上海港長江口深水航道通航效能提升中航海保障技術(shù)應(yīng)用研究

李鋒　陳建平

摘 要：開展航道邊坡利用，在上海港口部分敏感水域增加水文氣象采集顯示和CCTV系統(tǒng)，建設(shè)船岸高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，打造長江口深水航道E-航海試驗(yàn)區(qū)，最終在國際上形成有影響力和引導(dǎo)新技術(shù)發(fā)展的中國智慧港口和E-航海創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)，為海上船舶用戶提供全面、及時(shí)、可靠、高效的助導(dǎo)航服務(wù)。

關(guān)鍵詞：航道邊坡利用；航標(biāo)；通航效能；E-航海

1 長江口深水航道現(xiàn)狀

長江口-12.5m深水航道全長92.2km，寬350～400m，沿程共有4個(gè)轉(zhuǎn)折、5個(gè)分段。按船舶進(jìn)港方向，分別為外航道、下航道、上航道、圓圓沙航道和內(nèi)航道，如圖1所示。

深水航道-12.5m航槽底寬為350m，設(shè)標(biāo)寬度500m，邊坡坡度在1：25至1：40之間，每月測量水深寬度900m?，F(xiàn)有航道外側(cè)有100m寬度的邊坡水深較好，資料較全。其中，外航道和內(nèi)航道部分的邊坡都在-11m水深以上，其他大部分水深在10m以上，只有小部分水域水深在9～10m之間。雖然邊坡水深并不維護(hù)，但近幾年來，這100m的邊坡水深基本上也都保持在-12.5m，還是較為穩(wěn)定的。

長江口深水航道內(nèi)設(shè)置航標(biāo)45座，其中包含41座燈浮、2座燈船（長江口和圓圓沙燈船）。在外航道軸線口外，設(shè)置長江口燈船1艘；在圓圓沙航道與南槽航道交叉處設(shè)置圓圓沙燈船1艘，同側(cè)兩標(biāo)間距為2n mi左右。側(cè)面標(biāo)志燈浮選用2.4m鋼質(zhì)角反射燈浮、LED航標(biāo)燈器，配置無源雷達(dá)反射器，采用太陽能專用不間斷電源系統(tǒng)供電。系碇系統(tǒng)采用2節(jié)半長鏈（部分3節(jié)長鏈）和5噸鑄鐵沉錘。

另外，在航道兩側(cè)，還設(shè)有牛皮礁水文站警戒燈樁和北槽中水文站警戒燈樁等2座固定標(biāo)志。沿航道邊兩側(cè)設(shè)有南北整流束水堤壩，距離航道約1 500m左右不等，如圖2所示。

2 依托新技術(shù)新手段，以立體式航海保障方案提升通航效能

2.1 對燈浮標(biāo)重新配布調(diào)整，嘗試用虛擬AIS航標(biāo)設(shè)置新技術(shù)手段來標(biāo)示復(fù)雜航道邊界

充分利用現(xiàn)有航道外側(cè)的100m邊坡來建設(shè)復(fù)式航道。-12.5m水深、350m寬的深水航道滿足較大吃水（10m以上）的船舶航行，其南北兩側(cè)100m寬的邊坡航道可供超寬船舶交會，緩解交會寬度的壓力，尤其是對解決郵船與超寬集裝箱船之間交會矛盾特別有效。本方案建議中，深水航道-12.5m水深、350m寬，邊坡航道-10.5m水深、100m寬。

在航標(biāo)設(shè)置上，深水航道邊線以AIS虛擬航標(biāo)標(biāo)示，現(xiàn)有實(shí)體航標(biāo)往外從原75m移至100m。涉及長江口深水航道范圍內(nèi)D3至45號共41座燈浮標(biāo)，重新配布調(diào)整位置，改變燈浮標(biāo)性質(zhì)，以滿足標(biāo)示新航道邊界線需要。該項(xiàng)航標(biāo)調(diào)整工程已于2017年12月14日實(shí)施完畢，交通運(yùn)輸部已要求從2018年1月1日起開始運(yùn)行。根據(jù)目前的運(yùn)行情況判斷，該工程達(dá)到了較好的運(yùn)行效果。據(jù)上海市交通委員會反映，進(jìn)出上海港的郵船和班輪船期都得到了充分的保障。

