基于AIS海上交通調(diào)查的寧波—舟山核心港區(qū)船舶定線制

劉軼華， 肖英杰， 關克平

(上海海事大學 商船學院，上海 201306)

0 引 言

寧波—舟山核心港區(qū)已經(jīng)成為一個一干線四大基地(集裝箱遠洋干線港、國內(nèi)最大的礦石中轉基地、國內(nèi)最大的原油轉運基地、國內(nèi)沿海最大的液體化工儲運基地和華東地區(qū)重要的煤炭運輸基地)綜合型大港.[1]大型船舶進出該港區(qū)一般都航行在推薦深水航路上，因此在推薦深水航路附近水域船舶密度大、會遇頻繁.隨著新一輪港區(qū)開發(fā)建設以及漁業(yè)養(yǎng)殖、捕撈、采砂等海洋經(jīng)濟活動的日益頻繁，進出該水域船舶的大型化趨勢將日益顯著，船舶通航密度將進一步加大，船舶會遇率也會提高，通航環(huán)境將趨于復雜化和無序化，水上交通風險將增加.為推進寧波—舟山核心港區(qū)水上交通的可持續(xù)發(fā)展，適應船舶大型化、專業(yè)化和快速化的發(fā)展趨勢，保障水上交通安全，水上交通主管部門擬在寧波—舟山核心港區(qū)訂立船舶定線制，希望能夠通過船舶定線制的實施，有效梳理蝦峙門水道及其轄區(qū)水域的船舶交通流，提高船舶交通效率和安全水平，提升核心港區(qū)的競爭能力.因此，需對轄區(qū)水域的交通進行調(diào)查，掌握寧波—舟山核心港區(qū)船舶交通的實際情況，為寧波—舟山核心港區(qū)的船舶定線制設計提供基本素材.

1 海上交通調(diào)查

海上交通調(diào)查就是采用一切有效手段收集海上交通的基本數(shù)據(jù)并隨之進行統(tǒng)計分析和理論研究,以便從宏觀上和微觀上了解和掌握海上交通的實際狀況、基本特征和一般規(guī)律.海上交通調(diào)查主要分為海上交通觀測、查閱港口船舶記錄與統(tǒng)計報表和問卷調(diào)查，其中海上交通觀測是主要和基本的調(diào)查方法，它是收集海上交通宏觀數(shù)據(jù)的直接手段.[2]海上交通觀測一般可分為視覺觀測、雷達觀測和航空攝影等3種方法.[3]隨著船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System，AIS)在船舶上的普遍應用，基于船舶AIS數(shù)據(jù)的海上交通調(diào)查成為一種新的海上交通調(diào)查手段.[4-6]結合電子海圖顯示系統(tǒng)，特定水域船舶AIS交通流信息能直觀地反映該水域宏觀交通流和門線船舶交通流微觀信息和數(shù)據(jù)，具有傳統(tǒng)海上交通調(diào)查方法無法比擬的優(yōu)勢.[7-8]

2 基于AIS的海上交通調(diào)查

2.1 基于AIS的海上交通調(diào)查簡介

基于AIS的海上交通調(diào)查按時間序列分為AIS數(shù)據(jù)收集、AIS數(shù)據(jù)篩選以及AIS數(shù)據(jù)分析等3個步驟[9].如果收集的AIS數(shù)據(jù)在時間跨度上足夠長，那么基于AIS數(shù)據(jù)的船舶交通流量軌跡圖能很直觀地表征特定水域宏觀交通流.一般AIS數(shù)據(jù)都由船舶交通服務(Vessel Traffic Services,VTS)中心提供，能夠滿足時間跨度長的要求.基于AIS的海上交通調(diào)查流程見圖1.

圖1 基于AIS的海上交通調(diào)查流程

2.2 基于AIS的核心港區(qū)船舶交通流宏觀分析

為獲取核心港區(qū)現(xiàn)階段的船舶交通情況，在2008年4月4日至7日組織實施為期3天的基于AIS數(shù)據(jù)的寧波—舟山核心港區(qū)船舶交通流觀測，對于沒有裝備(或未開啟)AIS的船舶，通過VTS中心的信息平臺進行人工輔助觀測. 基于上述觀測資料，可以在電子海圖信息系統(tǒng)上清晰地顯示核心港區(qū)的船舶航跡分布[10]，見圖2.從圖中可以看出整個核心港區(qū)主要存在4個船舶交通會遇區(qū)域：桃花島西北部水域、峙頭山與岙山之間進入螺頭水道的水域、大貓島與大榭島之間進入橫水洋的水域、馬峙聯(lián)檢過駁錨地水域.圖2中標示1,2,3的區(qū)域為核心港區(qū)推薦深水航路上的重點會遇水域.

