E-Navigation戰(zhàn)略下的船舶引航發(fā)展

薛一東

(上海港引航站， 上海 200082)

E-Navigation戰(zhàn)略下的船舶引航發(fā)展

薛一東

(上海港引航站， 上海 200082)

在E-Navigation戰(zhàn)略下，結(jié)合信息化發(fā)展現(xiàn)狀提出“E引航”的概念。在E-Navigation戰(zhàn)略和引航信息化發(fā)展的視角下分析我國(guó)引航的信息化歷程，指出引航服務(wù)智能化的發(fā)展方向，給出E-Pilot的定義，并梳理其與E-Navigation的關(guān)系。從用戶(hù)需求、體系架構(gòu)和實(shí)施等3個(gè)方面探討E引航在我國(guó)的戰(zhàn)略發(fā)展。

船舶；引航；E-Navigation戰(zhàn)略；E-Pilot

Abstract: According to the strategy of E-Navigation, the “E-Pilot” is proposed. The milestones of China pilots development and needs of intelligent service of pilots are presented. The concept of E-Pilot and its position in E-Navigation are explained. The development of the pilotage is analyzed in terms of the user needs, the framework and the implementation.

Keywords: ship； pilot； strategy of E-Navigation； E-Pilot

E-Navigation的概念于2006年的國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)(International Association of Lighthouse Authorities, IALA)第16屆大會(huì)上被正式提出并于國(guó)際海事組織(International Maritime Orgarization, IMO)航行安全分委會(huì)第53次會(huì)議上被采用,其倡導(dǎo)的E-Navigation戰(zhàn)略是通過(guò)電子手段協(xié)調(diào)船舶和岸上的航海信息(包括信息的采集、整合、交換、展示和分析等)，以增強(qiáng)船舶泊位到泊位的導(dǎo)航和相關(guān)服務(wù)，保障船舶的安全航行，從而促進(jìn)航運(yùn)高效、安全地進(jìn)行。[1]此后，E-Navigation戰(zhàn)略研究和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等工作相繼開(kāi)展，取得了一定的成果。例如，歐盟逐步發(fā)展的SeaSafeNet，MarNIS，E-Maritime(EfficienSea項(xiàng)目)及2010年啟動(dòng)的MONALISA項(xiàng)目和2012年立項(xiàng)的ACCSEAS示范系統(tǒng)等代表著當(dāng)今國(guó)際上E-Navigation系統(tǒng)建設(shè)的最高水平。此外，美國(guó)、日本、韓國(guó)和加拿大等國(guó)家對(duì)相關(guān)課題進(jìn)行測(cè)試和試驗(yàn)，并配合相關(guān)國(guó)際組織的研究。例如：美國(guó)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic Identification System, AIS)、無(wú)線電指向標(biāo)/差分全球定位系統(tǒng)(Radio Beacon/Di-fferential Global Position System,RBN/DGPS)及船舶遠(yuǎn)程識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)(Long Range Identification and Tracking of ships,LRIT)的推進(jìn)和技術(shù)引導(dǎo)；日本、韓國(guó)等國(guó)家進(jìn)行利用AIS播發(fā)DGNSS差分信號(hào)的試驗(yàn)和應(yīng)用；加拿大ComDev公司從事空基AIS系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行等。

我國(guó)作為國(guó)際航道組織(International Hydrographic Organization, IHO)、IMO及IALA等國(guó)際組織的成員國(guó)，從戰(zhàn)略發(fā)展的角度密切關(guān)注并積極跟進(jìn)國(guó)際E-Navigation的發(fā)展，高度重視E-Navigation案例建設(shè)及與相關(guān)組織和國(guó)家(地區(qū))的合作。例如，上海海事局2014年開(kāi)始建設(shè)“上海自由貿(mào)易區(qū)洋山港E-Navigation示范平臺(tái)”，重點(diǎn)開(kāi)展洋山港水域“霧航”條件下的大型集裝箱船航行和離靠泊助航相關(guān)研究。此外，交通運(yùn)輸部東海航海保障中心、大連海事大學(xué)、上海海事大學(xué)及集美大學(xué)等單位開(kāi)展了E-Navigation相關(guān)技術(shù)研究，在測(cè)試平臺(tái)架構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸及航標(biāo)管理等方面取得了進(jìn)展，但還沒(méi)有建成完整的系統(tǒng)。

