沈高瀚 劉劍平 曹立杰 郭 可
（洋山港海事局，上海 201306）
水上交通運(yùn)輸在全球貿(mào)易中一直發(fā)揮著主導(dǎo)作用。經(jīng)過“十三五”階段的發(fā)展，上海已基本建成國際航運(yùn)中心，初步具備了全球航運(yùn)資源配置能力。上海國際航運(yùn)中心全球排名第三，國際影響力穩(wěn)步提升。作為世界航運(yùn)“大舞臺(tái)”的關(guān)鍵一員，上海國際航運(yùn)中心的“十四五”階段的總體發(fā)展目標(biāo)已經(jīng)明確，快速發(fā)展下的航運(yùn)產(chǎn)業(yè)，對(duì)航運(yùn)安全提出了更高的要求。
船舶在航道或狹水道航行時(shí)，航行規(guī)則較為明確，但在無任何天然屏障或人工建筑物掩護(hù)、直接承受風(fēng)浪作用的開闊水域航行時(shí)，因各類限制條件較少，船舶航行相對(duì)自由，可供船舶選擇的航路、航法等相對(duì)較多，這就導(dǎo)致了在開闊水域內(nèi)不同船舶的航線在空間上存在較多交會(huì)，當(dāng)時(shí)間和空間兩個(gè)因素同時(shí)交會(huì)時(shí)，必然導(dǎo)致船舶交叉會(huì)遇，存在一定的碰撞危險(xiǎn)，在船舶流量較大的時(shí)候，船舶交叉會(huì)遇的頻率也相應(yīng)增加，水上交通安全風(fēng)險(xiǎn)增大。上述開闊水域受季節(jié)性影響較為明顯時(shí)，不同時(shí)間段的航線、航法等變化更為明顯，航路的不確定性導(dǎo)致船舶間會(huì)遇的時(shí)間和空間都會(huì)發(fā)生較大變化，安全風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)增大。因此，有必要采取相應(yīng)的措施，在開闊水域內(nèi)引導(dǎo)船舶按照相對(duì)安全的航路航行，減少會(huì)遇局面，降低船舶間會(huì)遇導(dǎo)致碰撞危險(xiǎn)的概率，提高開闊水域內(nèi)水上交通安全度。
1.1 洋山水域
洋山VTS 位于中國(上海)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)臨港新片區(qū)，管理服務(wù)區(qū)東跨洋山深水港區(qū)、西至杭州灣、南接舟山寧波港，北接長江口，海域面積超4 000 km2，岸線約為175 km，海域南北最大跨度約59.3 km，東西最大跨度為122 km。目前,區(qū)域內(nèi)有集裝箱泊位23 個(gè)、油船泊位5 個(gè)、LNG 船舶泊位1 個(gè)以及客運(yùn)站3 座。水域內(nèi)航道多、客渡船多、危險(xiǎn)品船多、集裝箱船多、重點(diǎn)工程多、惡劣天氣多，海上建筑物東海大橋連接洋山港與上海經(jīng)濟(jì)腹地，成為洋山深水港的“生命線”。
本文研究的開闊水域是指洋山VTS 管理服務(wù)水域內(nèi)在南支燈船至南槽錨地以南，大戢山至北鼎星以北，非航道、錨地水域。該水域水深7～ 9 m，水域范圍寬廣，無礙航物，船舶在該水域航行時(shí)，可航水域范圍大，可自由選擇的航線相對(duì)較多。
1.2 “大交管”建設(shè)
洋山港海事局全要素水上“大交管”（以下簡稱“大交管”）以推進(jìn)構(gòu)建“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(dòng)態(tài)管控新格局為導(dǎo)向，以實(shí)現(xiàn)“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”為引領(lǐng)，提升水上交通安全治理能力，推進(jìn)監(jiān)管水域有效覆蓋，匯聚數(shù)據(jù)要素有序集成的管理新體系，實(shí)施全要素“大交管”有利于提升海事部門動(dòng)態(tài)感知能力，提升高風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)識(shí)別跟蹤能力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)管和靜態(tài)監(jiān)管緊密銜接，在保障水上交通安全、保障物資運(yùn)輸暢通中提供有力支撐，助力洋山深水港高質(zhì)量發(fā)展，為臨港新片區(qū)打造高能級(jí)全球航運(yùn)樞紐提供堅(jiān)實(shí)保障。
