長江海事電子巡航系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)＊

余龍泉 熊 輝 孫 鵬

（長江海事局，湖北 武漢 430016）

長江海事局轄區(qū)全長2100千米左右，干線的通航環(huán)境復雜，船舶航行風險較大，容易發(fā)生安全事故，使得長江海事部門的監(jiān)管難度很大。面對嚴峻的水上安全形勢，經(jīng)過海事業(yè)務(wù)系統(tǒng)，全球定位系統(tǒng)（GPS）、船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）、整合船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、應(yīng)急指揮調(diào)度等專項業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，安全監(jiān)管手段的信息化水平有很大程度的提高，但各系統(tǒng)協(xié)調(diào)性不夠，缺乏有效整合，無法發(fā)揮整體效益，只能依靠監(jiān)管人員每天出動海巡艇、執(zhí)法車進行巡航，造成巡航工作量大、成本高、效率低。針對此情況，長江海事局創(chuàng)新監(jiān)管理念和方式，創(chuàng)造性地提出了“電子巡航”的構(gòu)想。

一、電子巡航系統(tǒng)平臺的內(nèi)涵和關(guān)鍵點

（一）內(nèi)涵

電子巡航即指應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)、通過海事傳感網(wǎng)對巡航對象的狀態(tài)等參數(shù)進行實時采集、傳輸，進而運用專家智能系統(tǒng)分析巡航對象的狀態(tài)和發(fā)展趨勢，對不正常的狀態(tài)進行預警、干預、糾正，達到及時消除事故隱患、提高海事工作效率和效益的目的。

電子巡航系統(tǒng)平臺的建立，主要是為在航船舶提供航行指導，對不正常的航行狀態(tài)進行預警，及時消除事故隱患；減少海巡艇常規(guī)巡航頻次，提高巡航針對性和巡航效率，完成對動態(tài)執(zhí)法力量的指揮調(diào)度；合理利用監(jiān)管資源，提高轄區(qū)水域通航船舶管控能力，促進船舶航行安全。系統(tǒng)平臺具體可實現(xiàn)：

（1）通過基于電子江圖的AIS、VTS、GPS、CCTV監(jiān)管信息的一體化顯示，全面掌握船舶實時位置信息。實現(xiàn)電子航道圖航標、雙向航路及定線制動態(tài)管理及顯示；

（2）為船舶提供當前轄段內(nèi)有助于船舶安全航行的航行指導信息，如通航狀況、風險提示、水文氣象及航行通（警）告等；

（3）融合無線甚高頻（VHF）系統(tǒng)功能，建設(shè)短信平臺，實現(xiàn)船舶遠程報港、預警服務(wù)等功能?？筛鶕?jù)船舶的航行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對不正常的狀態(tài)進行預警。同時完成危險品船舶管理及動態(tài)跟蹤；

（4）實現(xiàn)對船舶、船員等相關(guān)信息的關(guān)聯(lián)查詢。通過AIS、VTS、GPS、CCTV采集轄段內(nèi)航行船舶信息，與船舶、船員、簽證、安檢、行政處罰等數(shù)據(jù)庫進行關(guān)聯(lián)，進行船員配備核查、船舶超載檢測等［1］［2］［3］；

（5）對監(jiān)管數(shù)據(jù)存儲、分析，進行深度挖掘，形成直觀的數(shù)據(jù)分析報表，為安全監(jiān)管提供決策依據(jù)；

（6）實現(xiàn)船舶超載檢測系統(tǒng)、船舶違章取證執(zhí)法系統(tǒng)、危險品動態(tài)跟蹤系統(tǒng)及船舶報港等系統(tǒng)功能的密切融合，提供標準接口，使所有安全監(jiān)管系統(tǒng)的預（報）警統(tǒng)一展示、提醒及取證；

（7）長江水域隨著季節(jié)變換，水位會發(fā)生改變，相應(yīng)地，各轄段的航行規(guī)則方面也會發(fā)生變化，定制合理的航行規(guī)則和船舶預警規(guī)則，形成航行規(guī)則庫和安全預警模型庫。系統(tǒng)收到目標的位置信息后，根據(jù)制定的航行規(guī)則庫、預警模型庫的規(guī)則，判斷船舶是否違規(guī)，繼而產(chǎn)生預警信息。預警服務(wù)根據(jù)航行規(guī)則庫和船舶預警模型庫動態(tài)將各類預警信息通過網(wǎng)絡(luò)異步發(fā)送給用戶，在客戶端中給予警示；