1 船舶引航信息化的發(fā)展

船舶引航是指引航員在引航機(jī)構(gòu)的指派下從事的引領(lǐng)相應(yīng)船舶航行、靠泊、離泊、移泊和錨泊等活動(dòng)，是港口運(yùn)行中的一個(gè)不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)保障港口及港口水域安全、減少污染事故發(fā)生、保證船舶航行安全和維護(hù)航行秩序有積極的作用。隨著進(jìn)出港船舶數(shù)量、貨物與集裝箱吞吐量日益增多，以及船舶逐漸朝大型化、專(zhuān)業(yè)化和高速化方向發(fā)展，引航作業(yè)和管理的信息化已成為船舶引航的實(shí)際需求。由于通航環(huán)境變得更加復(fù)雜，引航的難度及風(fēng)險(xiǎn)更為嚴(yán)重和突出，而應(yīng)對(duì)該狀況的最佳方法是通過(guò)科技手段改變現(xiàn)有的引航模式。我國(guó)船舶引航信息化發(fā)展大體上分為以下3個(gè)階段。

1.1引航手段現(xiàn)代化

引航手段現(xiàn)代化是安全引航的迫切需求和技術(shù)進(jìn)步的必然趨勢(shì)。該階段主要發(fā)生在20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)初，將接收到的全球定位系統(tǒng)(Glo-bal Positioning Sytem, GPS)船位通過(guò)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)告，并顯示在電子海圖上，達(dá)到助航和監(jiān)控的目的。2005年后，以基于AIS的港口船舶引航系統(tǒng)[2-4]為代表，主要出現(xiàn)了大連的“貝斯特領(lǐng)航”、北京億海藍(lán)的“AIS 引航助手”、新西蘭 Navicom Dynamics公司的“HarbourPilot”和美國(guó) RAVEN公司的引航系統(tǒng)等產(chǎn)品。

船舶引航系統(tǒng)包含船載單元和岸上單元2部分。便攜式船載單元的主要功能是收發(fā)和處理船岸信息，進(jìn)行高精度的船舶定位，在電子海圖上綜合顯示本船動(dòng)態(tài)、他船狀態(tài)、航行水域情況及水文氣象等船舶引航所需的各類(lèi)信息。岸上單元包括監(jiān)管中心、AIS接收機(jī)和GPS差分信號(hào)站等，其中監(jiān)管中心實(shí)現(xiàn)船岸信息的無(wú)線收發(fā)、基于電子海圖的全港船舶動(dòng)態(tài)顯示和船舶引航過(guò)程回放等功能。

1.2引航管理數(shù)字化

該階段主要發(fā)生在2005—2014年，以引航調(diào)度系統(tǒng)[5-7]為代表，各引航站將數(shù)據(jù)共享和信息服務(wù)作為建設(shè)目標(biāo)，系統(tǒng)地開(kāi)展各引航信息管理系統(tǒng)的建設(shè)和引航監(jiān)控系統(tǒng)的集成。該階段的建設(shè)工作主要是對(duì)引航站現(xiàn)有的工作流程及管理流程進(jìn)行數(shù)字化和信息化，通過(guò)計(jì)算機(jī)優(yōu)化工作模式，提高工作效率。

1.3引航服務(wù)智能化

E-Navigation戰(zhàn)略的持續(xù)發(fā)展對(duì)引航信息化建設(shè)提出了更高的要求，為其指明了方向。[8-10]2015年，國(guó)家提出制訂“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，這既是我國(guó)引航信息化發(fā)展的內(nèi)在需求，也是提升引航服務(wù)智能化水平的實(shí)際需求。當(dāng)前正值該階段的開(kāi)始時(shí)期，是船舶引航由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，以智慧引航[12]和上海港引航站提出的E引航為代表。例如：引航云數(shù)據(jù)用于航線推薦和引航員培訓(xùn)，引航監(jiān)控由二維模式向三維模式發(fā)展，遙感測(cè)量技術(shù)與電子海圖集成等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)將被應(yīng)用到船舶引航中，提高引航服務(wù)的智能化水平。

2 E-Pilot的提出

引航業(yè)務(wù)與被引船、海事信息發(fā)布和港口建設(shè)等均息息相關(guān)，我國(guó)的E-Navigation戰(zhàn)略必然包括船舶引航領(lǐng)域。E-Pilot正是在E-Navigation戰(zhàn)略下提出的。