1.3 研究路徑
近期,可以通過創(chuàng)新電子圍欄應(yīng)用、補(bǔ)充AIS 作為水上遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)的延伸等創(chuàng)新應(yīng)用，探索水上交通管理模式；
中期推進(jìn)E-航海建設(shè)，應(yīng)用融合通訊技術(shù)在港區(qū)和沿岸水域利用公共通訊網(wǎng)絡(luò)；
在近海水域融合VDES、AIS 短報(bào)文和北斗短/長報(bào)文；
在中遠(yuǎn)海水域融合衛(wèi)星通訊和衛(wèi)星VDES、北斗短/長報(bào)文等。實(shí)現(xiàn)分區(qū)域全覆蓋的向所有船舶提供服務(wù)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)全覆蓋的全要素水上“大交管”管理模式。
2.1 通航環(huán)境
本文所述的通航環(huán)境，主要包含水域內(nèi)船舶流的分布情況，以及水域內(nèi)其他明顯影響船舶航線選擇的客觀因素，該水域的通航環(huán)境主要有以下特點(diǎn)：
（1）航線選擇的自由性導(dǎo)致船舶交會(huì)態(tài)勢(shì)存在較大不確定性
該水域內(nèi)沒有航道或推薦航路引導(dǎo)船舶交通流，船舶根據(jù)自身的始發(fā)港、目的港、貨物裝載、氣象水文以及航行習(xí)慣等選擇相應(yīng)的計(jì)劃航線，航線的轉(zhuǎn)向點(diǎn)和路徑各不相同導(dǎo)致會(huì)遇的態(tài)勢(shì)、位置等均不相同，存在較大不確定性。
（2）船舶流量大導(dǎo)致船舶交會(huì)頻次較多
根據(jù)洋山VTS 中心資料顯示，最近一年時(shí)間從南支附近南下船舶流量54 691艘次，北上船舶流量54 757 艘次，日均流量約300 艘次。其中南下交通流主要有南支航道至東海大橋、南支燈船至洋山警戒區(qū)、南支燈船至北鼎星、南槽航道至洋山警戒區(qū)、南槽航道至北鼎星等；
北上交通流主要與南下交通流數(shù)量相等，方向相反。
（3）海上季節(jié)性生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致船舶航線的選擇需要及時(shí)調(diào)整
該水域作為舟山漁場傳統(tǒng)捕撈作業(yè)區(qū)，非禁漁時(shí)間，漁船活動(dòng)較為頻繁，尤其每年的1-4 月份為傳統(tǒng)的鰻魚苗捕撈季節(jié)，水域內(nèi)打樁漁網(wǎng)分布較為密集，大戢山東側(cè)僅留有約1.5 km 寬通道供商船航行，對(duì)商船可航水域影響明顯，船舶需要根據(jù)漁網(wǎng)分布及漁船活動(dòng)的實(shí)際情況調(diào)整計(jì)劃航線，規(guī)避商漁船碰撞事故及漁商糾紛事件的發(fā)生。
2.2 現(xiàn)狀分析
（1）管理現(xiàn)狀
本文所述水域由洋山港海事局實(shí)施水上交通管理（如圖1 所示），主要依靠洋山VTS 遠(yuǎn)程監(jiān)管和巡邏艇現(xiàn)場巡視檢查的手段。該水域內(nèi)船舶流量大、船舶密集交會(huì)的特點(diǎn)，在船舶流高峰時(shí)段容易導(dǎo)致該水域占用VTS 值班人員大量精力，工作負(fù)荷較大，應(yīng)對(duì)的局面復(fù)雜；
在巡邏艇現(xiàn)場巡視檢查的過程中，該水域南側(cè)距離巡邏艇日常停泊基地約20 n mile，北側(cè)距離基地約30 n mile，客觀條件的限制導(dǎo)致巡邏艇從出動(dòng)至到達(dá)現(xiàn)場需要約2～ 3 h，耗時(shí)較長，影響了對(duì)巡邏艇對(duì)該水域進(jìn)行巡航檢查的頻次和單次巡航的工作時(shí)間，同時(shí)也造成了巡邏艇對(duì)該水域巡航效能不高的現(xiàn)狀。
