智慧航保重任在肩

文 / 本刊記者 陳楠枰

智慧航保重任在肩

文 / 本刊記者 陳楠枰

雖“春風(fēng)不度玉門關(guān)”，亦能漂洋過海直搗鹿特丹。

在海運(yùn)通道構(gòu)成著我國最重要能源原材料運(yùn)輸通道的今天，我們研究和探討建設(shè)21世紀(jì)海上絲綢之路，不能不涉及海上航道和重要海峽通道的安全保障問題。

擁有適度超前的基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸裝備、服務(wù)能力和支持保障系統(tǒng)，對海運(yùn)通道具有一定的影響力與控制力，能夠有效保障國家重要物資和人員的海上運(yùn)輸。

航保人亦早已清醒地認(rèn)識到，隨著中國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和國家地位的提高，在海上通道和航道安全保障領(lǐng)域應(yīng)該做出與一個(gè)負(fù)責(zé)任大國形象相匹配的貢獻(xiàn)。

而建立裝備現(xiàn)代化、管理信息化、反應(yīng)快速化、巡航搜救立體化的水上支持保障系統(tǒng)，持有強(qiáng)大的航海保障能力已經(jīng)且必須成為海運(yùn)強(qiáng)國的特點(diǎn)之一。

由一款航海APP說起

趕在2014年的最后一天，“海E行”終于正式上線，為廣大使用手機(jī)或平板電腦的航海用戶提供電子海圖瀏覽、航線繪制、海上定位及導(dǎo)航、航跡查詢等服務(wù)。

“以往我們的服務(wù)重點(diǎn)更多關(guān)注于港口航運(yùn)企業(yè)、中大型船舶，由于成本關(guān)系、船員素質(zhì)等原因，造成許多沿海低配小型船舶不能享受移動助航服務(wù)?！睋?jù)東海航海保障中心主任王鶴荀介紹，作為一款新的海上移動助航軟件，“海E行”專門針對小型漁船、低配非公約船舶及個(gè)人用戶設(shè)計(jì)開發(fā)，正為“貧民船”開啟不輸于中大型船舶的智慧航保服務(wù)。

通過手機(jī)APP下載“海E行”后記者發(fā)現(xiàn)，通過該款軟件不僅可以在線或離線下載電子海圖，實(shí)時(shí)獲取定期更新的港口、島嶼、礁石、水深、航標(biāo)等航海數(shù)據(jù)，還能隨時(shí)測量始發(fā)港、目的港及任意兩點(diǎn)間的航行距離，獲取電子海圖上任意點(diǎn)的經(jīng)緯度，或通過經(jīng)緯度查找目的地位置，為海上航行提供參考依據(jù)。

除此之外，不僅能滿足于對即將航行的線路進(jìn)行手工設(shè)計(jì)、修改及保存，讓海上航線設(shè)計(jì)更加智能、便捷，亦可通過GPS或沿海移動基站配合電子海圖進(jìn)行準(zhǔn)確定位、導(dǎo)航。

窺豹一斑，從構(gòu)思到上線測試，“海E行”的誕生從側(cè)面顯現(xiàn)著交通運(yùn)輸部東海航海保障中心以科技為媒、智慧航保的步履堅(jiān)定。誠然，這僅是騏驥一毛。

e-Navigation 為了更安全高效的航海

過去幾十年來，隨著數(shù)字化航海技術(shù)的迅速發(fā)展，GPS、BDS、AIS、電子海圖、無線電通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代技術(shù)在航海領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，為船舶航行提供了更加安全可靠的服務(wù)保障，海上信息技術(shù)得到明顯進(jìn)步和飛速發(fā)展。

基于云計(jì)算平臺、web云端和智能手機(jī)云端的“海e行”電子航行示意圖云服務(wù)平臺

然而，很多情況下這些技術(shù)的進(jìn)步都是單獨(dú)發(fā)生的，一些為船舶和陸上用戶服務(wù)的信息應(yīng)用系統(tǒng)獨(dú)自運(yùn)行，缺乏集成。越來越多的設(shè)備引入，使航海人員獲得信息的負(fù)擔(dān)大大增加，反而影響了航行安全和效率。

尷尬的現(xiàn)實(shí)面前，為減輕“大量信息導(dǎo)致的混亂”，“e-Navigation（E-航海）”研究項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。

