我國E航海工程建設經(jīng)驗總結與建議

伊富春 邵進興 任律珍 周世波

一、引言

自從國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）和國際航標協(xié)會（International Association of Lighthouse Authorities，IALA）提出E航海的概念以來，世界主要航海國家對E航海的概念、框架、技術和實現(xiàn)等進行了廣泛的研究和實踐，取得了豐碩的成果。我國作為IMO、IALA等國際組織的成員國，一直密切關注國際E航海的發(fā)展，并結合中國實際開展E航海工程建設。2014年4月，中國海事E航海戰(zhàn)略與技術研討會在廈門舉行，會議圍繞E航海國際研究進展情況、E航海關鍵技術、E航海戰(zhàn)略實施計劃及相關技術創(chuàng)新進行了廣泛的交流。另外，在2014年9月和11月，我國E航海相關工作組成員舉辦了兩次研討會，廣泛交流相關研究成果，積極探討適合我國國情的E航海建設方案。近幾年更是開展了天津港、洋山港、長江口、珠江口等水域E航海示范工程建設項目，在提高助航效能、增強船舶航行安全和海上環(huán)境保護等方面發(fā)揮了重要作用。

二、我國E航海示范工程建設現(xiàn)狀

近年來，我國在E航海建設方面取得了長足的進步，特別是在E航海示范工程建設方面，在不同的水域，針對不同的應用，建設了不同的E航海工程項目。

1.洋山港E航海工程

洋山港是世界最大的海島型深水人工港，年集裝箱吞吐量已占到上海港總吞吐量的近二分之一，受霧霾等環(huán)境污染和陸島水域地理環(huán)境影響，洋山港附近水域時有能見度不良天氣出現(xiàn)，嚴重影響到船舶的航行安全和港口貨物裝卸的效率。洋山港主航道位于浙江北部島礁水域，周邊密布舟山傳統(tǒng)漁場，也是沿海海上干線南北交匯航路，形成大、中、小型船舶和漁船水上交通聚集交匯區(qū)，給海事水上安全監(jiān)管帶來重大挑戰(zhàn)。為提高和改善在能見度不良條件下大型集裝箱船舶航行和離靠泊的助航安全保障條件，洋山港建設了E航海示范項目[1]。系統(tǒng)框架見圖1。

圖1 洋山港E航海工程系統(tǒng)框架

洋山港E航海工程主要建設內(nèi)容[2]：（1）建設和完善航海保障支持服務設施，該設施是為了滿足駕引人員和各利益相關方對導助航設施的服務需求，主要從獲取自身定位位置信息、測繪和水文信息完善兩個著力點建設。（2）開發(fā)和改造滿足駕引人員使用的主要硬件設備，包括開發(fā)航船使用的智能導航儀，安裝使用固態(tài)數(shù)字雷達以便對小目標的發(fā)現(xiàn)和跟蹤，改造現(xiàn)有VHF通信設備以持續(xù)保持岸基和船舶之間通信暢通，安裝使用定向語音擴音系統(tǒng)設備以便在能見度不良條件下進行對小船的語音提醒避險服務，各利益相關方CCTV視頻終端采集信息整合共享。（3）建設綜合性指揮調(diào)度監(jiān)控管理平臺和云數(shù)據(jù)中心，為港口運營和船公司管理、進出港航船安全航行提供強有力的航海保障支持服務，通過運用航海保障指揮調(diào)度監(jiān)控管理平臺，使洋山港的港口作業(yè)管理、靠離泊船舶動態(tài)、引航的調(diào)度、海事主管部門的監(jiān)管、導助航技術支持等各相關方實現(xiàn)信息共享。

2.長江口E航海工程

長江口深水航道是長三角經(jīng)濟帶的咽喉，為保障航行安全，超寬船舶需要單向航行。隨著船舶流量的增大，船舶越來越大型化，深水航道的通航安全限制導致航道單向航行情況更加頻繁，對通航效率造成了嚴重影響。在上述背景下，長江口E航海工程利用E航海相關技術手段和技術成果，構建符合相關國際標準的綜合導助航服務體系，為提升長江口水域船舶通航能力提供綜合導助航保障服務。主要建設任務包括建設E航海門戶網(wǎng)站、完善岸基基礎設施、建設岸端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、建設海上互聯(lián)互通平臺和建設長江口綜合信息服務平臺。