圖1 洋山VTS 管理服務(wù)區(qū)南支燈船至北鼎星水域一周內(nèi)船舶AIS 軌跡圖
（2）水上交通安全現(xiàn)狀
根據(jù)洋山港海事局近幾年統(tǒng)計(jì)資料，大戢山東北側(cè)水域?yàn)槌链鹿识喟l(fā)水域，南支燈船至北鼎星之間水域?yàn)槲ｋU(xiǎn)局面多發(fā)水域，均在本文研究水域范圍之內(nèi)，水上安全形勢(shì)面臨一定的考驗(yàn)，隨著杭州灣沿岸逐步開發(fā)、長三角一體化國家戰(zhàn)略順利推進(jìn)，該水域內(nèi)船舶流量將會(huì)持續(xù)高位運(yùn)行，通航負(fù)荷將會(huì)進(jìn)一步增大，主要體現(xiàn)在船舶流量高位運(yùn)行、船舶狀況參差不齊、危險(xiǎn)品船流量增加、漁船漁網(wǎng)持續(xù)存在等方面，相應(yīng)的會(huì)帶來船舶交會(huì)更加頻繁、交會(huì)態(tài)勢(shì)更加復(fù)雜、船舶間溝通難度較大等問題，給該水域水上交通安全帶來一定的挑戰(zhàn)。
2.3 問題分析
（1）海上通訊技術(shù)瓶頸
對(duì)本文所述水域?qū)嵤┯行Ч芾恚酱黄坪Ｉ贤ㄓ嵓夹g(shù)瓶頸。目前海事面向船舶的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)管理手段主要依托模擬信號(hào)的高頻，不具有指向性，我們海事和眾多船舶，分頻道共用狹窄的VHF 信道，不僅頻道資源會(huì)緊張到互相干擾，同頻段單工模式下的溝通效率也較低。因此我們要隨著技術(shù)的革新、監(jiān)管對(duì)象的變化、監(jiān)管區(qū)域?qū)嶋H情況的變化不斷的升級(jí)、創(chuàng)新管理模式及相匹配的技術(shù)手段。
（2）海事監(jiān)管服務(wù)手段有限
在監(jiān)管對(duì)象層面，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，航運(yùn)業(yè)的發(fā)展邁上新的臺(tái)階，使得中國沿海海上交通越來越繁忙，現(xiàn)有遠(yuǎn)程監(jiān)管手段存在上限。近年來，海上工程項(xiàng)目、重點(diǎn)區(qū)域、保護(hù)設(shè)施等也越來越多，不同對(duì)象適用不同手段和模式，有效手段越多，我們的管控就更加從容和有針對(duì)性，服務(wù)能力也能夠進(jìn)一步增強(qiáng)。目前海上不發(fā)達(dá)的通信網(wǎng)絡(luò)和較為有限的監(jiān)管方式，與海上大型項(xiàng)目的快速發(fā)展和船舶交通流量的增大形成矛盾。
3.1 航海相關(guān)經(jīng)驗(yàn)
E-航海（e-Navigation），是通過電子手段協(xié)調(diào)船舶、岸上海事信息的采集、整合、交換、展示和分析，用于增強(qiáng)船舶泊位到泊位的導(dǎo)航和相關(guān)服務(wù)，以保障海上航行安全和安保，保護(hù)海上環(huán)境。我國E-航海建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，以海事服務(wù)集（MSP）實(shí)現(xiàn)為主線，根據(jù)特定海上業(yè)務(wù)區(qū)域的信息和通信需求，實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的海上服務(wù)。
（1）東海航海保障中心研發(fā)“海e 行智慧版”
“海e 行智慧版”基于“互聯(lián)網(wǎng)+”面向江海聯(lián)運(yùn)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用。通過自動(dòng)航線推薦系統(tǒng)為船舶提供智能導(dǎo)航服務(wù)，并為用戶提供航行安全信息云發(fā)布、海區(qū)氣象、港口潮汐等功能。2019 年3 月，上海海事局、東海航海保障中心研究利用深水航道邊坡交會(huì)提升通航效率，在長江口深水航道部分敏感水域增設(shè)了深水航道虛擬AIS 航標(biāo)標(biāo)識(shí)，水文氣象采集發(fā)布設(shè)備，CCTV 監(jiān)控系統(tǒng)等終端設(shè)備，優(yōu)化了船岸數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。