在航行規(guī)則方面，上海海事局已對現(xiàn)有的深水航道通航管理規(guī)定適時(shí)修改，明確新的分道通航要求。另外，建議對局部的邊坡航道進(jìn)行疏浚，并維護(hù)到一定的水深，以便充分挖掘邊坡的通航能力，確保航行安全。

2.2 組建復(fù)合通信鏈路，建設(shè)北斗+ LTE復(fù)合通信專用鏈路

在提升通航效率的同時(shí)，為保障船舶安全航行，需對船舶進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)管，而海上和港口水域遠(yuǎn)距離的語音和視頻通信問題一直困擾著一線作業(yè)和管理人員，現(xiàn)有移動公網(wǎng)無法滿足使用需求。通過北斗+LTE復(fù)合通信鏈路建設(shè)，保證上海港口沿海岸（島）50多公里范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信、自組網(wǎng)通信、個(gè)人與指揮中心的音視頻通信需求。通過北斗+LTE低高速結(jié)合復(fù)合通信專網(wǎng)，既能滿足船舶動態(tài)信息、環(huán)境水文氣象等現(xiàn)場信息采集低速率傳輸需求，又能滿足固定站點(diǎn)和執(zhí)法船舶現(xiàn)場語音圖像的高速實(shí)時(shí)傳輸需求，能有效解決現(xiàn)場信息采集和信息服務(wù)的通信瓶頸。

2.3 建立現(xiàn)場水文氣象信息監(jiān)測和CCTV視頻監(jiān)控

2.3.1 航道水文氣象監(jiān)測站點(diǎn)建設(shè)

為滿足包括上海港引航站在內(nèi)的港航用戶需求，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)水域流速流向、風(fēng)速風(fēng)向、能見度等水文氣象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測傳輸和顯示應(yīng)用，為船舶安全通航提供現(xiàn)場決策參考，充分發(fā)揮在浮動航標(biāo)上數(shù)據(jù)采集的有利條件，計(jì)劃在長江口深水航道重要轉(zhuǎn)向點(diǎn)、關(guān)鍵通航口等復(fù)雜水域有間隔地設(shè)置6個(gè)水文氣象燈浮，建立航標(biāo)水文氣象實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，并將上述監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲，通過北斗報(bào)文上傳至中心數(shù)據(jù)庫，整合至東海海區(qū)海洋氣象服務(wù)平臺，提供各用戶使用。建設(shè)位置示意圖如圖5所示：

本方案需要在其浮標(biāo)體上安裝流速測量及氣象測量設(shè)備。在非鋼質(zhì)塑料測流燈浮標(biāo)（見圖6）上已預(yù)留了測流裝置安裝的圓筒形空槽位置，可用于固定安裝水下測流設(shè)備。同時(shí)，使用非鋼質(zhì)浮標(biāo)可以極大減少多普勒潮流儀的磁場干擾，提高數(shù)據(jù)采集精度。目前，針對非鋼制燈浮和氣象測流設(shè)備的應(yīng)用，上海航標(biāo)處已經(jīng)在黃浦江、青草沙等水域進(jìn)行了試用，經(jīng)過一段時(shí)間的現(xiàn)場檢查和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，都能達(dá)到各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

水文氣象信息的應(yīng)用將與E-航海建設(shè)相結(jié)合，利用船岸之間的無線移動公網(wǎng)或者北斗導(dǎo)航衛(wèi)星短報(bào)文等通信鏈路渠道，將水文氣象信息發(fā)送至中心服務(wù)器端匯集，利用各種網(wǎng)絡(luò)向引航站和各船舶端推送顯示，讓航海者更加精準(zhǔn)了解所航行水域的具體氣象、潮流、潮位信息，確保航行安全。最終，水文氣象數(shù)據(jù)能夠及時(shí)傳輸?shù)綎|海海洋氣象服務(wù)系統(tǒng)（見圖7），同時(shí)也可傳送到其他港航用戶終端或平臺，為相關(guān)用戶和決策層提供實(shí)時(shí)、具體的數(shù)據(jù)支持。

2.3.2 CCTV視頻系統(tǒng)建設(shè)

計(jì)劃在牛皮礁水文站警戒燈樁（距離深水航道邊界400m）和北槽中水文站警戒燈樁（距離航道邊界900m）等2座固定航標(biāo)位置上設(shè)置CCTV視頻重點(diǎn)監(jiān)控點(diǎn)，結(jié)合在深水航道北堤壩和南堤壩上新設(shè)置的CCTV視頻監(jiān)控點(diǎn)，共同形成覆蓋深水航道全程的CCTV視頻監(jiān)控鏈，并在靠近航道入口處、中游、上游關(guān)鍵點(diǎn)上增設(shè)水文氣象和能見度儀，進(jìn)一步形成應(yīng)對深水航道船舶通航秩序、流量監(jiān)控、水文氣象、能見度觀測采集、船舶安全識別等現(xiàn)代化技術(shù)手段，保障港口航道通航效率和航船通行安全。