國際海事組織將“E-航海”定義為：“通過電子的手段，收集、整合、交換、顯示和分析船方和岸方海上信息，以加強(qiáng)泊位到泊位航行和相關(guān)服務(wù)，從而提高海上航行安全和安保能力，保護(hù)海上環(huán)境?！?/p>

國際航海界普遍認(rèn)為，“E-航?！辈粦?yīng)是硬件設(shè)備，而是信息的集成，是航海信息的大平臺，是先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)。

本著“航行更安全，成本更低”的最終目標(biāo)，世界發(fā)達(dá)國家相繼開展“E-航?！睉?zhàn)略研究和系統(tǒng)開發(fā)等相關(guān)工作，從用戶需求、框架結(jié)構(gòu)、差距分析、成本/效益分析和風(fēng)險(xiǎn)研究出發(fā)，基于這些研究結(jié)果，著手制定“E-航?！睉?zhàn)略實(shí)施計(jì)劃。

建立中國獨(dú)有的框架體系

對“E-航?！钡氖芤嬗脩舳?，只要關(guān)心在信息域獲得的信息是否滿足自己需要，而不需要知道這些信息具體來源于哪個(gè)具體的技術(shù)服務(wù)子系統(tǒng)或哪個(gè)設(shè)備。

對“E-航?！毕到y(tǒng)而言，則只需要根據(jù)用戶各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)請求，從不同的技術(shù)服務(wù)子系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，并以標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式、適當(dāng)?shù)恼宫F(xiàn)形式提供給用戶，從而滿足用戶需求。

近年來，交通運(yùn)輸部東海航海保障中心亦以現(xiàn)有科研成果為技術(shù)基礎(chǔ)，以自身科技力量為研發(fā)主體，聯(lián)合相關(guān)高校、科研院所、港口集團(tuán)、引航、氣象服務(wù)、水文管理等有關(guān)部門，著手開展“E-航?！表?xiàng)目研究。

“國際上，‘E-航?！陌l(fā)展已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施階段，而中國還處于跟蹤分析消化狀態(tài)?！蓖斛Q荀介紹，隨著海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，積極實(shí)施中國的“E-航?！表?xiàng)目，參與相關(guān)國際技術(shù)交流與合作，將有助于提高在國際海事事務(wù)中的話語權(quán),更好地融入國際海事發(fā)展的趨勢與潮流，并更好地服務(wù)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展。

王鶴荀這樣表述其對“E-航?！敝袊鴳?zhàn)略的愿景，“建立中國的‘E-航?！蚣荏w系，實(shí)現(xiàn)航海保障類數(shù)據(jù)信息在船舶和岸上設(shè)施之間交換，并整合、轉(zhuǎn)換這些數(shù)據(jù)，成為各利益相關(guān)方支持決策和行動的助航保障服務(wù)信息。通過戰(zhàn)略實(shí)施，達(dá)到‘航路更安全、領(lǐng)海更安保、航運(yùn)更高效、系統(tǒng)更集成’的總體目標(biāo)。”

為此，東海航海保障中心根據(jù)“E-航海”的航海保障服務(wù)系統(tǒng)總體架構(gòu)，在關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新、海上服務(wù)集國際標(biāo)準(zhǔn)化和S-100為標(biāo)準(zhǔn)的海上通用數(shù)據(jù)交換模型國際標(biāo)準(zhǔn)化等三個(gè)方面著力開展此套集成框架在中國的應(yīng)用研究。

“以技術(shù)架構(gòu)為骨架的基礎(chǔ)上，‘E-航?！瘧?zhàn)略真正實(shí)施的血肉是各類針對不同用戶需求的海上服務(wù)集。每個(gè)服務(wù)都針對特定的用戶需求或底層數(shù)據(jù)服務(wù)，如AIS數(shù)據(jù)采集服務(wù)、船舶進(jìn)出港口統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)、水上交通管理服務(wù)、航海保障系列服務(wù)等等。這些服務(wù)構(gòu)成了‘E-航海’的核心，是其‘按需服務(wù)’宗旨的體現(xiàn)?！蓖斛Q荀表示。

自升式鉆井平臺站樁定位

強(qiáng)大的航海保障能力不僅關(guān)系到船舶的航行及安全，也關(guān)系到我國沿海港口經(jīng)濟(jì)建設(shè)和海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)。

