虛擬航標在海洋油氣開發(fā)設施上的應用研究

鐘漢明

摘要：隨著我國海洋油氣田勘探開發(fā)的發(fā)展，離岸海洋油氣平臺以及平臺間海底管線、電纜等數(shù)量與日俱增，也增加了過往船舶與平臺發(fā)生碰撞的風險以及過往船舶對海底管線和電纜損壞等風險。針對此問題，結合虛擬航標的應用及發(fā)展現(xiàn)狀，以及海洋油氣開發(fā)設施特點，提出了將虛擬航標應用到海洋油氣開發(fā)設施的方案，用以保障海洋油氣開發(fā)設施的安全生產和船舶安全航行，并對應用中可能存在問題進行了分析。

關鍵詞：虛擬航標 ?油氣開發(fā)設施 ?自動識別系統(tǒng) ?應用現(xiàn)狀

引言

隨著海洋油氣勘探和開采技術不斷提升，海上油氣采集、生產和附屬設施的數(shù)量也不斷增加，在某些海域形成了平臺群以及相關的海底管線/電纜等附屬設備，給過往船舶安全航行帶來了隱患[1]。同時，海上過往商船、漁船和作業(yè)工程船舶在航行和作業(yè)過程中，一旦與海洋油氣開發(fā)設施發(fā)生碰撞會帶來極大的危害，嚴重影響海上石油的安全生產。此外，海洋平臺也會對周圍的通航環(huán)境和船舶安全航行造成一定的影響[2]。

目前，防止船舶與海洋平臺的保障措施主要有人為的措施，如設置信號燈，警示標志，以及派守護船在周圍守護警戒，這些措施有效地保障了海洋油氣設施的安全作業(yè)。但是在能見度不良或者其他惡劣天氣等情況下，以上措施很難發(fā)揮其作用，應對船舶的碰撞風險，以及船舶拋錨對海底管線和電纜的破壞風險，海洋油氣開發(fā)設施迫切需要一種新的安全保障機制。虛擬航標是一種基于AIS技術、ECDIS等技術的一種為過往船舶標識障礙物或者提供危險物警告的有效手段，其抗惡劣環(huán)境干擾能力強、易布設等特點很好地契合了海洋平臺安全保障的需要。

虛擬航標的工作原理

虛擬航標是基于 AIS 網絡而產生和發(fā)展的新型航標應用技術，是一種不存在的無實體的航標，它需要從附近的AIS基站發(fā)送相關信息。它綜合了計算機、衛(wèi)星導航定位、網絡技術和AIS等現(xiàn)代高新技術在航標領域中的應用，將AIS 與電子海圖顯示和信息系統(tǒng)（ECDIS）有機結合，利用 AIS 基站將管理區(qū)域內的航標信息實時動態(tài)地傳送給用戶，并在AIS的顯示屏、ECDIS 上顯示出來，在這種情況下，航標符號會出現(xiàn)在AIS 的顯示屏上沒有實際航標存在的特定位置，從而達到監(jiān)控、預警等目的。

AIS虛擬航標系統(tǒng)原理是在3G（GPS/GSM/GIS）系統(tǒng)的基礎上，將3G系統(tǒng)采集的航標數(shù)據(jù)及人機接口輸入的其它非遙測航標數(shù)據(jù)，變換為適合 AIS 接口的數(shù)據(jù)格式，通過 AIS 基站網絡發(fā)布，而后在船舶或相關管理部門的 ECDIS 界面上進行顯示，監(jiān)控中心將數(shù)據(jù)送至AIS接口，AIS 處理器對送來的數(shù)據(jù)按電文要求進行格式轉換，再經過AIS 基站網絡利用 VHF 鏈路進行發(fā)布，船舶及相關的用戶利用 AIS 接收機接收后在ECDIS 系統(tǒng)上顯示，如圖1所示：

圖1 ?AIS虛擬航標系統(tǒng)工作原理圖

虛擬航標在海洋油氣開發(fā)設施中的應用

隨著近年來海洋油氣業(yè)的發(fā)展，以油氣鉆探平臺和油氣采集、生產平臺以及其附屬設備為代表的離岸海洋建筑物逐漸增多，都給沿海的通航環(huán)境造成很大的影響，如沒有建立完善的助航保障體系，過往商船、漁船和作業(yè)工程船在航行或作業(yè)過程對海洋油氣開發(fā)設施帶來了隱患。傳統(tǒng)的手段，包括設置警戒標，配備警戒船等仍不能有效保障船舶安全通過海洋油氣開發(fā)設施附近水域，尤其在惡劣天氣情況下，因此迫切需要一種新的保障措施引入來改變目前的局面。

虛擬航標是基于AIS網絡產生新型航標應用技術，它是將某一區(qū)域內航標信息實時發(fā)送給用戶，并在顯示終端顯示。與傳統(tǒng)實體航標相比，虛擬航標具有以下幾個方面的優(yōu)勢：①虛擬航標的設置比較快捷、方便，比如為某個水域設置一個沉船等標識，虛擬航標的快捷型就可以很好的體現(xiàn)，只需在AIS網絡系統(tǒng)中設置一座沉船標識即可;②虛擬航標設定、更改和維護的成本較低。虛擬航標主要依靠AIS岸基系統(tǒng)，其設置一般通過AIS系統(tǒng)資源實現(xiàn)，因此設定、更改或維護基本不需要額外花費，相對于傳統(tǒng)航標成本顯著減少;③虛擬航標的布設基本不受水域環(huán)境、海況和氣象等條件限制?；贏IS技術的虛擬航標具有點對點、排他性、抗干擾性、信息量大和更新及時等特點，因此虛擬航標的位置信息更加準確和穩(wěn)定;④虛擬航標更綠色和環(huán)保，更符合我國海事“更安全、更清潔、更便捷”的服務宗旨。