（8）在啟用視頻聯(lián)動功能時，當電子巡航系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)違規(guī)船舶時，系統(tǒng)會調(diào)動就近聯(lián)動攝像機，對違章船舶進行連續(xù)跟蹤，并實時采集視頻信號，直到該船舶糾正后或離開聯(lián)動攝像機范圍才結(jié)束，做到對違章船舶的跟蹤、取證及監(jiān)控目的；

（9）利用重點船舶全過程監(jiān)控功能，可以實時顯示重點船舶的起始港、目的港、載貨信息、航行速度及預測離港時間，通過對船舶位置的實時采集，系統(tǒng)隨時調(diào)用可視范圍內(nèi)的視頻監(jiān)控點，對其進行視頻監(jiān)控。做到轄區(qū)內(nèi)全過程監(jiān)控的目的［4］；

（10）當船舶違規(guī)時，電子巡航系統(tǒng)將預警信息轉(zhuǎn)換為語音，自動觸發(fā)VHF設(shè)備，通過甚高頻，自動將語音信息發(fā)送到船舶上，起到對船舶方提出警示作用。

（二）關(guān)鍵點

長江海事電子巡航系統(tǒng)平臺的建設(shè)依賴長江海事傳感網(wǎng)，對所有巡航對象進行感知、識別，以海事云計算服務(wù)為支撐，對船舶航行安全進行預警分析，實現(xiàn)對違章船舶的及時提醒或糾違處理［5］［6］。電子巡航系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．海事傳感網(wǎng)（如圖2）。長江海事傳感網(wǎng)技術(shù)包括了船岸信息一體化網(wǎng)絡(luò)的支持、船載網(wǎng)絡(luò)的支持和岸基網(wǎng)絡(luò)的支持。

船岸信息一體化網(wǎng)絡(luò)是對船舶運作過程的有關(guān)信息進行傳輸、接收、存取、變換和反饋，并不斷對過程進行調(diào)整和優(yōu)化的控制管理一體化的系統(tǒng)。它是一個大范圍、多層次、多變量、結(jié)構(gòu)復雜和功能綜合的大系統(tǒng)。單船系統(tǒng)是一個船舶自動化局域網(wǎng)，以單船作為一個結(jié)點，加入海事傳感網(wǎng)，實現(xiàn)船岸一體化管理。船載傳感器負責單船數(shù)據(jù)采集，通過各類無線傳輸方式與岸上進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)船岸數(shù)據(jù)同步，從而實現(xiàn)船岸之間的信息交換、監(jiān)控和管理，以及船岸信息的實時共享和交互，進而實現(xiàn)對各種船舶的實時監(jiān)控，提高管理層的調(diào)度和經(jīng)營、決策能力；同時還可以大幅度地提高船舶航運安全性和保障港口水上交通安全，促進港口和船舶之間的信息集成和交互。集成后的船舶信息可再次通過海事傳感網(wǎng)，實現(xiàn)船舶和岸上機構(gòu)之間的信息傳遞，使海事部門機構(gòu)及時準確地掌握船舶動態(tài)，實現(xiàn)船舶的動態(tài)巡航與監(jiān)控，而這些信息對于指揮決策、遠程救助都是至關(guān)重要的。在船舶信息集成的基礎(chǔ)上，船岸連接還能夠使岸上人員協(xié)助船上人員實現(xiàn)對船舶的實時動態(tài)監(jiān)聽、調(diào)試、診斷及維護，能夠讓一組專家快速的在線研究船舶上發(fā)生的任何問題，為保障船舶安全提供更多更好的服務(wù)。岸上還可以方便地實現(xiàn)船舶營運過程控制和質(zhì)量監(jiān)控。

圖1 電子巡航總體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 海事傳感網(wǎng)示意圖

通過船岸數(shù)據(jù)通信控制實現(xiàn)船舶端的船舶航行數(shù)據(jù)和船載設(shè)備數(shù)據(jù)采集，在岸基獲得船舶的實時或準實時的船舶導航設(shè)備信息和傳感監(jiān)控信息，提供實時的船舶動態(tài)信息以及該時刻相關(guān)的江圖信息資料，在航行或作業(yè)時，對制定和實施航行或作業(yè)方案提供決策支持，跟蹤和記錄實施的情況。