E-Pilot是一個(gè)船舶引航跨部門(mén)、跨系統(tǒng)業(yè)務(wù)協(xié)同與資源整合的概念體系。其建立在較為完善的航運(yùn)、引航和港口基礎(chǔ)設(shè)施之上，將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)和傳感技術(shù)等集成應(yīng)用到傳統(tǒng)的船舶引航業(yè)務(wù)體系中，通過(guò)異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)互通和資源共享實(shí)現(xiàn)海量引航信息的采集、傳輸及處理，建立大范圍內(nèi)協(xié)同、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的引航安全生產(chǎn)管理和引航綜合信息服務(wù)系統(tǒng)。

E-Pilot是E-Navigation的子集。E-Navigation的系統(tǒng)體系、技術(shù)應(yīng)用等都為E-Pilot的建設(shè)指明了方向，也使得E-Pilot能在E-Navigation框架下分步實(shí)施，并最終納入到E-Navigation中。此外，E-Pilot是對(duì)E-Navigation的補(bǔ)充。E-Pilot所要解決的行業(yè)問(wèn)題比E-Navigation的更有針對(duì)性，除了涉及船載設(shè)備、船岸通信之外，還有引航管理、引航安全及引航服務(wù)等。

3 E-Pilot的實(shí)現(xiàn)

E-Pilot是引航信息化建設(shè)的新理念和新模式，標(biāo)志著引航信息化建設(shè)將進(jìn)入新的階段，為引航服務(wù)的信息化與智能化發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

3.1用戶(hù)需求和分析

3.1.1用戶(hù)需求

實(shí)現(xiàn)E-Pilot的第一步即確定用戶(hù)需求。E-Pilot的用戶(hù)包括一線引航員、引航站管理人員和調(diào)度人員及船舶代理公司等。各類(lèi)用戶(hù)從自身工作實(shí)際出發(fā)對(duì)引航業(yè)務(wù)和服務(wù)提出不同的需求。

(1)E-Pilot服務(wù)的重點(diǎn)是引航員。一線引航員除了能在便攜式船載單元中正確顯示所引領(lǐng)船舶的船位、航速、航向、艏向和艏轉(zhuǎn)向率等信息以外，還能獲取所跟蹤、船舶的船名、位置、航向和航速等相關(guān)信息；對(duì)于有碰撞危險(xiǎn)的船舶，可進(jìn)行最近會(huì)遇點(diǎn)和會(huì)遇時(shí)機(jī)的計(jì)算等。同時(shí)，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取港口水域船舶計(jì)劃和調(diào)度、海事助航(水文氣象)、船舶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理規(guī)定及法規(guī)等方面的信息。此外，E-Pilot應(yīng)可計(jì)算船舶下沉量、風(fēng)流影響下的航跡帶寬度及系泊操縱時(shí)的輔助數(shù)據(jù)等。

(2)引航站管理人員和調(diào)度人員從船舶申請(qǐng)引航開(kāi)始，根據(jù)船舶資料、港口水文氣象情況和引航員的狀態(tài)向該船舶調(diào)派引航員；引航員在接到調(diào)度指令后，按照要求在指定的地點(diǎn)和時(shí)間登船引航，并在完成引航任務(wù)后簽署“引航簽證單”；引航站根據(jù)該簽證單向船舶代理結(jié)算引航費(fèi)用等。E-Pilot的實(shí)現(xiàn)將使該流程更簡(jiǎn)化、引航監(jiān)控更方便。

(3)船舶代理公司采用E-Pilot后，申請(qǐng)引航、了解引航站的計(jì)劃、掌握船舶的動(dòng)態(tài)及引航費(fèi)用結(jié)算等變得更容易；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取港口水域海事法規(guī)、水文氣象條件及船舶相關(guān)管理規(guī)定等信息變得更準(zhǔn)確。

3.1.2用戶(hù)需求分析

(1)統(tǒng)一的引航信息/數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。不論是引航計(jì)劃和調(diào)度，還是海事助航(水文氣象)、船舶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理規(guī)定及法規(guī)方面的信息，都應(yīng)從一個(gè)單一、統(tǒng)一的綜合系統(tǒng)中獲得。

(2)有效、充分的通信系統(tǒng)。要為被引船和岸基系統(tǒng)提供有效、充分的通信手段。除了包含船舶廣播AIS信息以外，還應(yīng)具有音頻和視頻信息，以促進(jìn)船船、船岸之間的信息交流和應(yīng)急處置。

(3)以人為中心的顯示需求。設(shè)計(jì)E-Pilot時(shí)須考慮顯示、操作的有效性和便利性，應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的原理，避免使用設(shè)置復(fù)雜、耗時(shí)且容易導(dǎo)致引航員顧此失彼、對(duì)安全不利的設(shè)計(jì)。