通過以上虛擬航標與傳統(tǒng)航標對比可以看出，虛擬航標很適合應用于海洋油氣開發(fā)設施領域，為其周圍水域安全提供保障。海上油氣開發(fā)設施通常是不可移動，屬于離岸建筑物范疇。根據(jù)國際航標協(xié)會（IALA）于2007年6月頒布了《關于海區(qū)航標服務中使用自動識別系統(tǒng)（AIS）的建議案》（A-126）中明確指出離岸建筑物（例如：鉆油平臺）屬應配備相應AIS航標的要求。根據(jù)國際海事組織（IMO）在SOLAS 公約2002年修正案要求，國際航行300總噸和國內沿海航行500總噸及以上的船舶已分別于2004年 12月31日和2008年7月1日前安裝AIS 設備。同時，較大船舶均配備了電子海圖顯示和信息系統(tǒng)（ECDIS），2012 年起 ECDIS 將是船舶必須強制安裝的設備，進而能夠顯示AIS信息。AIS及ECDIS的廣泛使用為虛擬航標在油氣開發(fā)設施中發(fā)揮作用創(chuàng)造了前提條件。

隨著海洋油氣田開發(fā)技術日益成熟，海上平臺以及平臺之間海底管線/電纜數(shù)量增多，有些海域已經形成了平臺群，其占據(jù)的海域面積較大，對過往商船、漁船以及作業(yè)工程船舶安全航行或作業(yè)產生顯著影響。根據(jù)不同平臺的位置、功能需求的不同，選擇合適的AIS設備種類、規(guī)格，設置相適應AIS虛擬航標，使其作用距離能夠覆蓋本工程所有平臺以及平臺間管線/電纜，從而通過信息的相互探測、監(jiān)控和預警，以實現(xiàn)以下幾個目標：

盡可能實現(xiàn)油氣平臺或平臺群水域的AIS全覆蓋，使過往船舶從各個方向靠近平臺群時均能在一定安全距離外接收到油氣平臺的基于AIS的虛擬航標信息。endprint

為航行在平臺或平臺群周圍水域的船舶提供精確位置服務，如用于航線矯正等。

通過AIS基站通過虛擬航標可以為附近水域船舶進行提供必要的氣象或者其他重要信息服務。

緊急情況下，基于AIS虛擬航標可以對應急組織、救援管理起到足夠的信息支持作用。

存在的問題

盡管虛擬航標應用到海洋平臺是未來發(fā)展的趨勢，但同樣存在一些問題。未來虛擬航標的規(guī)?；瘧眠^程中將主要面臨以下問題：

在中短期內，虛擬航標不會被許多船舶顯示（由于沒有安裝ECDIS等相關配套設備），或者虛擬航標的大小在不同顯示終端大小不同。

虛擬航標需要統(tǒng)一規(guī)范相關標準，目前仍沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標準。虛擬航標相關規(guī)范的設定涉及很多部門，要使虛擬航標更高效地發(fā)揮作用，必須協(xié)調好IMO、IALA、IHO、ITU、IEC、以及航海儀器生產商等各方利益，制定一個統(tǒng)一、詳細的虛擬航標實施規(guī)范。

虛擬航標對AIS網絡系統(tǒng)的可靠性有很高的要求。在應用過程中，要考慮全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）受到非法攻擊的可能性;相關電子導航設備出錯可能性以及其對干擾的敏感性;需要考慮AIS VDL容量大小和FATDMA設計的合理性。

此外，英國和愛爾蘭航標管理局在虛擬航標草案中對虛擬航標設定做了以下要求，并對其發(fā)展趨勢做了明確說明：①應能滿足日益增長的過往船舶的各種通信能力需求;②圍繞風險區(qū)域設置虛擬航標;③盡量減少虛擬航標的作用范圍;④提供有效的信號位置;⑤虛擬航標可以提供航標、確定位置以及危險區(qū)域警告等功能;⑥虛擬航標技術還需要進一步監(jiān)督、審核和開發(fā);⑦需要有一個統(tǒng)一的國際標準;⑧可以為電子航海的發(fā)展提供支持;⑨需要考慮花費合理性以及盡量減少對環(huán)境的影響。

結論

虛擬航標的出現(xiàn)為海洋油氣開發(fā)設施安全生產增添了一道安全防撞網，將會大大降低來自船舶對油氣平臺以及對海底管線和電纜等碰撞風險，從而產生很大潛在經濟效益和社會效益。同時，隨著ECDIS技術、AIS技術等和海上安全相關的信息技術的發(fā)展，虛擬航標將會呈現(xiàn)無限的應用前景，不僅在離岸海洋油氣開發(fā)設施，而且港口、內河航道等區(qū)域發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻：

[1]楊倩. 對海上石油平臺設置助航標志必要性的分析和探討[J]. 中國航海學會航標專業(yè)委員會沿海航標學組 2002 年航標學術研討論文集， 2002.

[2]陳智輝， 熊振南. 海上石油開采平臺對通航安全影響的綜合評判[J]. 中國航海， 2013 （4）： 104-108.

[3].邵進興， 柯玉義. 談虛擬航標的應用及發(fā)展[J]. 中國海事， 2014 （3）.

[4]Manipis L A， Kim D G， Park G K. A Study on the Application of Virtual AtoN on the Enhancement of Ship Safety Navigation[C]//Proceedings of KIIS Fall Conference.2010， 20（2）.

[5].張鵬. AIS 虛擬航標應用探討[J]. 中國航海學會航標專業(yè)委員會沿海航標學組， 無線電導航學組， 內河航標學組年會暨學術交流會論文集， 2009.

（作者單位：中海石油（中國）有限公司上海分公司）endprint