2.3.3 為航海者配備船舶智能導(dǎo)航儀

目前，智能導(dǎo)航儀已經(jīng)在洋山深水港引航作業(yè)中應(yīng)用成功，為霧航、夜航、靠離泊等復(fù)雜環(huán)境下的船舶航行提供了精準(zhǔn)化助航服務(wù)。應(yīng)借鑒洋山港E-航海的成功模式，推進(jìn)智能引航端運(yùn)用，提供精準(zhǔn)導(dǎo)航定位，減少船舶在深水航道的船位誤差，避免事故。智能導(dǎo)航儀包含以下功能：

（1） 差分定位系統(tǒng)

本系統(tǒng)的差分定位采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航CORS系統(tǒng)和RBN-DGPS/DBDS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)深水航道船舶航行、避讓和識別虛擬AIS航標(biāo)航道邊界線的報(bào)警等功能。

（2） 高精度電子海圖

長江口深水航道和洋山港高精度電子海圖測繪，為大型船舶智能導(dǎo)航、避讓、報(bào)警及靠泊提供海圖基礎(chǔ)。

（3） 接受岸基的信息服務(wù)

接收來自“航海保障信息整合服務(wù)平臺”以無線電方式（AIS、VHF、WIFI、3G/4G）播發(fā)的各項(xiàng)助導(dǎo)航信息，如水文氣象、航標(biāo)動態(tài)、通航安全預(yù)警等。

2.3.4 制定海事通航避讓等相應(yīng)管理規(guī)則

為保證深水航道開通和安全運(yùn)行，港口航道管理和海事管理機(jī)關(guān)應(yīng)對歷史上船舶流量、擬進(jìn)出深水航道的船舶情況、緊急疏散錨地和交匯避讓規(guī)則等進(jìn)行科學(xué)合理統(tǒng)計(jì)分析。上海海事局已經(jīng)完善優(yōu)化了長江口深水航道安全航行管理相關(guān)制度性管理規(guī)章，大力宣貫執(zhí)行，引導(dǎo)所有船舶按照規(guī)則進(jìn)出口，在航道內(nèi)規(guī)范航行，大大提升了通航效率。同時(shí)，建議建立相對的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行壓力測試，避免發(fā)生不必要的安全事故。

2.3.5 建設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)共享平臺

上海港船舶安全管理工作需要港口管理局、海事、海關(guān)、海警、邊防等多個(gè)部門協(xié)同配合，將所有相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并實(shí)現(xiàn)共享，綜合顯示，這尤為重要。

為了確保相關(guān)部門能夠有效獲取運(yùn)用新技術(shù)所采集的信息，則必須對這些信息進(jìn)行交換和共享，將現(xiàn)有的動態(tài)及靜態(tài)數(shù)據(jù)整合入庫，并開發(fā)一個(gè)綜合信息數(shù)據(jù)交換平臺，利用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及大數(shù)據(jù)技術(shù)將動態(tài)與靜態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合，開發(fā)一個(gè)具有預(yù)測預(yù)判、風(fēng)險(xiǎn)防控及處置協(xié)調(diào)的上海港船舶綜合信息服務(wù)平臺。通過建立綜合數(shù)據(jù)庫與共享平臺，可以加強(qiáng)信息交換，避免信息采集系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)，打破信息孤島，使信息能夠交換傳輸形成閉環(huán)，從而加強(qiáng)上海港航運(yùn)安全監(jiān)管能力。

3 結(jié)束語

相關(guān)單位開展航道邊坡利用，在上海港口部分敏感水域增加水文氣象采集顯示和CCTV系統(tǒng)，建設(shè)船岸高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，配置智能導(dǎo)航儀，制定避讓管理規(guī)則，建設(shè)數(shù)據(jù)共享平臺，開發(fā)利用多方位、立體式的航海保障技術(shù)，解決上海港長江口深水航道的通航瓶頸，從而提升航道通航效率，提供優(yōu)質(zhì)的航海保障服務(wù)，為上海國際航運(yùn)中心建設(shè)提供新的增長引擎。