(4)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)整合。E-Pilot應(yīng)具有復(fù)原性并考慮到數(shù)據(jù)的有效性、合理性和綜合性，使該系統(tǒng)充分、可靠和可信。此外，還應(yīng)考慮到冗余要求，特別是在安全生產(chǎn)系統(tǒng)方面。除了能協(xié)助引航員進(jìn)行正常的引航作業(yè)以外，還能應(yīng)對(duì)能見(jiàn)度不良、暴風(fēng)雨等突發(fā)狀況下的航行和靠離泊要求。

(5)分析與輔助決策。E-Pilot應(yīng)能在復(fù)雜的引航環(huán)境下輔助引航員快速感知船舶的態(tài)勢(shì)、分析船舶引航安全問(wèn)題并快速提供合適的操縱方案，能提供持續(xù)的反饋和及時(shí)的專(zhuān)家?guī)熘С值?。此外，還應(yīng)能提高自身能力和防止個(gè)人決策失誤，可用于引航員培訓(xùn)、事故分析、事后記錄、后評(píng)估和應(yīng)急反應(yīng)等。

3.2體系結(jié)構(gòu)

E-Pilot的建設(shè)將給引航員、引航站管理人員和調(diào)度人員及船舶代理公司等的引航作業(yè)、引航管理和引航服務(wù)帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的變化。因此，E-Pilot的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)包括滿(mǎn)足用戶(hù)需求的硬件、數(shù)據(jù)、信息、通信技術(shù)和軟件等。根據(jù)引航過(guò)程，引航業(yè)務(wù)可分為引航前(引航調(diào)度計(jì)劃、引航資源管理)、引航中(各類(lèi)助航引航信息服務(wù))和引航后(引航數(shù)據(jù)分析和后評(píng)估)等3個(gè)階段；根據(jù)引航服務(wù)信息集及流程，引航業(yè)務(wù)涵蓋采集、傳輸、應(yīng)用(顯示)、管理及分析等5個(gè)環(huán)節(jié)。E-Pilot體系結(jié)構(gòu)由6個(gè)層次、3個(gè)體系和1個(gè)接口組成(見(jiàn)圖1)。

圖1 E-Pilot體系結(jié)構(gòu)終端

由圖1可知，E-Pilot體系結(jié)構(gòu)共分為采集層、通信層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用層和展現(xiàn)層等6層。

1)采集層負(fù)責(zé)采集引航業(yè)務(wù)產(chǎn)生和管理類(lèi)數(shù)據(jù)。

2)通信層是E-Pilot的基礎(chǔ)，依靠技術(shù)手段解決岸-船、船-岸及船-船之間的通信。

3)數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理引航過(guò)程中產(chǎn)生的與引航計(jì)劃、引航員、引航調(diào)度、引航船舶及引航操作相關(guān)的數(shù)據(jù)，并由數(shù)據(jù)交換接口獲取各類(lèi)海事助航信息(包括水文氣象信息、航標(biāo)信息、航行警告等)和其他信息(包括港口、碼頭作業(yè)調(diào)度及拖船調(diào)配信息等第三方服務(wù)公司的信息等)。

4)應(yīng)用支撐層是將“引航大數(shù)據(jù)”加工為知識(shí)的過(guò)程，其核心可放于對(duì)引航過(guò)程的后評(píng)估和引航管理評(píng)估中，實(shí)現(xiàn)引航信息的反饋機(jī)制，打造引航信息的閉環(huán)。

5)應(yīng)用層和展示層主要負(fù)責(zé)引航服務(wù)信息集在各應(yīng)用中的展現(xiàn)、各應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)安全等。

3.3實(shí)施策略

盡管目前把E-Pilot體系結(jié)構(gòu)分為6層，但E-Pilot的實(shí)施應(yīng)是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程，包括但不局限于用戶(hù)需求分析、體系結(jié)構(gòu)分析、差距分析、實(shí)施和回顧經(jīng)驗(yàn)總結(jié)等步驟。此外，必須認(rèn)識(shí)到各種傳感器當(dāng)前的局限性，如GPS的位置誤差及由此得到的航速、航向誤差，許多船舶不播報(bào)艏向和艏轉(zhuǎn)向率等信息，許多船舶在AIS設(shè)備中輸入的信息不符合要求，引航水域還沒(méi)有做到網(wǎng)絡(luò)全覆蓋等，這些問(wèn)題都影響了E-Pilot戰(zhàn)略的實(shí)施。文獻(xiàn)[12]指出僅靠獲取的船舶AIS信息實(shí)現(xiàn)船舶間的避碰存在一定的局限性，說(shuō)明實(shí)施E-Pilot戰(zhàn)略是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。

