部門的業(yè)務(wù)范圍，支持按需定制功能模塊。

建設(shè)新型航運(yùn)安全監(jiān)管裝備體系。建設(shè)大噸位海事巡邏船，確保監(jiān)管全覆蓋；打造無人巡邏機(jī)、無人測量船、無人執(zhí)法艇等無人執(zhí)法裝備體系，提高執(zhí)法效率，同步建設(shè)專用智能執(zhí)法無人母船，強(qiáng)化無人搭載能力。

3. 形成協(xié)同高效的航運(yùn)安全保障智能應(yīng)急處置能力

建設(shè)統(tǒng)一應(yīng)急保障通信服務(wù)能力。打通VHF、VSAT、VDES衛(wèi)星通信、北斗、第四代移動通信（4G）/5G等多信道連通性，構(gòu)建上海港全域覆蓋的應(yīng)急保障通信體系，提升水上遇險應(yīng)急救助通信服務(wù)能力。

形成智能化的船舶維修保障快速響應(yīng)機(jī)制。統(tǒng)籌港口碼頭、錨地、港口的船舶維修、保障、補(bǔ)給等資源，建設(shè)船舶維修保障快速響應(yīng)體系，確保在航船舶實(shí)時掌握船舶維修、保障信息，實(shí)現(xiàn)提前定位故障、預(yù)約維保下單，盡可能減少船舶“帶病行駛”風(fēng)險。

構(gòu)建一體化航運(yùn)應(yīng)急保障智能處置平臺。聯(lián)通涉海部門應(yīng)急救助保障的人力、裝備資源，設(shè)立一體化智能處置平臺，輔助生成智能化的應(yīng)急方案，實(shí)現(xiàn)各類突發(fā)事件的處置流程、資源調(diào)配和指揮控制等快速調(diào)度。各涉海應(yīng)急保障部門按照平臺調(diào)度中心指示進(jìn)行響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)有序、及時響應(yīng)。

建設(shè)新型航運(yùn)安全應(yīng)急處置裝備體系。建設(shè)大噸位海事救助船，提升遠(yuǎn)海、高海況、惡劣天氣等場景下的可達(dá)性；打造無人消防船、無人清油船、無人危化品處置船等無人應(yīng)急處置裝備體系，提高救助效率，降低人員安全風(fēng)險。

4. 構(gòu)建智慧航運(yùn)時代監(jiān)管法律標(biāo)準(zhǔn)、人才制度

完善智慧航運(yùn)時代背景下的新型法律框架。制定與智慧航運(yùn)相關(guān)的法律法規(guī)，探索各方責(zé)任和權(quán)益劃分機(jī)制，促進(jìn)監(jiān)管法律體系與智慧航運(yùn)發(fā)展相適應(yīng)。制定智慧航運(yùn)安全管理相關(guān)法規(guī)，包括網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全等方面，規(guī)范智能設(shè)備和系統(tǒng)的使用，加強(qiáng)安全防護(hù)。

制定和融入世界航運(yùn)業(yè)典型要素標(biāo)準(zhǔn)體系。緊跟世界航運(yùn)業(yè)典型要素標(biāo)準(zhǔn)體系發(fā)展，融入世界航運(yùn)體系，制定中國標(biāo)準(zhǔn)。

培養(yǎng)“專精高優(yōu)”、儲備豐富的人才梯隊(duì)。建立與智慧航運(yùn)安全保障相關(guān)的教育培訓(xùn)體系，包括智能化技術(shù)、數(shù)據(jù)分析、信息安全等方面的培訓(xùn)課程和認(rèn)證機(jī)制，培養(yǎng)專業(yè)人才。鼓勵不同領(lǐng)域的專業(yè)人才跨界合作與交流，促進(jìn)人才跨學(xué)科的培養(yǎng)和發(fā)展。

（三）上海市航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展思路

1. 發(fā)展目標(biāo)架構(gòu)

基于前述上海市航運(yùn)安全保障智慧化管控創(chuàng)新模式，按照“五層兩面”構(gòu)想上海市航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展目標(biāo)架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 上海市一體化航運(yùn)安全保障智慧化管控“五層兩面”架構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施層：包括新型導(dǎo) / 助航設(shè)施、岸基支持系統(tǒng)、海事各類監(jiān)管設(shè)施、智能船 / 無人船、智能港口設(shè)施等，物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等通信裝備，以及打撈救助裝備等，作為智慧化航運(yùn)安全保障的硬件基礎(chǔ)。