其中，以無線電指向標(biāo)-差分北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、海上北斗連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)、水上安全信息數(shù)字廣播系統(tǒng)、寬帶VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、電子海圖服務(wù)云平臺為技術(shù)突破點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建ENIC（e-Navigation in China）系統(tǒng)，建設(shè)洋山港示范區(qū)。

長江口北斗CORS網(wǎng)絡(luò)整體圖

大戢山差分北斗（RBN-DBDS）系統(tǒng)覆蓋范圍

右一為王鶴荀

智慧航海也能低成本航海

盡管“E-航?！钡南到y(tǒng)技術(shù)架構(gòu)以站在信息化服務(wù)為制高點(diǎn)，以“智能化”為指導(dǎo)原則，是船舶通信導(dǎo)航的“云”。它集成所有相關(guān)海上技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)，按照統(tǒng)一的業(yè)務(wù)模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，最終實(shí)現(xiàn)用戶按需獲取數(shù)據(jù)、隱藏?cái)?shù)據(jù)來源和通信方式的智能化服務(wù)保障體系，實(shí)現(xiàn)簡捷而有效的船船、船岸、岸船和岸岸之間的通訊，保障船舶航行安全、提高海上交通效率。

強(qiáng)大的航海保障能力不僅關(guān)系到船舶的航行及安全，也關(guān)系到我國沿海港口經(jīng)濟(jì)建設(shè)和海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)。

無線電指向標(biāo)-差分北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

2013年初，東海航海保障中心組織實(shí)施北斗和GPS雙模交替播發(fā)差分改正試驗(yàn)及定位精度比對試驗(yàn)，其定位精度可以達(dá)到亞米級，各項(xiàng)性能指標(biāo)“完勝”全球定位系統(tǒng)，獲得2014年度中國航海科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

中心開發(fā)BDS基準(zhǔn)站、監(jiān)測站、發(fā)射機(jī)、雙模接收機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)等具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的軟硬件系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上，完成全球首座BDS/GPS雙模臺站--大戢山RBN-DGNSS（DBDS+DGPS）臺站的建設(shè)，于2013年7月1日起試運(yùn)行，于2014年1月1日起正式運(yùn)行。

北斗CORS系統(tǒng)

2013年，東海航海保障中心在長江口橫沙島、雞骨礁、大戟山、蘆潮港架設(shè)四處基準(zhǔn)站，并于上海海事測繪中心建成的地面數(shù)據(jù)處理中心，建成我國首個(gè)專門服務(wù)于沿海水域的北斗多基站地基網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)服務(wù)系統(tǒng)，填補(bǔ)了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在此領(lǐng)域的空白。

經(jīng)大量的測試數(shù)據(jù)驗(yàn)證，在系統(tǒng)覆蓋的2213平方公里核心區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了水平精度3厘米、垂直精度5厘米的高精度定位，5812平方公里高精度區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了水平精度15厘米的實(shí)時(shí)定位，12132平方公里區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了亞米級的實(shí)時(shí)定位。系統(tǒng)建成后在海道測量、水運(yùn)工程、大型裝備制造和航運(yùn)物流等涉海領(lǐng)域得到應(yīng)用。

水上安全信息數(shù)字廣播系統(tǒng)

在NAVDAT電子海圖發(fā)布傳輸試驗(yàn)中，一幅電子海圖的更新包文件（91KB）只用37秒就傳輸完成，實(shí)現(xiàn)了電子海圖的遠(yuǎn)程自動更新。

2013年初，東海航海保障中心著手NAVDAT研發(fā)前期準(zhǔn)備工作，收集、研究有關(guān)NAVDAT技術(shù)資料，編制研發(fā)方案，完善頂層設(shè)計(jì)。同時(shí)開展NAVDAT系統(tǒng)中OFDM調(diào)制技術(shù)、NAVDAT數(shù)據(jù)幀、SIS數(shù)據(jù)源等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)研究，完成部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行測試工作，技術(shù)研究進(jìn)度位居國際前列。

寬帶VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

GMDSS現(xiàn)代化戰(zhàn)略是IMO制定的未來海事重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容，解決海上通信現(xiàn)代化問題，其中GMDSS現(xiàn)代化一個(gè)主要目標(biāo)是建設(shè)新一代的VHF水上數(shù)字通信系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)e-Navigation的前提和保障。下一代寬帶VHF數(shù)據(jù)通信主要應(yīng)用在船對岸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、岸對船數(shù)據(jù)接入、船對船數(shù)據(jù)通信。