實現(xiàn)氣象監(jiān)控、移動監(jiān)控、停航監(jiān)控和無船位更新監(jiān)控。氣象監(jiān)控用于船舶所在位置和當前活動風浪的位置關(guān)系，一旦船舶處于風浪的影響范圍內(nèi)，系統(tǒng)將給出報警，以便及時做出避風決策；移動監(jiān)控主要針對確定處于停航狀況的船舶，發(fā)生位置變化即發(fā)出報警；停航監(jiān)控主要針對確定處于航行狀態(tài)的船舶，一旦發(fā)生位置無變化則發(fā)出報警；無船位更新監(jiān)控用于跟蹤船舶的船位更新是否及時，一旦超過設(shè)定時限沒有返回船位，則進行報警提示。為了強化氣象信息（風力、風向、浪高和等壓線等氣象參數(shù)）在船舶航行和作業(yè)過程中的保障作用，應(yīng)提供專業(yè)氣象數(shù)字信息服務(wù)，并在電子江圖上顯示疊加，實現(xiàn)氣象預報動態(tài)數(shù)據(jù)的自動顯示［7］。

2．海事云計算服務(wù)。電子巡航系統(tǒng)利用海事云計算服務(wù)平臺，實時獲取船舶位置信息，結(jié)合空間地理信息，利用航行規(guī)則庫、預警模型庫及決策模型庫，對船舶航行狀態(tài)進行全面分析，當船舶違反航行規(guī)則時，立即通過網(wǎng)絡(luò)通知各監(jiān)管終端，提醒安全值班人員進行注意，同時通過甚高頻自動將預警信息發(fā)送到違規(guī)船舶航行區(qū)域進行安全預警提示。

3．船舶協(xié)同數(shù)據(jù)庫。船舶協(xié)同數(shù)據(jù)庫是電子巡航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐，將現(xiàn)有的監(jiān)管系統(tǒng)以及相關(guān)數(shù)據(jù)進行一個有效整合，并提供各種接口服務(wù)。電子巡航系統(tǒng)利用船舶協(xié)同數(shù)據(jù)庫提供的各種接口服務(wù)，結(jié)合海事云計算服務(wù)對轄區(qū)在航船舶進行實時分析，同時將分析結(jié)果反饋給監(jiān)管終端。船舶協(xié)同數(shù)據(jù)庫不改變原有監(jiān)管系統(tǒng)的獨立運行，充分利用現(xiàn)有資源，管理上可以共享互聯(lián)。

二、電子巡航系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計

長江海事局對電子巡航的總體要求是：船舶自動巡航與跟蹤、渡口（碼頭）自動視頻巡航與預警、重點江段的自動視頻巡航、重點危險源的綜合巡航、重點江段適航條件巡航與預警等。電子巡航要有利于提高海事巡航次數(shù)和效率，提升海事管理水平與能力，根據(jù)以上要求對系統(tǒng)進行了總體設(shè)計［8］，總體框如圖3所示。

圖3 軟件功能結(jié)構(gòu)圖

（一）電子巡航計劃制定

海事機構(gòu)制定渡口、碼頭、重點江段、危險源、江段適航條件的電子巡航計劃并將任務(wù)發(fā)送給執(zhí)法大隊執(zhí)行，執(zhí)法大隊按照制定的電子巡航計劃對管轄內(nèi)的船舶、碼頭、重點江段、危險源、江段適航條件進行24小時不間斷的巡航，并將每次電子巡航記錄上傳至服務(wù)器中。

（二）船舶自動巡航與跟蹤

通過AIS／GPS／VTS系統(tǒng)及船舶、船員、簽證等數(shù)據(jù)庫的共享，對轄段內(nèi)的船舶依次進行自動巡航，在江圖上用表格方式依次展現(xiàn)船舶、貨物、船員、簽證、安檢等基本情況，對重點監(jiān)控船舶進行實時跟蹤，并及時移交下一轄段［9］。

（三）渡口（碼頭）自動視頻巡航與預警

在對各渡口（碼頭）的視頻運行軌跡預設(shè)的基礎(chǔ)上，通過渡口（碼頭）的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，依次對各渡口（碼頭）進行視頻巡航，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行預警和處置，消除事故隱患［10］［11］。

（四）重點江段的自動視頻巡航

按預設(shè)的監(jiān)控路線和間隔時間，自動進行巡航，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處置。各個海事局的管轄區(qū)域內(nèi)都有很多進行重點檢查和巡查的江段，往往這些重點巡查的江段是工作的重點，但是由于各種通航條件的限制，海事部門無法對重點江段進行7×24小時全天候監(jiān)控，所以自動視頻巡航就顯得格外重要，可以對其重點江段進行實時的巡航，減少事故的發(fā)生。