信息感知層：基于基礎(chǔ)設(shè)施，分布式采集涉海各類信息，包括航道、船舶、交通流、物流、港口、救助資源等各類信息，提供統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)信息接口。

支撐服務(wù)層：包括物流運(yùn)行狀態(tài)認(rèn)知、港口運(yùn)行認(rèn)知、航道船舶認(rèn)知、航行環(huán)境認(rèn)知等各類基礎(chǔ)態(tài)勢認(rèn)知模塊，提供面向?qū)ο蟮耐ㄓ没J(rèn)知功能。

智慧服務(wù)層：包括智慧航道、智慧港口、智慧海事、智慧船隊(duì)、智慧碼頭、智慧通信等智慧服務(wù)，針對特定業(yè)務(wù)應(yīng)用，構(gòu)建友好交互、效能顯著的智慧服務(wù)。

智慧決策層：包括全要素智能安全監(jiān)管體系、敏捷智慧應(yīng)急保障處置體系等，實(shí)現(xiàn)市域一體化管控服務(wù)平臺、一體化協(xié)同管控機(jī)制兩個層面的安全監(jiān)控和應(yīng)急保障管控。

法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)方面：提早布局、加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，建設(shè)適應(yīng)智能、融入世界、中國引領(lǐng)的智能化時代航運(yùn)安全保障法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

人才制度方面：圍繞復(fù)合型交叉學(xué)科人才需求，形成“專精高優(yōu)”、儲備豐富、梯隊(duì)發(fā)展的人才培養(yǎng)制度。

2. 發(fā)展路線

瞄準(zhǔn)“五層兩面”智慧化發(fā)展目標(biāo)架構(gòu)，未來從上海港實(shí)際出發(fā)，建議按照“三步走”的路線推進(jìn)實(shí)施。

到2027年（“十五五”中期），完成智慧化發(fā)展頂層布局，有序推進(jìn)新型“基礎(chǔ)底座”建設(shè)，打破涉海信息感知與共享瓶頸。在“涉海一盤棋”全局頂層布局指導(dǎo)下，有序分工合作開展新型、全面、智慧化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，打通跨系統(tǒng)、跨領(lǐng)域壁壘，形成全市分布式涉海統(tǒng)一大數(shù)據(jù)庫，為智慧化應(yīng)用提升創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。

到2035年，集中攻關(guān)突破一批智能化支撐服務(wù)技術(shù)，初步形成航運(yùn)安全保障智慧化服務(wù)與監(jiān)管處置能力。可按照“技術(shù)研發(fā)有所分工、技術(shù)成果有償共享”模式集中攻關(guān)突破支撐服務(wù)能力，并通過服務(wù)化共享，針對重點(diǎn)水域、航道、港口，初步建立面向各涉海單位應(yīng)用的智慧服務(wù)與監(jiān)管處置能力。

到2050年，基本建成全國乃至全球港口城市航運(yùn)安全保障新體系。持續(xù)提升航運(yùn)安全保障智慧化核心技術(shù)，打造“精準(zhǔn)、高效、智能”航運(yùn)安全保障示范港，同時，構(gòu)建完善的智能航運(yùn)安全保障標(biāo)準(zhǔn)體系、法規(guī)法律、人才制度，樹立新標(biāo)桿。

五、我國航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展建議

（一）引導(dǎo)共建新型智能化航運(yùn)安全保障基礎(chǔ)設(shè)施，打造“基礎(chǔ)底座”感知環(huán)境

依托國家智庫加強(qiáng)頂層布局，政策引導(dǎo)相關(guān)各方共建新型基礎(chǔ)設(shè)施。加大政府投入出資建設(shè)智慧導(dǎo) / 助航設(shè)施、智慧航道電子圖、智能監(jiān)管處置裝備等泛在連接、“空天陸?！币惑w化[6]的公共服務(wù)新型設(shè)施，制定分年度計(jì)劃，持續(xù)投入升級改造。為船舶、碼頭、港口等落后基礎(chǔ)設(shè)施改造升級提供配套減免、獎勵政策支持，對于積極響應(yīng)提升安全保障能力的個體或企業(yè)，給予稅收減免鼓勵；對于內(nèi)河、近海個體漁船等弱勢群體，予以政策補(bǔ)貼升級；對于不具備或拒絕整改的企業(yè)設(shè)施予以分階段強(qiáng)制退出。通過逐步提升全國航運(yùn)安全保障基礎(chǔ)設(shè)施信息化水平，支撐形成智慧化管控“基礎(chǔ)底座”感知硬件環(huán)境。