長江口E航海建設工程主要針對長江口深水航道利用邊坡航道進行超寬船舶交匯通航以提高通航效率的需求。為保證船舶航行安全，工程主要利用AIS虛擬航標和實體航標標識航道邊界和邊坡界限，使得船舶能夠在智能導航終端上識別航道的邊界和邊坡。船舶智能導航終端能夠通過LTE通信鏈路獲取岸基CORS系統(tǒng)高精度位置修正數(shù)據(jù)以提高船舶定位精度；駕引人員能夠通過LTE通信鏈路獲取船舶推薦航路信息和水文氣象信息，以保障船舶航行安全；岸基監(jiān)管中心用戶能夠實時通過AIS、LTE和北斗短報文鏈路獲取航道船舶交通狀況；同時支持各類岸基用戶注冊和服務注冊，將上述綜合服務信息按需發(fā)送至各類岸基用戶。其中，海上互聯(lián)互通平臺承載著用戶與服務、服務與服務、船舶與服務、船舶與岸基用戶之間信息的互聯(lián)互通，是長江口E航海建設工程的信息傳輸管道和信息傳輸路由執(zhí)行體。其系統(tǒng)框架見圖2。

根據(jù)上述背景和建設需求，長江口E航海工程主要建設4項內(nèi)容：一是岸基系統(tǒng)部分，包括完善岸基基礎設施，完善岸端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，建設海上互聯(lián)互通平臺和建設E航海門戶網(wǎng)站；二是建設長江口E航海綜合信息服務平臺；三是建設船岸通信系統(tǒng)部分，包括利用北斗衛(wèi)星傳輸鏈路、建設LTE專用通信鏈路；三是船端系統(tǒng)部分，包括研發(fā)船舶綜合無線電通信系統(tǒng)和提供基于高精度定位的智能導航終端；四是海事服務集的實現(xiàn)，包括建設航路信息服務系統(tǒng)和航標服務系統(tǒng)。

圖2 長江口E航海工程系統(tǒng)框架

3.珠江口E航海工程

根據(jù)珠江口水域交通繁忙、船舶密度大、種類多、交通流向縱橫交錯、航行規(guī)則復雜、通航環(huán)境變化快、河海交匯、毗鄰港澳等特點，珠江口E航海工程以智能航線服務為線索，以“四個交通”為導向，以向船舶提供從泊位到泊位的整個航行活動中的綜合、智能、全面的航海保障信息服務為基本建設目標，其系統(tǒng)框架見圖3。

圖3 珠江口E航海工程框架

珠江口E航海示范工程在建立航海保障云數(shù)據(jù)中心、海上安全信息（MSI）綜合播發(fā)、船舶航行數(shù)據(jù)共享、AIS二進制信息播發(fā)、智能導助航服務、移動互聯(lián)網(wǎng)技術應用、大數(shù)據(jù)應用等方面進行研究、試驗和論證，主要建設內(nèi)容可概括為“綜合助航、智能導航、高效便捷、綠色平安”，包括：（1）以S-100標準為基礎，建設E航海主題數(shù)據(jù)庫，通過建設航保數(shù)據(jù)交換平臺和航保信息綜合管理系統(tǒng)來整合航海保障信息資源和管理維護主題數(shù)據(jù)庫，為實現(xiàn)綜合、智能的航海保障綜合服務提供基礎。（2）基于SOA架構，建設“統(tǒng)一門戶、單點登錄”的航保信息服務系統(tǒng)，開發(fā)綜合、智能、便捷的服務。以服務接口的方式向船端、港航企業(yè)和岸基管理單位提供智能導助航服務，并實現(xiàn)基于電子海圖的船舶動態(tài)展示。建設依托于航保信息服務系統(tǒng)的珠江口保障服務示范工程門戶網(wǎng)站，向公眾充分展示示范工程建設的目標、愿景、成果等信息。（3）利用ECS和移動互聯(lián)網(wǎng)，研制船端的ECS導助航系統(tǒng)和移動終端導助航系統(tǒng)，使之能接入本項目開發(fā)的服務接口，從而提高船舶航行的安全和效率。（4）示范系統(tǒng)功能應用測試和驗證。通過測試平臺進行船端系統(tǒng)、岸基系統(tǒng)和通信鏈路測試。驗證本工程對外提供數(shù)據(jù)服務的能力和可操作性，同時也可為用戶提供航海保障綜合服務的直觀體驗。（5）數(shù)據(jù)交換標準研究。在示范工程的建設和試驗過程中，檢驗和評估現(xiàn)有或開發(fā)中的相關國際、國內(nèi)標準和E航海戰(zhàn)略的契合度、適宜性，提出相關標準的改進、完善建議，形成國際標準提案。