1)將E-Pilot戰(zhàn)略與引航現(xiàn)狀作差距的比較分析，現(xiàn)階段首先需做到網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。

2)便攜式船載單元應(yīng)采用技術(shù)成熟的設(shè)備，以提高可靠性和精度，滿(mǎn)足引航的要求；同時(shí)，應(yīng)簡(jiǎn)化使用和設(shè)置的難度。

3)引航員和其他工作人員參加針對(duì)信息源辨析培訓(xùn)，尤其要掌握其局限性。

4)引航站必須與海事部門(mén)、高校、科研機(jī)構(gòu)等相關(guān)單位進(jìn)行合作，以開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的銜接。鼓勵(lì)在E-Navigation架構(gòu)下創(chuàng)新性地應(yīng)用和開(kāi)發(fā)E-Pilot，確定E-Pilot的實(shí)施策略。

結(jié)合我國(guó)引航信息化現(xiàn)狀，E-Pilot的實(shí)施應(yīng)優(yōu)先發(fā)展以下幾個(gè)方面：

1)梳理各國(guó)對(duì)E-Navigation的研究，借鑒其先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，分析其E-Navigation的使用標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)裝備等；緊跟我國(guó)E-Navigation戰(zhàn)略研究工作；從引航站實(shí)際情況和引航員的要求出發(fā)，規(guī)劃我國(guó)在E-Pilot的研究、部署和應(yīng)用。

2)注重標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和研究。由于E-Pilot是一個(gè)全新的課題，因此盡管目前有應(yīng)用前景分析及部分功能實(shí)施，但就理論、技術(shù)和實(shí)踐的研究還不能滿(mǎn)足E-Pilot的要求，只有在信息輸入和建模計(jì)算方面實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，E-Pilot才能被各方接受。E-Pilot的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)應(yīng)與國(guó)家E-Navigation保持一致。

3)E-Pilot的實(shí)施必須基于船岸和船船間信息的高速傳輸，若信號(hào)未能全覆蓋，則E-Pilot實(shí)施中的船岸、船船間通信的實(shí)時(shí)性和可靠性要求將不能滿(mǎn)足。因此，首先要實(shí)現(xiàn)港口船舶引航水域的網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。

4)岸基系統(tǒng)和信息的整合，包括改進(jìn)軟件質(zhì)量、主動(dòng)進(jìn)行岸船信息推送和自動(dòng)船岸報(bào)告、改進(jìn)岸基系統(tǒng)對(duì)外服務(wù)和改進(jìn)便攜式船載單元的功能等，為引航員提供更多有用的輔助信息。

5)E-Pilot建設(shè)必須具有前瞻性的規(guī)劃，若重硬件和功能而輕軟件和導(dǎo)航，則會(huì)導(dǎo)致E-Pilot的智能化水平較低；同時(shí)，若E-Pilot缺乏后期更新、培訓(xùn)、維護(hù)，則不能滿(mǎn)足E-Navigation中“增強(qiáng)船舶泊位到泊位的導(dǎo)航和相關(guān)服務(wù)”的基本要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前IMO已明確E-Navigation的發(fā)展戰(zhàn)略，IMO各成員國(guó)均已相繼開(kāi)展E-Navigation平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的研究。港口船舶引航是E-Navigation的重要組成部分，E-Pilot正是從構(gòu)建完整E-Navigation體系的實(shí)際需求出發(fā)，整合內(nèi)部和外部信息源，構(gòu)建統(tǒng)一的基礎(chǔ)信息集和數(shù)據(jù)庫(kù)集群。通過(guò)不斷改進(jìn)和完善，E-Pilot將在提升引航管理水平、增強(qiáng)引航安全應(yīng)急能力、保障引航作業(yè)安全和提高引航服務(wù)水平方面發(fā)揮更大的作用，使引航走向智能化。

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DevelopmentofPilotageUnderStrategyofE-Navigation

XUEYidong

(Shanghai Maritime Pilots Association, Shanghai 200082, China)

U675.9

B

2016-12-22

薛一東(1966—), 男, 上海人，高級(jí)引航員，從事引航安全研究和引航管理工作。E-mail:xyd2009@hotmail.com

1000-4653(2017)01-0093-04