東海航海保障中心攜手上海海事大學(xué)合作開展寬帶VHF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究，并開發(fā)完成相關(guān)樣機(jī)設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)中，采用100KHz的通信帶寬，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在20Km的距離上，有效傳輸速率304.5Kbps的高速數(shù)字通信。

電子海圖服務(wù)云平臺

經(jīng)過多年技術(shù)研究和論證，東海航海保障中心構(gòu)建了“中國海事官方電子海圖云服務(wù)平臺”——“海E行”，開發(fā)支持云服務(wù)的安卓、IOS平臺智能移動終端客戶端應(yīng)用軟件，為用戶提供電子海圖數(shù)據(jù)及豐富的GIS功能。

針對用戶的不同需求，電子海圖云服務(wù)主要有兩種提供形態(tài)，一是用戶可通過在線調(diào)用的形式訪問中國海事電子海圖云，在線體驗(yàn)，二是針對不能連接互聯(lián)網(wǎng)的用戶可選擇離線包下載服務(wù)的方式。

洋山港e-Navigation示范工程

洋山港e-Navigation示范工程建設(shè)主要是保障能見度不良情況下（500m～1000m）的大型集裝箱船舶進(jìn)出洋山港航行的安全。能見度不良航行期間，需強(qiáng)化對通航船舶的監(jiān)控能力和手段，維護(hù)管區(qū)內(nèi)船舶秩序和安全、確保洋山進(jìn)港主航道暢通和強(qiáng)化對小型船舶的監(jiān)控能力和手段。

因船長對于航行環(huán)境不熟悉且最新的航道信息沒有及時(shí)更新，致使船長所參考的信息已經(jīng)過時(shí)，最終使得船舶擱淺的新聞已經(jīng)并不新鮮。倘若不幸翻船，這是一艘滿載原油的船舶，由擱淺而引發(fā)泄漏或燃燒、爆炸，對港口生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)無疑是毀滅性打擊。

交通運(yùn)輸部例行新聞發(fā)布會宣布《北極航行指南（東北航道）》正式出版發(fā)行

“相比于6.4億元的損失，投資3000萬元用于洋山港‘E-航?！痉秴^(qū)一期項(xiàng)目，就能在見度不良的情況下保障大型集裝箱船舶進(jìn)出洋山港航行的安全?！?/p>

安全是航行保障不容忽視的根基。在“E-航?！睉?zhàn)略中，各類海上服務(wù)之間進(jìn)行著不同類型數(shù)據(jù)的交換和傳輸。針對特定數(shù)據(jù)的描述，在交換中應(yīng)具有一定的標(biāo)準(zhǔn)模型，同時(shí)在數(shù)據(jù)交換過程中還需要標(biāo)準(zhǔn)的交換協(xié)議。

“基于S-100標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)是‘E-航?！瘧?zhàn)略落地的血液，使各類海上服務(wù)集之間，能夠無縫進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)信息交換，從而實(shí)現(xiàn)各部分之間的互連互通?！蓖斛Q荀告訴記者。

當(dāng)然，智慧航海并不意味著高成本航海。

東海航海保障中心項(xiàng)目組成員俞毅曾為“E-航?！表?xiàng)目算過一筆成本賬，其附加在實(shí)際價(jià)值中的經(jīng)濟(jì)價(jià)值著實(shí)令人唏噓。

根據(jù)以往實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，上海港水域每年有近20天會遭遇霧天困擾，大批船舶尤其是集裝箱班輪面臨延誤，港口生產(chǎn)受到極大影響。

以上海國際港務(wù)集團(tuán)為例，2013年，該集團(tuán)貨物吞吐量為5.42億噸，同比增長7.97%；其中，集裝箱吞吐量3361.7萬標(biāo)準(zhǔn)箱，同比增長3.34%。“目前，上港集團(tuán)日均集裝箱吞吐量約4萬標(biāo)箱，以此估算，每年受到霧天影響的就有近80萬標(biāo)箱。若將每個(gè)標(biāo)箱在港區(qū)的裝卸利潤按800元來計(jì)算，每年僅因受到霧天影響導(dǎo)致集裝箱裝卸的經(jīng)濟(jì)損失能高達(dá)6.4億元！”