4.天津港復式航道E航海工程

天津港復式航道E航海工程建設的目的是提高天津港主航道的通航效率和船舶的通航安全，主要建設內(nèi)容包括采集與船舶通航安全相關的水文氣象信息、助航信息、船舶間通航態(tài)勢、海洋環(huán)境信息等，并通過現(xiàn)代化的技術實時向船舶發(fā)布所采集到的信息，為進出港船舶提供各種與航行安全相關的導助航和海上安全信息。進出港航行船舶可以利用系統(tǒng)平臺或者專用的手機應用小程序實時獲取保障船舶航行安全的導助航信息、水文氣象信息、能見度信息等，同時，也可以下載電子海圖更新數(shù)據(jù)，或者與其他船舶交換航線。系統(tǒng)的建設極大地提高了天津港引航、海事管理、船舶調(diào)度的水平，使天津港的“智慧港口”建設水平得到了顯著提升。系統(tǒng)框架如圖4所示。

圖4 天津港復式航道E航海工程框架

三、國內(nèi)E航海工程建設的總結

1. 國內(nèi)E航海工程建設的經(jīng)驗總結

（1）系統(tǒng)建設針對性強

國內(nèi)E航海示范工程的建設涉及航海保障的多個方面，這些工程針對不同的水域和應用需求，建設不同的系統(tǒng)，取得了較好的效果：①洋山港E航海工程主要是為了解決在能見度不良情況下大型船舶靠泊安全和提高港口生產(chǎn)效率的問題；②長江口E航海工程主要是針對長江口深水航道利用邊坡航道提升通航效率的需求，建設E航海信息服務系統(tǒng)，保障長江口超寬船舶交會時的航行安全，提升長江口航道通航效率；③珠江口E航海工程以智能航線服務為線索，主要是向船舶提供從泊位到泊位的綜合、智能、全面的航海保障信息服務；④天津港復式航道E航海工程主要是建設岸基服務應用系統(tǒng)、海上智能多功能浮標、水域環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等，解決復式航道通航保障和效能提升的問題。

根據(jù)系統(tǒng)服務水域特點和用戶需求，這些E航海系統(tǒng)建設側重點各不相同，可以用“小而精”來概括，針對性強，在實際應用中起到了示范作用。

（2）注重實踐和系統(tǒng)集成

從國內(nèi)E航海工程的建設方案可以看出，我國目前E航海工程的建設內(nèi)容主要是整合現(xiàn)有的一些通航保障系統(tǒng)或者將比較成熟的技術應用到E航海系統(tǒng)，其實用意義較強。以長江口E航海工程為例，為提高長江口航道通航能力，將技術上成熟的虛擬航標應用到航道航標布設中，采用“虛實結合”的布標策略，“拓寬”航道的通航寬度，從而有效提高航道的通過能力。

（3）強有力的組織和管理

我國目前已經(jīng)建成或正在建設的E航海工程都是在交通運輸部的統(tǒng)一組織下進行建設的，但是，主導機關又各不相同，東海航海保障中心主導了長江口E航海工程和洋山港E航海工程建設，北海航海保障中心主導了天津港復式航道E航海工程建設，南海航海保障中心主導了珠江口E航海工程建設。高效的組織和管理，可以有效協(xié)調(diào)E航海工程建設和營運過程中各利益相關方的問題和訴求，突出航海保障業(yè)務活動的重點，確保航海保障管理部門的權威性并使之能有效地管理E航海建設過程中的各種問題，因而是順利實施我國E航海工程的有力保障。

2.我國E航海工程建設的不足

我國E航海工程建設雖取得了一些階段性的成果，但由于研究起步較晚等原因，與國外發(fā)達國家相比，還存在一些不足：

（1）我國E航海工程的建設主要是對原有系統(tǒng)和設備的集成或整合，對創(chuàng)新的技術應用還有待進一步發(fā)展[3]。

（2）我國E航海建設缺乏通用性，雖然在不同的水域建設不同的E航海工程具有較強的針對性，但對于一些通用的技術或者“模塊”大多沒有建立一個統(tǒng)一的建設標準，也不具有國際E航海工程建設要求的通用性。

（3）數(shù)據(jù)分散，共享困難。我國現(xiàn)有的E航海示范工程是在各個航海保障中心的主導下進行建設的，存在多重標準的問題，因此，通過各個示范工程獲取的數(shù)據(jù)共享困難，這不利于我國E航海工程建設的整體發(fā)展。