（2）南海航海保障中心推出“啟航者”
通過“啟航者”方式建立起一個(gè)水上交通信息共享協(xié)同平臺(tái)，除了提供公益性導(dǎo)航助航服務(wù)外，與港澳臺(tái)地區(qū)、廣東、廣西、海南的海事管理機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，按國際標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)并同步更新，為用戶提供了更加權(quán)威的航行安全信息。該中心在港珠澳大橋水域完成了E-航海服務(wù)的設(shè)備安裝，建立網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，保障港珠澳大橋水域的安全通航。
（3）北海航海保障中心構(gòu)建E 航海綜合服務(wù)保障體系
重點(diǎn)進(jìn)行北方海區(qū)北斗海上通信服務(wù)系統(tǒng)、渤海水域應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)、海上安全信息發(fā)布系統(tǒng)、“京津冀協(xié)同航海地圖服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)”、水上無線電智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等項(xiàng)目建設(shè)，總體發(fā)展方向偏向于針對(duì)不同用戶，提供解決方案。在融合現(xiàn)代化、智能化海事水上交通安全管理需求，結(jié)合全要素“大交管”建設(shè)需求方面，還沒有成熟的整體解決方案和產(chǎn)品。
3.2 S-100 發(fā)展情況
通用海道測(cè)量數(shù)據(jù)模型（S-100），是一種基于傳統(tǒng)海圖數(shù)據(jù)模型的更新?lián)Q代。IHO 于2010 年發(fā)布了《S-100 通用海道測(cè)量數(shù)據(jù)模型》，作為海道測(cè)量的通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。S-100 系列產(chǎn)品規(guī)范是新一代基于S-100 數(shù)字化航海圖書資料和相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的總和。基于S-100 推出的相關(guān)產(chǎn)品主要應(yīng)用于船岸的信息系統(tǒng)，通過在電子海圖上疊加顯示氣象水文信息、潮汐潮流顯示、天氣預(yù)報(bào)與實(shí)測(cè)推送、航行警告信息等。同時(shí)S-100 是E-航海概念下通用海上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)模型，對(duì)包括VDES 等技術(shù)在內(nèi)的新型數(shù)字化航海技術(shù)可以融合、適配。
S-100 從開發(fā)制定，歷經(jīng)五次更新與完善，基于S-100的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)也尚處于進(jìn)行時(shí)，距離全面應(yīng)用仍需一段過渡期。參照S-100 相關(guān)文獻(xiàn)，2015 年以前，國內(nèi)外學(xué)者主要以S-100 的進(jìn)展、概念、構(gòu)成、與S-57 的對(duì)比分析、產(chǎn)品規(guī)范介紹等概念性和理論性研究為主，2015 年以后則側(cè)重于S-100 工具開發(fā)、新型航海數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)、數(shù)據(jù)可視化、與e-航海的結(jié)合等應(yīng)用性研究。這也意味著S-100逐漸從理論走向?qū)嵺`，處于優(yōu)化到實(shí)踐再到優(yōu)化的良性迭代過程中。2018 年IHO 發(fā)布了S-100 的更新周期，按計(jì)劃2019 年更新至4.0.0 版，并在之后每3 年更新一次，2022 年12 月計(jì)劃更新至5.0.0 版。