“相比于6.4億元的損失，投資3000萬元用于洋山港‘E-航海’示范區(qū)一期項(xiàng)目，就能在見度不良的情況下保障大型集裝箱船舶進(jìn)出洋山港航行的安全。”俞毅表示。

“從前，我們關(guān)注的重點(diǎn)是如何保障船舶安全航行；現(xiàn)在，我們更關(guān)注在保證安全的前提下，降低運(yùn)營成本，因?yàn)橹挥羞@樣，才能實(shí)現(xiàn)航海事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為建設(shè)海洋強(qiáng)國注入源源不斷的生機(jī)和活力。”東海航海保障中心副主任、總工程師劉嘉華如是說。

北極東北航道航行指南（2014版） 封面

CORS2014擴(kuò)展圖

無人測量艇

無人測量艇：帶著電子眼海底

2013年2月至3月，在交通運(yùn)輸部海事局該年度第二次南海巡航中，水面智能無人測量艇于南海西沙和南沙海域?qū)嵤┪覈状魏Ｉ蠈?shí)地應(yīng)用并獲得成功。同年榮獲中國航?？萍歼M(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

南海巡航中，上海海事測繪中心利用無人測量艇對南海西沙某大型軍港水下障礙物進(jìn)行成功探測，解決了該軍港長期無法靠泊大型船艦的問題；同時(shí)還對南海南沙諸島礁實(shí)施了水下地形地貌測繪工作，“其社會效益、軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益無法估量?！?/p>

“從2010年開始，中心的研發(fā)團(tuán)隊(duì)即針對近海淺水域特別是島礁、沉船、淺灘等危險(xiǎn)水域吃水淺、障礙物多、涌浪影響嚴(yán)重等水域特點(diǎn)和難點(diǎn)問題，創(chuàng)新性地研究開發(fā)基于機(jī)器人技術(shù)的、用于近海淺水域海洋測繪的水面智能無人測量艇?！蓖斛Q荀介紹。

據(jù)悉，項(xiàng)目基于智能機(jī)器人技術(shù)，研制海洋測繪和海洋環(huán)境監(jiān)測，不僅實(shí)現(xiàn)了無人智能化、大范圍、網(wǎng)格化的海洋多要素綜合測量功能，突破了目前海洋測繪和環(huán)境監(jiān)測的時(shí)空限制，并達(dá)到了國際海道測量組織IHO SP44特級測量標(biāo)準(zhǔn)。具有智能化、遠(yuǎn)距離穩(wěn)定自主航行、多種測量技術(shù)集成與綜合、操作簡便、適應(yīng)性廣的強(qiáng)大優(yōu)勢。

2014年，東海航海保障中心的第二條無人測量艇隨第31次南極科考隊(duì)赴南極進(jìn)行南極羅斯海水域海圖測量工作，更于近日成功獲取維多利亞地新站附近海域12平方公里的水下地形測繪資料，完成測線280公里，制作完成墨卡托投影的1:5000大比例尺海圖，為雪龍船在該海域的航行安全以及尋找合適錨地提供了科學(xué)依據(jù)。在國際上率先開展海區(qū)無人智能化、大范圍、網(wǎng)格化海洋測繪。開辟了機(jī)器人與海洋測繪相結(jié)合的新領(lǐng)域，提升了我國海洋測繪裝備的技術(shù)水平。

據(jù)介紹，考察活動中，東海航海保障中心承擔(dān)了航標(biāo)助導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)和相關(guān)水域測繪工作任務(wù)，并專程派出兩名技術(shù)骨干隨船執(zhí)行測繪任務(wù)。專用AIS移動基站、北斗AIS船載終端及單人AIS示位儀，可利用北斗衛(wèi)星遠(yuǎn)程船舶中繼監(jiān)測和短報(bào)文信息服務(wù)功能，為“雪龍”號在冰區(qū)航行破冰中播發(fā)AIS虛擬航標(biāo)，標(biāo)示破冰航路，提高破冰前進(jìn)的效率和準(zhǔn)確性，同時(shí)使中國極地中心及時(shí)掌握“雪龍”號航行途中的動態(tài)信息。單人AIS示位儀則為離船和冰上工作人員進(jìn)行定位跟蹤及指示目標(biāo)方位，大大提高了科考隊(duì)員作業(yè)的安全系數(shù)。