圖2 寧波—舟山核心港區(qū)船舶航跡

圖3 寧波—舟山核心港區(qū)推薦深水航路

轄區(qū)內(nèi)船舶航跡基本是沿著推薦深水航路航行的,見圖3.以從外海進港方向為例，蝦峙門水道可航水域寬度受到限制，船舶航跡呈現(xiàn)明顯收斂趨勢；出蝦峙門水道，在峙頭洋水域航跡由收斂向發(fā)散轉變，航跡覆蓋水域寬度較大；到達2號水域時，這種發(fā)散趨勢達到最大；航經(jīng)螺頭水道到達3號水域前，航跡又趨于收斂，過螺頭角后，航跡又趨于發(fā)散；橫水洋冊子水道可航水域寬闊，航跡較分散.通過VTS中心人工輔助觀測發(fā)現(xiàn),在佛渡水道有兩股較集中小船(未裝備或未開啟AIS的船舶)交通流在1號水域的上溜網(wǎng)重島北面和小洋貓島東南附近水域橫穿推薦深水航路.因此，通過以上的船舶交通調(diào)查，可以宏觀上顯現(xiàn)出核心港區(qū)主要交通流方向和各水域船舶交通流交叉區(qū)域位置和粗略情況，便于在設計定線制方案時充分考慮現(xiàn)有航路習慣及航路交叉水域警戒區(qū)的設置等問題.

2.3 基于AIS的核心港區(qū)船舶交通流微觀分析

以從外海進港方向為例，在不同的航段截取航跡的斷面進行數(shù)據(jù)分析，采用門線圖表征航道斷面的船舶交通流微觀情況,見圖4～7.

觀測期內(nèi)通過蝦峙門水道蝦峙角附近門線的船舶203艘次，其中進99艘次、出104艘次，航跡分布水域寬度約1 600 m，從200 m等寬的船舶過門線柱狀圖可以看出，船舶進出總體是各自靠右航行的，進港的76%和出港的84%均在航道中心線各自右側航道水域內(nèi).該門線最左面200 m水域航行的船舶占進港的1%，平均船長為300 m,平均過線航速為12.8 kn.根據(jù)以上信息并結合AIS信息查詢，確定上述船舶為從蝦峙南錨地起錨進港的超大型船舶；出港船舶的16%在門線右邊800 m水域通過，平均船長99～189 m，結合相關船舶航跡附帶信息可知，其中的大部分船舶是向北方航行的.對不同航段門線圖的分析，可以為船舶定線制中主軸基本尺度的確定提供參考數(shù)據(jù)；在航跡交叉的水域，也可以利用航跡交叉的4個水域門線圖分析交叉水域的船舶交通情況，為警戒區(qū)的設置提供依據(jù).

3 核心港區(qū)定線制設計及實施

3.1 設計思路

船舶定線制設計時需要考慮核心港區(qū)推薦深水航路附近水域的通航現(xiàn)狀、港區(qū)發(fā)展規(guī)劃、通航安全和交通便捷情況.[11]為設計科學合理的定線制方案，首先需要確定船舶定線制設計方案中的主軸線.主軸線的確定需要考慮船舶流量的現(xiàn)狀、船舶流量的發(fā)展趨勢、航道上船舶流量的主要方向、航跡分布等要素.在確定主軸線的基礎上，考慮交叉航路警戒區(qū)的設置，確保定線制設計的科學合理性.因此，核心港區(qū)船舶定線制設計和主要尺度的確定就顯得尤為重要，需要選取科學的依據(jù)、合理銜接前后各主要航道、梳理不同的船舶交通流、滿足轄區(qū)水域安全通航的需求.核心港區(qū)船舶定線制設計思路見圖8.

圖8 核心港區(qū)船舶定線制設計思路

3.2 設計原則

船舶定線制主要通過分隔反向船舶交通流，減少或避免對遇或接近對遇的小角度交叉局面，理順區(qū)域船舶交通流，以利于海上船舶交通組織和提高船舶交通效率，進而減少區(qū)域內(nèi)水上交通事故的發(fā)生率，避免海洋環(huán)境污染.船舶定線制設計應遵循的原則如下：

(1)盡可能遵循該區(qū)域的船舶習慣航路.

不必在每筆交易之前都進行資信調(diào)查，多數(shù)時候廠家可直接參考已設定的經(jīng)銷商信用額度做決策。對于欠款較多或超過信用額度的經(jīng)銷商，必須定期進行資信調(diào)查；至于在信用額度內(nèi)或欠款較少的經(jīng)銷商，則不必經(jīng)常大費周折，可采取不定期方式，進行小范圍的資信調(diào)查，從而節(jié)省資信調(diào)查的人力、物力和時間等成本。

(2)盡可能減少在一條航路中航向的改變.避免在接近交通匯聚區(qū)或預計會出現(xiàn)大量船舶交叉航行的區(qū)域改變航向.