4.1 實(shí)現(xiàn)方式
在大交管建設(shè)背景下，參照E-航海發(fā)展理念，通過創(chuàng)新開闊水域船舶交通管理模式，使用虛擬航路規(guī)范船舶航行的方法規(guī)范船舶航行，分步實(shí)現(xiàn)以下功能。
（1）發(fā)布VTS 推薦航路。通過在開闊水域推送AIS 虛擬標(biāo)記，顯示推薦航路，將傳統(tǒng)習(xí)慣航路向數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，通過引導(dǎo)船舶分流實(shí)現(xiàn)減少會(huì)遇次數(shù)和復(fù)雜會(huì)遇局面的目的，同時(shí)可以用于在捕魚季節(jié)漁網(wǎng)區(qū)、水工作業(yè)區(qū)域、事故處置區(qū)、其他需要分道通航時(shí)推薦過往船舶行駛推薦航路、推送提示區(qū)域，加強(qiáng)VTS 區(qū)域管理能力，如圖2、圖3 所示。
圖2 洋山VTS 發(fā)布南支、Y24 附近水域推薦航路示意圖
圖3 電子海圖顯示的推薦航路示意圖
（1）推送安全信息。利用AIS 基站，分類全覆蓋的面向轄區(qū)所有船舶，主動(dòng)推送航道信息、水文氣象信息等助航信息至船舶AIS 終端，讓船舶及時(shí)了解將要航經(jīng)水域的通航環(huán)境信息，輔助船舶航行決策。
（2）進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。根據(jù)轄區(qū)水域特點(diǎn)，建立科學(xué)模型，劃定預(yù)警區(qū)、警戒區(qū)等重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，設(shè)定不同區(qū)域的監(jiān)測(cè)條件和告警提醒方式，自動(dòng)發(fā)送文字、語音、聲光提醒或報(bào)警。
（3）推動(dòng)導(dǎo)助航設(shè)施升級(jí)改造。可以利用風(fēng)電場進(jìn)行AIS 基站、VDES 基站、公共通訊網(wǎng)絡(luò)基站等設(shè)施補(bǔ)點(diǎn)，推進(jìn)黃澤洋燈船等設(shè)施的智能化改造，以加載需要的基站和傳感器，推動(dòng)沿海導(dǎo)助航基礎(chǔ)設(shè)施科學(xué)補(bǔ)點(diǎn)、統(tǒng)籌優(yōu)化、數(shù)字化改造、整體轉(zhuǎn)型升級(jí)。
（4）探索應(yīng)用融合通訊技術(shù)。探索使用VDES（VHF Data Exchange System，甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)），VDES 集成現(xiàn)有AIS 功能，并升級(jí)、擴(kuò)展了特殊應(yīng)用報(bào)文（ASM）和寬帶甚高頻數(shù)據(jù)交換(VDE)等功能，滿足船對(duì)船、船對(duì)岸、船對(duì)衛(wèi)星、岸對(duì)衛(wèi)星相互之間的數(shù)據(jù)交換，VDES 信息傳輸速度較AIS 有數(shù)十倍的提升，使得海事管理系統(tǒng)與船舶之間由相互識(shí)別、呼叫轉(zhuǎn)為可視化系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互、動(dòng)態(tài)溝通，實(shí)現(xiàn)E-航海。
4.2 實(shí)施規(guī)劃
（1）近期