四、我國E航海建設的建議

1.堅持用戶需求驅動

E航海的用戶主要是船舶用戶和岸上的相關管理機構，E航海是由用戶需求驅動的，而不是相關主管機關或者先進技術驅動的。因此，將現(xiàn)有的導助航系統(tǒng)和岸上的管理機構提供的服務進行整合是E航海的主要目的。在E航海實施過程中，航海保障主管機關的主要職能是協(xié)調(diào)各利益相關方的需求，引導設備生產(chǎn)商和科研機構利用先進的科學技術集成現(xiàn)有的導助航設施或者開發(fā)新的導助航設施。任何一項系統(tǒng)的發(fā)展和技術實施，都需要進行完善的需求分析，以確保該系統(tǒng)未來實施的可行性，E航海戰(zhàn)略計劃的實施也不例外。IALA相關成員通過用戶需求分析獲取不斷出現(xiàn)的用戶需求，該用戶需求分析方法應立足于E航海概念中定義的各種要素，并使用統(tǒng)一制定的應用模板定義那些特殊的用戶需求，這類需求包括所有用戶之間的信息采集、整合、交換、顯示、分析和人員要素等各個方面。更詳細的用戶需求作為實施計劃的一部分，應進一步分析和確認。

2.以海事服務集（MSPs）實現(xiàn)為主線

MSPs是E航海岸基服務的具體體現(xiàn)，其目標是根據(jù)特定海上業(yè)務區(qū)域的信息和通信需求，實現(xiàn)全球統(tǒng)一、標準的海上服務。也就是說，MSPs是按照區(qū)域來劃分的。目前，IMO確定了以下MSPs區(qū)域：港口水域，沿?；蛳拗扑?，大洋航行區(qū)域，沿海以外海上水域，北極、南極和偏遠區(qū)域[4]。在今后的E航海工程建設中，可以從港口水域和沿?；蛳拗扑蜻@兩個區(qū)域作為切入點，根據(jù)各個水域水文氣象條件、船舶交通流特征以及現(xiàn)有的導助航系統(tǒng)等條件，針對船舶用戶的需求，開發(fā)有地域特色的MSPs產(chǎn)品，為通航船舶提供高效的助航服務。

3.充分利用現(xiàn)有的系統(tǒng)和支持系統(tǒng)

在E航海系統(tǒng)技術架構中，主要包括岸基系統(tǒng)、通信鏈路和船基系統(tǒng)，同時還包括相應的外部支撐系統(tǒng)和技術設施。通過這些系統(tǒng)的有機集成，執(zhí)行E航海戰(zhàn)略中的各種業(yè)務功能，實現(xiàn)E航海戰(zhàn)略目標。目前，中國海事局已經(jīng)建立了覆蓋沿海和內(nèi)河重要通航水域的較為完善的導助航系統(tǒng)，例如DGPS系統(tǒng)、AIS系統(tǒng)和VTS系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的技術水平在世界上處于先進地位，但在充分利用這些系統(tǒng)，發(fā)揮其助航潛能，從而提高整體航海保障水平方面，我們還有很多工作需要完成。E 航海工程的建設，應充分發(fā)揮這些導助航系統(tǒng)的功能，對其進行整合和優(yōu)化。

4.建設測試平臺

國外較為成功的E航海示范系統(tǒng)建設，基本上都有對系統(tǒng)的效能和功能進行測試，而目前國內(nèi)E航海建設在系統(tǒng)功能測試方面尚有欠缺。我國相關E航海工程建成之后，基本沒有對工程的效能進行專門、全面的測試。

2018年6月4日，部海事局在韓國簽署加入全球E航海測試平臺合作計劃備忘錄，標志著我國將參與全球E航海測試平臺。目前，參加該合作計劃的國家有澳大利亞、丹麥、瑞典和韓國。該備忘錄的簽署，意味著將有一個統(tǒng)一的平臺進行E航海系統(tǒng)效能的測試。由于已經(jīng)建成的洋山港E航海工程、天津港復式航道E航海工程，以及在建的長江口E航海工程、珠江口E航海工程目前均未涉及系統(tǒng)測試平臺的建設，以后的E航海工程建設要利用后發(fā)優(yōu)勢，提前謀劃，建設測試平臺，以更好地與國際E航海工程建設無縫對接。

五、結語

E航海的發(fā)展對于保障船舶航行安全，推動航海保障向更高效、更先進和更便捷的方向發(fā)展起到了重要的作用。我國一直密切關注并積極跟蹤國際E航海的發(fā)展，目前也在進行相關E航海工程的建設，并且取得了重要的成果。但同時也要看到我國在E航海建設中的不足，相關機構應積極研究和探索，將我國的航海保障水平和效能推向一個更高的層次。