(3)盡量少設置交通匯聚區(qū)和航路連接處且使彼此盡可能遠離；設置鄰近的分道通航制時考慮將方向接近相反的交通流隔開遠些；航路連接處不設置在可不按交通流方向航行船舶(如輪渡)較集中的區(qū)域.

(4)最佳地使用該區(qū)域的助航設施及國際公約或IMO決議或建議所要求的船用助航設備.

(5)保證主管機關能獲得船舶定線區(qū)域及其附近水域的水深、底質和航行危險物等與航行安全相關的詳細資料.

3.3 定線制設計

3.3.1 主軸線的確定

在確定寧波—舟山核心港區(qū)船舶定線制設計方案中的主軸線時，分別考慮該港區(qū)推薦航路附近水域航路圖和船舶航跡分布.[12]根據(jù)觀測期內(nèi)的AIS數(shù)據(jù)和VTS中心人工輔助觀測數(shù)據(jù)，推薦航路附近的交通流基本上呈現(xiàn)一條主軸、多級交叉的格局.主軸是核心港區(qū)船舶的習慣航路，另有許多小船習慣航路與主軸交叉，其中蝦峙門口至涂泥嘴北側航路最復雜.定線制設計方案中主軸線(見圖9)由10點組成，其位置及各點之間的航向、航程見表1.

圖9 主軸線示意

表1 主軸線各點位置及各點之間的航向和航程

3.3.2 基本尺度的確定

表2 各航段之間的航道寬度分布

根據(jù)主軸線附近水域推薦深水航路的可航寬度，結合基于AIS的核心港區(qū)船舶交通流航跡分布數(shù)據(jù)，再考慮船舶機動操縱的余地，定線制設計方案中主軸線的基本寬度確定如下：

(1)蝦峙門外深水航道航段擁有深水人工航槽，全長10.5 n mile，通航底標高-22.1 m(理論深度基準面)，航道設計寬度為390 m.規(guī)劃以深水航槽為依據(jù)設置深水航路，寬度為390 m.

(2)蝦峙門進港航道目前通航水域寬度700～2 800 m，航路最窄處在蝦峙門航道下欄山海面，可航水域寬度約為700 m，規(guī)劃航道寬度取700 m，中間設隔離線,單向航道寬度為350 m.

(3)峙頭洋目前航道水域寬度1 400～2 200 m，規(guī)劃航道寬度取1 000 m，單向航道寬度為500 m，中間設寬度為200 m隔離帶.

(4)螺頭水道目前通航水域寬度為2 500 m，規(guī)劃航道寬度取1 000 m，單向航道寬度為500 m，中間設寬度為200 m隔離帶.

(5)冊子水道目前通航水域寬度為3 900 m，規(guī)劃航道寬度取1 000 m，單向航道寬度為500 m，中間設寬度為200 m隔離帶.

3.3.3 警戒區(qū)的設置

為滿足不同航路船舶的通航需求并保證船舶會遇時的安全，需要科學和合理地規(guī)劃船舶定線制中警戒區(qū)的位置和范圍，考慮不同航路船舶流量的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，航道上船舶流的主要方向、軌跡分布和主要會遇區(qū)域，需要特殊安全保證的島際客運船舶習慣航路等要素.[13]交叉航路船舶定線制警戒區(qū)規(guī)劃見圖10，具體說明如下.

圖10 寧波—舟山核心港區(qū)定線制警戒區(qū)規(guī)劃

①#0警戒區(qū)設置在A1附近分道通航水域，為多通道的四邊形，分別設置南、北方向和深水航道的通航分道.南、北方向的通航分道設計成分隔帶為0.11 n mile,單向通航寬度為0.35 n mile,邊長均為0.81 n mile的平行四邊形，是由以下4點連線構成的水域：29°45′21.5″N，122°19′21″E；29°44′51″N，122°20′06″E；29°43′41″N，122°19′37″E；29°44′12″N，122°18′54″E.

②#1警戒區(qū)設置在A4附近分道通航水域，是底邊為0.65 n mile,高為1.08 n mile的矩形，由以下4點連線構成的水域：29°50′27.5″N，122°11′59″E；29°50′45″N，122°12′41″E；29°51′49″N，122°12′06.5″E；29°51′31″N，122°11′26″E.

③#2警戒區(qū)設置在A5與A6之間的分道通航水域，是長邊為2.37 n mile，短邊為1.94 n mile的四邊形，由以下4點連線構成的水域：29°55′42″N，122°07′55″E；29°55′03″N，122°05′12″E；29°55′03″N，122°07′23.5″E；29°55′42″N，122°05′12″E.