預(yù)期近期應(yīng)用基于AIS 的電子圍欄系統(tǒng)將部分海事管理信息傳輸?shù)酱埃_(dá)到促進(jìn)保護(hù)洋山港水域內(nèi)重要工程設(shè)施，保障洋山港水域船舶的航行、停泊、作業(yè)安全。實(shí)現(xiàn)推送開闊水域推薦航路、東海大橋碰撞提示、特定船舶預(yù)警播發(fā)、LNG 碼頭前沿設(shè)防、LNG 加注安全作業(yè)區(qū)警戒、沉船礙航物提醒、漁船漁網(wǎng)區(qū)提醒、風(fēng)電場保護(hù)、特定氣象（大風(fēng)及能見度不良）信息播發(fā)等各類應(yīng)用場景。
（2）中期
中期推動(dòng)應(yīng)用融合通訊技術(shù)，利用VDES 等技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱埃瑢?shí)現(xiàn)“大交管”架構(gòu)下系統(tǒng)與船載電子海圖、VDES 系統(tǒng)等電子化系統(tǒng)信息直接互通、互聯(lián)、互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多元化、多維度的信息交互和信息收發(fā)，提升水上交通安全治理能力。
4.3 費(fèi)效分析
創(chuàng)新開闊水域船舶交通管理模式，探索應(yīng)用推薦航路引導(dǎo)船舶航行，有幾大優(yōu)勢(shì)。
（1）不依托手機(jī)APP 等數(shù)字化應(yīng)用，而是使用電子圍欄，可以不受網(wǎng)絡(luò)、岸基基站等限制，直接由海事岸站連接船用電子海圖。整個(gè)模式依托AIS，在海事監(jiān)管層面，有VTS 系統(tǒng)、一網(wǎng)統(tǒng)管系統(tǒng)等可視化顯示終端，在船方也有船上的電子海圖顯示終端，可以實(shí)現(xiàn)圖對(duì)圖顯示，端與端之間傳輸，有硬件基礎(chǔ)，可以減少投入成本。
（2）傳輸數(shù)字信號(hào)，可以通過信號(hào)傳輸技術(shù)層面的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)面的信息收發(fā)以及握手反饋，具有指向性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)模轉(zhuǎn)化，在技術(shù)上突破瓶頸和壁壘。
（3）應(yīng)用電子圍欄“站網(wǎng)一體式”的系統(tǒng)建設(shè)方式，近的區(qū)域能夠通過自主建站進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)、監(jiān)管、溝通、推送，遠(yuǎn)的我們不需要看，他們也收不到我們的信息，互不干擾。
（4）不依托手機(jī)APP 等數(shù)字化應(yīng)用，通過AIS 實(shí)現(xiàn)VTS 等海事管理系統(tǒng)和船上電子海圖數(shù)據(jù)直連，讓開闊水域航行的船舶在手機(jī)信號(hào)缺失的情況下，依然能夠穩(wěn)定接收航行安全信息。
（5）綜合依托通訊層面的數(shù)據(jù)融合通訊技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)層面的S-100 等數(shù)據(jù)模型、設(shè)備層面的VDES 系統(tǒng)等，可以提供一種E-航海框架下全要素水上交通安全管理解決方案。
本文選取洋山VTS管理服務(wù)區(qū)南支燈船至北鼎星水域，通過綜合運(yùn)用新興技術(shù)、手段，創(chuàng)新開闊水域船舶交通管理模式，探索應(yīng)用推薦航路引導(dǎo)船舶航行，減少船舶會(huì)遇帶來的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)率先嘗試先進(jìn)科學(xué)技術(shù)在海上交通安全工作中的應(yīng)用，促進(jìn)海上交通安全現(xiàn)代化建設(shè)，提升海上交通安全科學(xué)技術(shù)水平。
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