（五）重點危險源的綜合巡航

重點危險源是防范事故的重點區(qū)域，通過視頻等手段進行定時的綜合巡航，加大巡航密度，提高事故隱患的發(fā)現(xiàn)概率，必定能有效地降低事故發(fā)生的可能性。

（六）重點江段適航條件巡航與預警

適航條件是通航管理的重要基礎(chǔ)，也是預防事故的重要手段。通過對渡口（碼頭）及重點江段的風力風向、霧及水流速度的定時巡航，及時進行通航管理，是防范航運事故的重要措施。

三、總結(jié)

電子巡航系統(tǒng)，是構(gòu)建在長江海事基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上的，基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)包括光傳輸系統(tǒng)、IP承載網(wǎng)、海事業(yè)務(wù)廣域網(wǎng)，AIS基站及網(wǎng)絡(luò)、VTS站及網(wǎng)絡(luò)、CCTV點及網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)成為電子巡航的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

電子巡航要完成其工作，依賴兩大數(shù)據(jù)源：一是類似船舶數(shù)據(jù)、船員數(shù)據(jù)、船檢數(shù)據(jù)、簽證數(shù)據(jù)等的靜態(tài)數(shù)據(jù)，用于查詢、確定巡航對象的特征；二是類似GPS、AIS、VTS、CCTV等的動態(tài)數(shù)據(jù)，動態(tài)數(shù)據(jù)提供巡航對象的位置、狀態(tài)、影像等動態(tài)信息，這是海事監(jiān)管的主要信息來源。在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和兩大數(shù)據(jù)源的支撐下，定義了電子巡航的功能：船舶巡航、區(qū)段巡航、通航環(huán)境檢查、統(tǒng)計分析和報警輔助。電子巡航的軟件實現(xiàn)，關(guān)鍵問題是GPS、AIS、VTS、CCTV等動態(tài)數(shù)據(jù)的接口實現(xiàn)及將這些動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成船舶對象的位置信息顯示在地理信息系統(tǒng)（GIS）系統(tǒng)中，然后根據(jù)船舶的狀態(tài)完成相應(yīng)的操作，實現(xiàn)模擬的巡航任務(wù)。

通過調(diào)研分析傳統(tǒng)巡航中的問題，研究海事監(jiān)管設(shè)施的技術(shù)特點，利用GIS系統(tǒng)設(shè)計電子巡航的技術(shù)框架、實現(xiàn)方法，并開發(fā)電子巡航的軟件平臺，通過在長江海事局轄區(qū)使用，結(jié)果證明電子巡航能取得很好的效果，能滿足海事安全監(jiān)管的需要。

［1］歐濤，程論．基于GIS的船舶監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)［J］．科技傳播，2009，（8）：51－53．

［2］王飛舟，范成．自動識別系統(tǒng)（AIS）性能綜合評價［J］．中國航海，2001，（1）：14－17．

［3］鄭佳春．船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）信息發(fā)布技術(shù)［J］．航海技術(shù)，2004，（5）：32－34．

［4］郝文生．基于Linux的嵌入式船舶監(jiān)控終端軟件設(shè)計［D］．大連：大連理工大學，2009：50－52．

［5］劉克中，譚欽文，嚴新平，郝勇．海事監(jiān)控傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能研究［J］．中國航海，2009，（1）：1－5．

［6］程良倫．網(wǎng)絡(luò)工程概論［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2007：34－67．

［7］Józef UrbaˇEski，Wac?aw MorgaˇG，Cezary Specht．Perfecting the Maritime Navigation Information Services of the European Union［C］．Proceedings of the 2008 1st International Conference on Information Technology．2008：32－40．

［8］K Bryan，C Carthel．An end－to－end Maritime Surveillance Simulator prototype for the assessment of system effectiveness［C］．Waterside Security Conference（WSS）．2011：4－5．

［9］St－Hilaire，Marie－Odette，Lefebvre Eric，et al．Track modeling for maritime surveillance［C］．Proceedings of the 11th International Conference on Information Fusion．2008：5－24．

［10］顧德華，操志強，蘇東華．無線視頻監(jiān)控在黃浦江上游航段的應(yīng)用［J］．中國水運，2008，（3）：42－43．

［11］翟西歐．水上信息安全服務(wù)器集群監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)［D］．大連：大連海事大學，2009：2－3．