④#3警戒區(qū)設置在A7附近分道通航水域，是以長邊為1.08 n mile,短邊為0.65 n mile的長方形，由以下4點連線構成的水域：29°56′18.5″N，122°01′07″E；29°55′46″N，122°00′37″E；29°57′05″N，122°00′17″E；29°56′33″N，121°59′48″E.

⑤#4警戒區(qū)設置在A8附近分道通航水域，是邊長為0.65 n mile的正方形，由以下4點連線構成的水域：29°59′27″N，121°57′28″E；29°59′51″N，121°58′04″E；29°59′20″N，121°58′30″E；29°58′56″N，121°57′54″E.

3.4 定線制實施方案

依據(jù)寧波—舟山核心港區(qū)定線制設計方案，經(jīng)過海事部門、港航企業(yè)及引航站等專家的評審，認為：#1警戒區(qū)設置應該考慮桃花島北面船舶經(jīng)警戒區(qū)出港時桃花島的遮蔽影響；#2警戒區(qū)不要設置在轉向段，建議在與A7同緯度區(qū)域范圍另行專題研究；警戒區(qū)設置太多，建議將#4警戒區(qū)改成環(huán)形道.

根據(jù)上述建議，最終確定寧波—舟山核心港區(qū)定線制由分道通航制、環(huán)形通道、深水航槽、警戒區(qū)和沿岸通航帶組成，其中有15條通航分道、1條環(huán)形航道、1條深水航道、4個警戒區(qū)和若干沿海通航帶組成，全長50.61 n mile，沿途共設有13條報告線和16座AIS虛擬航標，是目前我國沿海采取通航分道最多、定線制形式最復雜的船舶定線制，實施方案見圖11[14],基本上與AIS海上交通調(diào)查后初步擬定的主軸線及警戒區(qū)位置一致，只是在位置和尺度上有微調(diào).

圖11 寧波—舟山核心港區(qū)船舶定線制實施方案

4 結 論

基于AIS信息的海上交通調(diào)查為寧波—舟山核心港區(qū)的船舶交通狀況把脈，在補充VTS中心人工輔助觀測的小船交通流量后，此次海上交通調(diào)查能從宏觀上反映船舶習慣航路及交叉航路的水域，為定線制主軸的確定、分道通航水域主軸的確定和警戒區(qū)位置的設定提供詳細參考數(shù)據(jù)；又能從微觀上分析通過門線上船舶的相關參數(shù)及進出港船舶航跡分布，為定線制方案中具體主尺度的確定提供參考依據(jù).

參考文獻：

[1]汪長江, 楊美麗. 寧波—舟山港一體化建設發(fā)展障礙與對策[J]. 經(jīng)濟社會體制比較, 2008(1): 172-176.

[2]吳兆麟. 海上交通工程[M]. 大連: 大連海運學院出版社,1993: 22-44.

[3]金一丞, 徐德興, 楊贊, 等. 用于海上交通調(diào)查的新方法[J]. 大連海運學院學報, 1988, 14(1): 49-56.

[4]白宇明, 戴冉, 孫立成, 等. AIS在海上交通調(diào)查中的應用[J]. 中國航海, 2006, 29(1): 82-85.

[5]紀賢標, 邵哲平, 潘家財, 等. AIS信息分布式采集系統(tǒng)的開發(fā)及關鍵技術[J]. 上海海事大學學報, 2007, 28(1): 28-31.

[6]周劍敏, 王捷. 基于AIS數(shù)據(jù)的智能船舶動態(tài)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]. 上海海事大學學報, 2009, 30(4): 26-29.

[7]王艷軍, 王曉峰. AIS和北斗終端組合在船舶動態(tài)監(jiān)控中的應用[J]. 上海海事大學學報， 2011, 32(4): 17-21.

[8]翁躍宗, 孫騰達. 基于電子海圖的船舶定線輔助系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)[J]. 中國航海, 2004, 27(3): 8-11.

[9]張壽桂, 翁躍宗, 彭國均. 臺灣海峽船舶定線制設計的數(shù)據(jù)空間處理與分析[J]. 地球信息科學, 2006, 8(3): 62-68.

[10]肖英杰. 寧波—舟山港核心港區(qū)深水航路船舶定線制設計研究報告[R]. 上海海事大學, 2009.

[11]顏江峰. 船舶定線制對提高通航效率的作用[J]. 船海工程, 2006(4): 83-84.

[12]張浩, 俞斌, 肖英杰, 等. 船舶定線制設計方案評價[J]. 上海海事大學學報, 2010, 31(2): 5-9.

[13]史云劍. 船舶定線制規(guī)定中警戒區(qū)的涵義[J]. 航海技術, 2008(2): 8-9.

[14]葉國鑫, 肖英杰. 寧波—舟山港核心港區(qū)深水航路船舶定線制解讀[J]. 中國海事, 2010(8): 27-30.