（二）強(qiáng)化“涉海一盤棋”，統(tǒng)籌建立涉?？缦到y(tǒng)分工共享協(xié)作機(jī)制

建議采取“政府引導(dǎo)、制度約束”的思路，梳理涉海相關(guān)單位的職責(zé)和義務(wù)，成立涉海單位分工協(xié)作平臺，制定系統(tǒng)開放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。按照“技術(shù)研發(fā)適當(dāng)分工、技術(shù)成果有償共享”模式，針對涉海業(yè)務(wù)需求，開展共性技術(shù)專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)攻關(guān)、特有技術(shù)補(bǔ)貼支持及有償共享，避免“重復(fù)造輪子”的同時，又能激發(fā)涉海單位技術(shù)共享意愿，實(shí)現(xiàn)資源投入和效用最大化，并形成數(shù)據(jù)、信息、技術(shù)、成果有償共享機(jī)制，促進(jìn)數(shù)據(jù)與技術(shù)服務(wù)資產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。同時，為促進(jìn)“涉海一盤棋”統(tǒng)籌發(fā)展，可按照涉海業(yè)務(wù)需求，在適當(dāng)機(jī)制約束下探索實(shí)施數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)服務(wù)接口強(qiáng)制公開制度。

（三）配套政策制定，促進(jìn)航運(yùn)安全保障智能化技術(shù)研發(fā)分階段、分成熟度逐步推進(jìn)

在智能技術(shù)應(yīng)用于涉海業(yè)務(wù)方面，瞄準(zhǔn)提升航運(yùn)安全保障能力短板，注重分階段、分成熟度逐步推進(jìn)，配套制定政策支持。建議“體系構(gòu)建從上至下，技術(shù)研發(fā)從點(diǎn)到面”，對于航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展體系問題，應(yīng)加強(qiáng)頂層布局設(shè)計(jì)，提早、規(guī)范、開放，在統(tǒng)一體系框架內(nèi)引導(dǎo)百花齊放、有序競爭，又避免重復(fù)建設(shè)、低端競爭；針對航運(yùn)安全保障智慧化技術(shù)攻關(guān)，可優(yōu)先發(fā)展技術(shù)成熟度相對較高的智能感知、增強(qiáng)感知、信息融合等信息感知技術(shù)，解決傳統(tǒng)手段信息感知瓶頸問題；積極探索智能輔助決策類技術(shù)群、自主運(yùn)行類技術(shù)群等，以點(diǎn)帶面，成熟一批，試驗(yàn)一批；建立航運(yùn)安全保障效能評價體系，納入地方績效，調(diào)動政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和利益相關(guān)方的積極性；以上海港、青島港、廈門港等區(qū)域?yàn)樵圏c(diǎn)，逐步向全國推廣。

（四）建立航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展新法規(guī)、新機(jī)制，為智慧化技術(shù)落地提供支撐

提早制定與航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展相關(guān)的法律法規(guī)，如智能船舶安全航行法規(guī)、智慧港口 / 碼頭安全監(jiān)管要素規(guī)范、智慧航道設(shè)計(jì)規(guī)范等，明確各方責(zé)任和權(quán)益，確保監(jiān)管法律體系與航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展相適應(yīng)；設(shè)立航運(yùn)安全保障智慧化相關(guān)專業(yè)，注重培養(yǎng)智能化、船舶、物流等復(fù)合型交叉學(xué)科人才；積極參與國際航運(yùn)安全合作與交流，在學(xué)習(xí)和借鑒國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時，結(jié)合上海市成熟的先行先試案例實(shí)踐，適時提出我國航運(yùn)安全保障智慧化發(fā)展國際標(biāo)準(zhǔn)。

利益沖突聲明

本文作者在此聲明彼此之間不存在任何利益沖突或財(cái)務(wù)沖突。

Received date:July 30, 2023;Revised date:September 29, 2023

Corresponding author:Xu Qing is a research fellow from Shanghai Division, China Ship Development and Design Center, and a member of Chinese Academy of Engineering. His major research filed is naval architecture and marine engineering. E-mail: shbranch@whzyh.cn

Funding project:Chinese Academy of Engineering project “Research on the Intelligent Development for Shanghai Shipping Security Assurance”(22692114400)